茶水與亞鐵鹽作用的實(shí)驗(yàn)探究VIP

1、    茶水與亞鐵鹽作用的實(shí)驗(yàn)探究    董順 程波摘要： 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水楊酸、苯酚與亞鐵鹽作用均沒(méi)有明顯的現(xiàn)象，加入氧化劑后會(huì)發(fā)生顯色反應(yīng)，而茶水與亞鐵鹽作用直接得到墨水，是由于茶水中的多酚類物質(zhì)與fe2+作用生成茶多酚亞鐵絡(luò)合物，使fe/fe之間的電極電勢(shì)大幅度降低，fe還原性增強(qiáng)，更容易被氧化成茶多酚鐵的藍(lán)黑色沉淀。當(dāng)加入適量的酸性物質(zhì)或還原性物質(zhì)或與fe3+配位能力更強(qiáng)的物質(zhì)時(shí)，可使平衡向生成茶多酚的方向移動(dòng)而使墨水再次轉(zhuǎn)化為茶水。關(guān)鍵詞： 茶多酚; 亞鐵鹽; 水楊酸; 苯酚; 實(shí)驗(yàn)探究文章

2、編號(hào)： 10056629（2021）07006005中圖分類號(hào)： g633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： b1 問(wèn)題提出在進(jìn)行“鐵及其化合物”教學(xué)時(shí)很多教師會(huì)利用補(bǔ)鐵劑說(shuō)明書(shū)中“服用補(bǔ)鐵劑時(shí)搭配維生素c同服利于吸收，而不能和濃茶同飲”的情境，開(kāi)展fe2+與fe3+轉(zhuǎn)化的教學(xué)，并演示如下實(shí)驗(yàn)：茶水feso4片墨水維生素c片茶水一般把上述原理解釋為： 茶葉水中含大量的鞣酸，鞣酸與fe2+生成鞣酸亞鐵，它的性質(zhì)不穩(wěn)定，很快被氧化成鞣酸鐵的絡(luò)合物而呈藍(lán)黑色，從而使茶水變成了墨水。維生素c具有還原性，可以將鞣酸鐵中的fe3+變回fe2+，藍(lán)黑色又消失了，重新顯現(xiàn)出茶水

3、的顏色。茶水中真的有鞣酸嗎？有文獻(xiàn)1顯示藍(lán)黑墨水的通用化學(xué)配方中含有鞣酸、硫酸亞鐵等成分，藍(lán)黑墨水的顯色原理與茶水變墨水的原理類似嗎？為什么鞣酸亞鐵比f(wàn)e2+更容易被氧化？墨水中加入維生素c真的很快就能變回茶水嗎？維生素c在該過(guò)程中發(fā)揮了什么作用？還有沒(méi)有其他方法能夠?qū)崿F(xiàn)該轉(zhuǎn)化？含有酚羥基（或烯醇式）的物質(zhì)可以與fe3+發(fā)生顯色反應(yīng)，茶水變墨水與酚羥基有關(guān)嗎？普通高中化學(xué)學(xué)科安徽教研基地承擔(dān)的教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心、課程教材研究所2019年立項(xiàng)課題“普通高中基于學(xué)科核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)改進(jìn)2019（25）”，教育部安徽省教研基地（化學(xué)）立項(xiàng)課題“促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)

4、施研究”2 文獻(xiàn)調(diào)研及概述2.1 茶葉中是否有鞣酸程柱生在“茶葉中是否有鞣酸”2一文中指出： 因?yàn)椴枞~中茶多酚的主體物質(zhì)兒茶素也具有苦澀味和收斂性，與鞣酸的苦澀味和收斂性有點(diǎn)類似。在最初人們還不清楚茶中的物質(zhì)為何物時(shí)就借用鞣酸的別名單寧為名，稱它為“茶單寧”“茶鞣質(zhì)”或“茶鞣酸”。當(dāng)科學(xué)研究逐步弄清楚茶葉中的這種物質(zhì)是茶多酚后，發(fā)現(xiàn)它并沒(méi)有鞣酸那么重的苦澀味，兩者在化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)上也有很大的區(qū)別。于是將茶中的物質(zhì)改稱為“兒茶多酚類”“多酚類化合物”或“茶多酚”。因而，茶葉中并不含有鞣酸，而是含有茶多酚類物質(zhì)。文中指出，茶多酚與鐵、銅、錳、銀、鋅、鋁、鉻等金屬可

