Question

15．鎂及鐵是用途很廣的金屬材料，某學校研究性學習小組從工業廢水（主要含Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-）中模擬工業生產來提取鎂和鐵，主要過程如下：回答下列問題

	開始沉淀時的pH	沉淀完全時的pH
Mg2+	9.6	11.0
Fe3+	2.7	3.7

（1）試劑①可以是AB
A．MgCO₃       B．Mg（OH）₂C．NaOH           D．NH₃•H₂O
其目的是使溶液的pH升高，使Fe³⁺轉化為氫氧化鐵沉淀而分離出去．
（2）圖1是該校研究性學習小組設計進行過程③的實驗裝置圖．其中裝置A的作用是制備干燥的HCl氣體，抑制MgCl₂的水解．
（3）為了分析廢水中鐵元素的含量，先將廢水預處理，使鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應的離子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
①滴定前是否要滴加指示劑？否（填“是”或“否”），請說明理由KMnO₄溶液自身可作指示劑．
②下列滴定操作可使測量結果偏大的是ACD．
A．錐形瓶水洗后．用待測液潤洗過再裝待測液．
B．滴定前讀數仰視．滴定后讀數俯視．
C．滴定管水洗后．未用標準液洗滌．
D．滴定管裝液后尖嘴部位有氣泡，滴定后氣泡消失
③某同學稱取5.000g廢水，預處理后在容量瓶中配制成100ml溶液，移取25.00ml試樣溶液，用1.000×10^-2mol•L^-1KMnO₄標準溶液滴定．三次實驗的實驗數據如下表所示．，則廢水中鐵元素的質量分數是4.480%．

實驗 編號	待測溶液的體積（mL）	滴定前標液的 體積讀數（mL）	滴定后標液的 體積讀數（mL）
1	20.00	1.20	21.22
2	20.00	2.21	22.19
3	20.00	1.50	23.48

Answer 1

分析 （1）根據流程圖可知，工業廢水（主要含Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-）加入試劑①后得氯化鎂溶液和沉淀，沉淀經過一系列的變化得到鐵，說明沉淀中有鐵元素，所以試劑①的作用是使鐵離子沉淀，而不使鎂離子沉淀，據此判斷；
（2）由于鎂離子易水解，所以從氯化鎂晶體中獲得無水氯化鎂要在氯化氫氣流中進行，根據裝置圖可知，裝置A就是用來制備氯化氫氣體；
（3）①用高錳酸鉀溶液滴定亞鐵離子，由于在反應中高錳酸鉀溶液的顏色會發生變化，所以不用指示劑；
②A．錐形瓶水洗后，用待測液潤洗過再裝待測液，則錐形瓶中待測液偏多；
B．滴定前讀數仰視，滴定后讀數俯視，則讀出的標準液的體積偏小；
C．滴定管水洗后，未用標準液洗滌，則標準液被稀釋，所用標準液體積偏大；
D．滴定管裝液后尖嘴部位有氣泡，滴定后氣泡消失，則讀出的標準液的體積偏大，據此分析；
③根據表中提供的數據可知，實驗3的數據與前面兩組數據偏差較大，為偶然誤差，應舍去，所以在實驗中用去的高錳酸鉀溶液的體積為$\frac{20.02+19.98}{2}$mL=20.0mL，則高錳酸鉀的物質的量為1.000×10^-2mol•L^-1×0.02L=2.000×10^-4mol，根據5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可知亞鐵離子的物質的量為1.000×10^-3mol，所以5.000g廢水中亞鐵離子的物質的量為$\frac{100ml}{25.00ml}$×1.000×10^-3mol=4.000×10^-3mol，其質量為0.224g，根據$\frac{鐵元素的質量}{樣品的質量}$×100%計算鐵元素的質量分數．

解答 解：（1）根據流程圖可知，工業廢水（主要含Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-）加入試劑①后得氯化鎂溶液和沉淀，沉淀經過一系列的變化得到鐵，說明沉淀中有鐵元素，所以試劑①的作用是使鐵離子沉淀，而不使鎂離子沉淀，即①的作用是使溶液的pH升高，使Fe³⁺轉化為氫氧化鐵沉淀而分離出去，可用MgCO₃或Mg（OH）₂，故選AB，
故答案為：AB；使溶液的pH升高，使Fe³⁺轉化為氫氧化鐵沉淀而分離出去；
（2）由于鎂離子易水解，所以從氯化鎂晶體中獲得無水氯化鎂要在氯化氫氣流中進行，根據裝置圖可知，裝置A就是用來制備氯化氫氣體，
故答案為：制備干燥的HCl氣體，抑制MgCl₂的水解；
（3）①用高錳酸鉀溶液滴定亞鐵離子，由于在反應中高錳酸鉀溶液的顏色會發生變化，自身可作指示劑，所以不用指示劑，
故答案為：否；KMnO₄溶液自身可作指示劑；
②A．錐形瓶水洗后，用待測液潤洗過再裝待測液，則錐形瓶中待測液偏多，會使測量結果偏大；
B．滴定前讀數仰視，滴定后讀數俯視，則讀出的標準液的體積偏小，會使測量結果偏小；
C．滴定管水洗后，未用標準液洗滌，則標準液被稀釋，所用標準液體積偏大，會使測量結果偏大；
D．滴定管裝液后尖嘴部位有氣泡，滴定后氣泡消失，則讀出的標準液的體積偏大，會使測量結果偏大，
故選 ACD；
③根據表中提供的數據可知，實驗3的數據與前面兩組數據偏差較大，為偶然誤差，應舍去，所以在實驗中用去的高錳酸鉀溶液的體積為$\frac{20.02+19.98}{2}$mL=20.0mL，則高錳酸鉀的物質的量為1.000×10^-2mol•L^-1×0.02L=2.000×10^-4mol，根據5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可知亞鐵離子的物質的量為1.000×10^-3mol，所以5.000g廢水中亞鐵離子的物質的量為$\frac{100ml}{25.00ml}$×1.000×10^-3mol=4.000×10^-3mol，其質量為0.224g，所以鐵元素的質量分數=$\frac{鐵元素的質量}{樣品的質量}$×100%=$\frac{0.224}{5.000}$×100%=4.480%，
故答案為：4.480%．

點評 本題主要考查了工業生產來提取鎂的流程，側重考查混合物分離提純，把握流程中的分離方法為解答的關鍵，注意氯化鎂的性質和制鎂的方法，題目難度中等．