Question

18．茶葉中含有多種有益于人體健康的有機(jī)成分及鈣、鐵等微量金屬元素，某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)方案用以測(cè)定某品牌茶葉中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并檢驗(yàn)鐵元素的存在（已知CaC₂O₄為白色沉淀物質(zhì)）．首先取200g茶葉樣品焙燒得灰粉后進(jìn)行如下操作：

請(qǐng)回答下列有關(guān)問題：
（1）文獻(xiàn)資料顯示，某些金屬離子的氫氧化物完全沉淀的pH為：

離子	Ca2+	Fe3+
完全沉淀時(shí)的pH	13	3.7

實(shí)驗(yàn)前要先將茶葉樣品高溫灼燒成灰粉，需用到的儀器有①③④⑤．
①酒精燈 ②蒸發(fā)皿 ③坩堝 ④泥三角 ⑤三腳架 ⑥鐵架臺(tái)
（2）寫出從濾液A→沉淀D的離子反應(yīng)方程式的是Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（3）為保證實(shí)驗(yàn)精確度，沉淀D及E需要分別洗滌，并將洗滌液轉(zhuǎn)移回母液中，試判斷沉淀D已經(jīng)洗滌干凈的方法是向最后一次洗滌少許與試管中，滴加碳酸鈉溶液，若無沉淀產(chǎn)生，說明洗凈．
（4）用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定C溶液時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)為：
5C₂O${\;}_{4}^{2-}$+2MnO${\;}_{4}^{-}$+16H^-═10CO₂↑+2²⁺+8H₂O．
現(xiàn)將濾液C稀釋至500mL，再取其中的25.00mL溶液，用硫酸酸化后，用0.1000
mol•L^-1的KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄溶液10.00mL．
①此步操作過程中一定需要用到下列哪些儀器（填寫序號(hào)）B、C、D； 

②達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，溶液的顏色變化是無色變?yōu)樽仙�或高錳酸鉀溶液不褪色；
③滴定到終點(diǎn)，靜置后，如圖讀取KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液的刻度數(shù)據(jù)，則測(cè)定的鈣元素含量將偏高 （填“偏高”、“偏低”、“無影響”）．
（5）可以通過檢驗(yàn)濾液A來驗(yàn)證該品牌茶葉中是否含有鐵元素，所加試劑及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是KSCN溶液，溶液呈紅色．
（6）原茶葉中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%．

Answer 1

分析 （1）高溫灼燒物質(zhì)通常在坩堝內(nèi)進(jìn)行，據(jù)此選擇；
（2）濾液A中含有鐵離子，鐵離子與氨水反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，注意一水合氨為弱電解質(zhì)，需要保留分子式；
（3）若氫氧化鐵沉淀沒有洗滌干凈，氫氧化鐵中會(huì)混有鈣離子，可以使用碳酸鈉溶液檢驗(yàn)；
（4）①根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液方法及滴定操作方法選擇使用的儀器；
②根據(jù)滴定結(jié)束前溶液為為無色，滴定結(jié)束時(shí)高錳酸鉀溶液溶液過量進(jìn)行解答；
③俯視液面導(dǎo)致滴定管中讀數(shù)偏小，讀出的高錳酸鉀溶液體積偏小，計(jì)算出的鈣離子消耗的草酸根離子物質(zhì)的量偏大，測(cè)定結(jié)果偏高；
（5）根據(jù)檢驗(yàn)鐵離子遇到硫氰根離子溶液顯示紅色進(jìn)行解答；
（6）根據(jù)滴定消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量計(jì)算出與鈣離子反應(yīng)剩余的草酸根離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)醋酸銨的總的質(zhì)量及樣品質(zhì)量計(jì)算出鈣離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，注意滴定體積與樣品體積的關(guān)系．

解答 解：（1）高溫灼燒物質(zhì)通常在坩堝內(nèi)進(jìn)行，要用到酒精燈、坩堝、泥三角、三腳架等，故答案為：①③④⑤；
（2）濾液中含有鐵離子，鐵離子與氨水反應(yīng)生成紅褐色的氫氧化鐵沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）檢驗(yàn)氫氧化鐵沉淀中是否洗滌干凈，可以通過檢驗(yàn)氫氧化鐵中是否混有鈣離子進(jìn)行判斷，方法為：向最后一次洗滌少許與試管中，滴加碳酸鈉溶液，若無沉淀產(chǎn)生，說明洗滌干凈，
故答案為：向最后一次洗滌少許與試管中，滴加碳酸鈉溶液，若無沉淀產(chǎn)生，說明洗凈；
（4）①將濾液C稀釋至500mL時(shí)需要使用到容量瓶，滴定操作中需要使用滴定管和錐形瓶，即B、C、D正確，
故答案為：B、C、D；
②滴定結(jié)束之前溶液為無色，滴定結(jié)束時(shí)高錳酸鉀溶液過量，溶液變?yōu)樽仙�，所以滴定終點(diǎn)顏色變化為：無色變?yōu)樽仙�或高錳酸鉀溶液不褪色，
故答案為：無色變?yōu)樽仙�或高錳酸鉀溶液不褪色；
③滴定到終點(diǎn)，靜置后，如圖3讀取KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液的刻度數(shù)據(jù)，導(dǎo)致讀數(shù)偏小，計(jì)算出的消耗的高錳酸鉀溶液體積偏高，計(jì)算出的鈣離子消耗的草酸根離子物質(zhì)的量偏高，則測(cè)定的鈣元素含量將偏高，
故答案為：偏高；
（5）濾液A中含有鐵離子，可以通過檢驗(yàn)濾液A來驗(yàn)證該品牌茶葉中是否含有鐵元素，方法為：取少量的濾液A，滴入硫氰化鉀溶液，溶液變成紅色，證明溶液中存在鐵離子，也證明離子茶葉中含有鐵元素，
故答案為：KSCN溶液，溶液呈紅色；
（6）7.44g草酸銨的物質(zhì)的量為：$\frac{7.44g}{124g/mol}$=0.06mol，根據(jù)反應(yīng)5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O可知與鈣離子反應(yīng)的草酸根離子的物質(zhì)的量為：0.06mol-$\frac{5}{2}$×（0.10mol•L^-1×0.01L）×$\frac{500mL}{25mL}$=0.01mol，根據(jù)化學(xué)式CaC₂O₄可知鈣離子的物質(zhì)的量為0.01mol，所以樣品中鈣離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{40g/mol×0.01mol}{200g}$×100%=0.2%，
故答案為：0.2%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究茶葉中鐵元素、鈣元素的含量的方法及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度較大，注意掌握性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，明確探究物質(zhì)組成及含量的方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力．