5、形成螯合物，表現(xiàn)出的抗氧化性、抑菌性和抗癌活性優(yōu)于茶多酚。2.2 藍(lán)黑墨水的顯色原理連成葉在“藍(lán)黑墨水字跡褪變機(jī)理探討”4一文中指出： 藍(lán)黑墨水的色素成分由變黑成分和著色劑兩部分組成。變黑成分是由鞣酸（c76h52o46）、沒(méi)食子酸（c7h6o5·h2o）和硫酸亞鐵（feso4）三種化學(xué)物質(zhì)組成的。藍(lán)黑墨水色素成分變黑的過(guò)程實(shí)際可分為兩個(gè)階段進(jìn)行： 其一，在書(shū)寫(xiě)之前，墨水瓶中的鞣酸和沒(méi)食子酸分別與硫酸亞鐵發(fā)生反應(yīng)，生成可溶性的無(wú)色或淺色的鞣酸亞鐵和沒(méi)食子酸亞鐵，并建立動(dòng)態(tài)平衡。其二，在書(shū)寫(xiě)之后，經(jīng)空氣中氧氣的氧化作用，字跡上的鞣酸亞鐵和沒(méi)食子酸亞鐵漸漸變

6、成了不溶性的黑色鞣酸鐵和黑色沒(méi)食子酸鐵，從而使有機(jī)顏料粒子被固著在紙面上。反應(yīng)原理如圖2所示。比較茶多酚類物質(zhì)及鞣酸類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)能夠發(fā)現(xiàn)，它們結(jié)構(gòu)上都含有多個(gè)酚羥基。茶多酚與金屬形成配合物的結(jié)構(gòu)與圖3單寧酸鐵鹽的分子結(jié)構(gòu)類似。2.3 酚類物質(zhì)與fe3+的作用原理在曾昭瓊主編、李景寧副主編的有機(jī)化學(xué)（第四版）上冊(cè)6中對(duì)苯酚與fecl3作用的原理表述如下：6c6h5oh+fecl3h3fe（oc6h5）6+3hcl由上述方程式可知，酚類物質(zhì)與fe3+的作用過(guò)程為可逆反應(yīng)。各類酚與fecl3反應(yīng)所顯顏色如表1所示。由表1可知，不同酚類物質(zhì)與fe3+作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象不同，有的可能產(chǎn)生結(jié)晶或沉

7、淀。3 實(shí)驗(yàn)部分3.1 設(shè)計(jì)思路由于茶多酚結(jié)構(gòu)中都含有酚羥基，沒(méi)食子酸結(jié)構(gòu)中不僅含有酚羥基而且含有羧基，故可以選擇苯酚、水楊酸（鄰羥基苯甲酸）、苯甲酸與茶水做對(duì)照實(shí)驗(yàn)探究產(chǎn)生墨水現(xiàn)象是由哪種基團(tuán)引起的。酚羥基可與fe3+作用，而補(bǔ)鐵劑中是fe2+， fe2+與茶水作用能產(chǎn)生墨水，fe2+與含酚羥基的物質(zhì)都能發(fā)生顯色反應(yīng)嗎？故可選擇茶水和酚類物質(zhì)分別與feso4、 fecl3作用作對(duì)照實(shí)驗(yàn)，探究原因。由于苯酚與fe3+作用的平衡過(guò)程中有h+產(chǎn)生，同時(shí)fe3+有一定的氧化性，而維生素c本身有酸性和還原性，可以向墨水中加入草酸、無(wú)水亞硫酸鈉、維生素c粉末和稀鹽

8、酸等做對(duì)照實(shí)驗(yàn)，探究墨水變回茶水的方法及原因。綜上，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)： 取等量茶水、苯甲酸溶液、苯酚溶液、水楊酸溶液分別與feso4、 fecl3作用，再向變色的混合物中分別加草酸、無(wú)水亞硫酸鈉、維生素c粉末和稀鹽酸，比較異同。3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1） 向250ml燒杯中加入茶葉約10g，然后用開(kāi)水沖泡，一段時(shí)間后得濃茶水備用。（2） 向100ml燒杯中加入少量苯甲酸固體，加20ml蒸餾水，不溶，再加入20ml無(wú)水乙醇，得苯甲酸溶液備用。（3） 向100ml燒杯中加入少量水楊酸固體，加80ml蒸餾水，微溶，得水楊酸飽和溶液備用。（4）

9、60;向100ml燒杯中加入少量苯酚固體，加80ml蒸餾水，將小燒杯置于熱水浴中，得苯酚溶液備用。（5） 分別配制100ml濃度約為0.1mol·l-1的fecl3溶液和feso4溶液（加稀硫酸和鐵粉），備用。3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象3.3.1 探究茶水與fecl3的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)1向試管中加入20ml上述沖泡好的茶水，然后滴加20滴fecl3溶液，液體變成藍(lán)黑色。靜置1小時(shí)后有沉淀產(chǎn)生，靜置10小時(shí)后試管底部有大量藍(lán)黑色沉淀，上層清液呈藍(lán)黑色。實(shí)驗(yàn)2取實(shí)驗(yàn)1上層清液2ml，加少許草酸固體，振蕩，溶液藍(lán)黑色變?yōu)闇\藍(lán)色，繼續(xù)加入草酸固體，振蕩，溶液接近無(wú)色。將液體

10、分成兩份，一份滴加kscn溶液，無(wú)變化;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)3取實(shí)驗(yàn)1上層清液2ml，加少許亞硫酸鈉固體，振蕩，無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)4取實(shí)驗(yàn)1上層清液2ml，滴加數(shù)滴稀鹽酸，振蕩，溶液藍(lán)黑色褪去，滴加kscn溶液，溶液變紅。實(shí)驗(yàn)5取實(shí)驗(yàn)1上層清液2ml，加入維生素c粉末（約0.1g），振蕩，溶液藍(lán)黑色接近褪去。將液體分成兩份，一份滴加kscn溶液，無(wú)變化;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，溶液變藍(lán)綠色。實(shí)驗(yàn)6取實(shí)驗(yàn)1下層濁液1ml，滴加稀鹽酸，振蕩，沉淀溶解，得黃色溶液，滴加kscn溶液，變?yōu)樯罴t色。實(shí)驗(yàn)7取實(shí)驗(yàn)1下層濁液1ml，加約2g草酸固體，振蕩，得淺黃色溶液，滴加kscn溶液，溶液黃色加

11、深。實(shí)驗(yàn)8向試管中加入5ml濃茶水，然后滴加10滴fecl3溶液，液體變成藍(lán)黑色，加入約5g亞硫酸鈉固體，振蕩，顏色無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)9向試管中加入5ml濃茶水，然后滴加10滴fecl3溶液，液體變成藍(lán)黑色。加入約2g草酸固體，振蕩，藍(lán)黑色褪去，得淺黃色溶液，滴加kscn溶液，溶液黃色加深，滴加1ml 5% h2o2顏色無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)10向試管中加入5ml濃茶水，然后滴加10滴fecl3溶液，液體變成藍(lán)黑色。滴加數(shù)滴稀鹽酸，振蕩，藍(lán)黑色褪去，滴加kscn溶液，溶液變紅色。實(shí)驗(yàn)11向試管中加入5ml濃茶水，然后滴加10滴fecl3溶液，液體變成藍(lán)黑色。加維生素c粉末（約0.2g），振

12、蕩，藍(lán)黑色褪去。上述液體分成兩份，一份滴加kscn溶液，無(wú)變化;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，變藍(lán)綠色，靜置得藍(lán)綠色沉淀。3.3.2 探究茶水與feso4的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)12向試管中加入20ml茶水，然后滴加20滴feso4溶液，液體變成藍(lán)黑色。靜置1小時(shí)后有沉淀產(chǎn)生，靜置10小時(shí)后試管底部有大量藍(lán)黑色沉淀，上層清液呈淺藍(lán)黑色。實(shí)驗(yàn)13取實(shí)驗(yàn)12上層清液2ml，加少許草酸固體，振蕩，溶液藍(lán)黑色變?yōu)闇\藍(lán)色，繼續(xù)加入草酸固體，振蕩，溶液接近無(wú)色。將液體分成兩份，一份滴加kscn溶液，無(wú)變化;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)14取實(shí)驗(yàn)12上層清液2ml，加少許亞硫酸鈉固體，振蕩，無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)15取

13、實(shí)驗(yàn)12上層清液2ml，滴加數(shù)滴稀鹽酸，振蕩，溶液藍(lán)黑色褪去，滴加kscn溶液，溶液變紅。實(shí)驗(yàn)16取實(shí)驗(yàn)12上層清液2ml，加入維生素c粉末（約0.1g），振蕩，溶液藍(lán)黑色接近褪去。將液體分成兩份，一份滴加kscn溶液，無(wú)變化;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，變藍(lán)綠色。實(shí)驗(yàn)17取實(shí)驗(yàn)12下層濁液1ml，滴加稀鹽酸，振蕩，沉淀溶解，得黃色溶液，滴加kscn溶液，變?yōu)樯罴t色。實(shí)驗(yàn)18取實(shí)驗(yàn)12下層濁液1ml，加約2g草酸固體，振蕩，得淺黃色溶液，滴加kscn溶液，溶液黃色加深。實(shí)驗(yàn)19向試管中加入5ml濃茶水，然后滴加10滴feso4溶液，液體變成藍(lán)黑色，加入約5g亞硫酸鈉固體，振蕩，顏色無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)20

14、向試管中加入5ml茶水，然后滴加10滴feso4溶液，液體變成藍(lán)黑色。加入約2g草酸固體，振蕩，藍(lán)黑色褪去，得淺黃色溶液，滴加kscn溶液，溶液黃色加深，滴加1ml 5% h2o2顏色無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)21向試管中加入5ml茶水，然后滴加10滴feso4溶液，液體變成藍(lán)黑色。滴加數(shù)滴稀鹽酸，振蕩，藍(lán)黑色褪去，滴加kscn溶液，溶液變紅色。實(shí)驗(yàn)22向試管中加入5ml茶水，然后滴加10滴feso4溶液，液體變成藍(lán)黑色。加維生素c粉末（約0.2g），振蕩，藍(lán)黑色褪去。上述液體分成兩份，一份滴加kscn溶液，無(wú)變化;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，變藍(lán)綠色，靜置得藍(lán)綠色沉淀。3.3.3 

15、;探究苯甲酸與fecl3的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)23向試管中加入5ml苯甲酸的乙醇水混合溶液，然后滴加10滴fecl3溶液，無(wú)明顯顏色變化，有黃色渾濁出現(xiàn)。3.3.4 探究水楊酸與fecl3的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)24向試管中加入5ml水楊酸水溶液，然后滴加5滴fecl3溶液，得藍(lán)紫色溶液。加2g草酸固體，振蕩，得淡黃色溶液，滴加kscn溶液，溶液黃色加深，滴加鐵氰化鉀溶液，無(wú)變化。實(shí)驗(yàn)25向試管中加入5ml水楊酸水溶液，然后滴加5滴fecl3溶液，得藍(lán)紫色溶液。加2g亞硫酸鈉固體，振蕩，得紅棕色液體。將液體分為兩份，一份滴加鐵氰化鉀溶液，無(wú)變化;另一份滴加1滴稀鹽酸，又變回藍(lán)紫色。實(shí)驗(yàn)26向試管中加入5ml水

16、楊酸水溶液，然后滴加5滴fecl3溶液，得藍(lán)紫色溶液。加維生素c粉末（約0.1g），振蕩，溶液褪色。將所得溶液分為兩份，一份滴加5% h2o2溶液，溶液變回淺紫色;另一份滴加鐵氰化鉀溶液，得藍(lán)色沉淀。實(shí)驗(yàn)27向試管中加入5ml水楊酸水溶液，然后滴加5滴fecl3溶液，得藍(lán)紫色溶液。滴加稀鹽酸，振蕩，溶液褪色，滴加kscn溶液，溶液變紅色。3.3.5 探究水楊酸與feso4的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)28向試管中加入5ml水楊酸水溶液，然后滴加5滴feso4溶液，無(wú)變化，滴加5% h2o2溶液，溶液變藍(lán)紫色，滴加稀鹽酸，溶液變淺黃色，滴加kscn溶液，溶液變紅。實(shí)驗(yàn)2933將實(shí)驗(yàn)24

17、28中的水楊酸水溶液換為苯酚水溶液重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到類似的現(xiàn)象。4 結(jié)果與討論4.1 水楊酸及苯酚與fecl3溶液的反應(yīng)由實(shí)驗(yàn)2427可知： 水楊酸及苯酚與fecl3溶液的反應(yīng)生成藍(lán)紫色絡(luò)合物，滴加鹽酸，藍(lán)紫色褪去，能檢測(cè)到fe3+重新生成;若改為加入草酸，藍(lán)紫色褪去，但檢測(cè)不到fe2+及fe3+的生成;若改為加入亞硫酸鈉，藍(lán)紫色褪去，得紅棕色液體，但檢測(cè)不到fe2+生成，加酸又變回藍(lán)紫色;若改為加入維生素c粉末，藍(lán)紫色褪去，能檢測(cè)到fe2+生成，再加入5% h2o2，溶液變?yōu)樗{(lán)紫色。以苯酚為例討論，苯酚與fe3+的反應(yīng)可表示如下：6c6h5oh+fe3+h

18、3fe（oc6h5）6+3h+當(dāng)向反應(yīng)混合液中滴加稀鹽酸時(shí)，c（h+）增大，平衡逆向移動(dòng)，溶液紫色褪去，滴加kscn溶液，溶液顯紅色，證實(shí)了上述平衡的存在。當(dāng)向反應(yīng)混合液中加草酸固體時(shí)，由于fe（c2o4）3-3的k穩(wěn)=1.6×10207， c（fe3+）減小，平衡逆向移動(dòng)，溶液紫色褪去，由于fe（ncs）2+的k穩(wěn)=9.1×102，因此fe3+與c2o2-4的結(jié)合能力更強(qiáng)，滴加kscn溶液，溶液不顯紅色。當(dāng)向反應(yīng)混合液中加na2so3固體時(shí)，過(guò)量的so2-3促進(jìn)fe3+的水解8，上述平衡逆向移動(dòng)，紫色褪去，液體變?yōu)榧t褐色，滴加少量稀鹽酸，生成fe3+，溶液又變回

19、藍(lán)紫色。當(dāng)向反應(yīng)混合液加維生素c固體時(shí)，一方面由于維生素c有酸性，同時(shí)還有較強(qiáng)的還原性，使平衡逆向移動(dòng)，溶液褪色，并有fe2+生成。由實(shí)驗(yàn)28以及實(shí)驗(yàn)33可知，水楊酸及苯酚與fe2+相遇無(wú)現(xiàn)象。但加入5% h2o2溶液后，fe2+轉(zhuǎn)化為fe3+，溶液變藍(lán)紫色，滴加鹽酸，上述平衡逆移，溶液變淺黃色，滴加kscn溶液，溶液變紅。4.2 茶水與fecl3溶液的反應(yīng)由實(shí)驗(yàn)111可知： 茶水與fe3+作用產(chǎn)生藍(lán)黑色沉淀，該沉淀能溶于鹽酸，且產(chǎn)生fe3+;向含藍(lán)黑色沉淀的濁液中加入草酸，沉淀消失，但檢測(cè)不到fe2+及fe3+生成;若改為加入亞硫酸鈉，無(wú)明顯變化;若改為加入維生

20、素c粉末，藍(lán)黑色沉淀消失，并能檢測(cè)到fe2+生成。上述實(shí)驗(yàn)中加入試劑量少時(shí)均無(wú)明顯變化。茶水中的多酚類物質(zhì)與fe3+作用產(chǎn)生藍(lán)黑色沉淀，同時(shí)該轉(zhuǎn)化為一可逆過(guò)程，加稀鹽酸、草酸、維生素c均可使平衡逆向移動(dòng)，使藍(lán)黑色沉淀消失，由于fe3+在沉淀中，溶液中fe3+濃度小，加亞硫酸鈉難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，故無(wú)明顯變化。要使現(xiàn)象明顯所加試劑均應(yīng)過(guò)量。4.3 茶水與feso4溶液的反應(yīng)由實(shí)驗(yàn)1222可知： 茶水與fe2+作用能迅速變?yōu)槟?，靜置產(chǎn)生大量藍(lán)黑色沉淀，該沉淀與茶水與fe3+作用產(chǎn)生的藍(lán)黑色沉淀性質(zhì)相似。向產(chǎn)生的墨水中滴加鹽酸可變回茶水，且有fe3+生成;加入草酸也可變回茶水，但檢測(cè)不到fe2+及fe3+生成;加入亞硫酸鈉，無(wú)明顯變化;加入維生素c粉末也可變回茶水，并能檢測(cè)到fe2+生成。由實(shí)驗(yàn)15及實(shí)驗(yàn)17現(xiàn)象能夠推測(cè)出： 茶水中的多酚類物質(zhì)與fe2+作用生成類似于鞣酸