Question

18．茶葉中含有多種有益于人體健康的有機成分及鈣、鐵等微量金屬元素，某化學研究性學習小組設計方案用以測定某品牌茶葉中鈣元素的質量分數并檢驗鐵元素的存在（已知CaC₂O₄為白色沉淀物質）．首先取200g茶葉樣品焙燒得灰粉后進行如下操作：

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

離子	Ca2+	Fe3+
完全沉淀時的pH	13	3.7

實驗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蒸發皿 ③坩堝 ④泥三角 ⑤三腳架 ⑥鐵架臺
（2）寫出從濾液A→沉淀D的離子反應方程式的是Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（3）為保證實驗精確度，沉淀D及E需要分別洗滌，并將洗滌液轉移回母液中，試判斷沉淀D已經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，若無沉淀產生，說明洗凈．
（4）用KMnO₄標準溶液滴定C溶液時所發生的反應為：
5C₂O${\;}_{4}^{2-}$+2MnO${\;}_{4}^{-}$+16H^-═10CO₂↑+2²⁺+8H₂O．
現將濾液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標準溶液滴定，終點時消耗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）B、C、D； 

②達到滴定終點時，溶液的顏色變化是無色變為紫色或高錳酸鉀溶液不褪色；
③滴定到終點，靜置后，如圖讀取KMnO₄標準溶液的刻度數據，則測定的鈣元素含量將偏高 （填“偏高”、“偏低”、“無影響”）．
（5）可以通過檢驗濾液A來驗證該品牌茶葉中是否含有鐵元素，所加試劑及實驗現象是KSCN溶液，溶液呈紅色．
（6）原茶葉中鈣元素的質量分數為0.2%．

Answer 1

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

解答 解：（1）高溫灼燒物質通常在坩堝內進行，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，鐵離子與氨水反應生成紅褐色的氫氧化鐵沉淀，反應的離子方程式為Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）檢驗氫氧化鐵沉淀中是否洗滌干凈，可以通過檢驗氫氧化鐵中是否混有鈣離子進行判斷，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，若無沉淀產生，說明洗凈；
（4）①將濾液C稀釋至500mL時需要使用到容量瓶，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滴定結束之前溶液為無色，滴定結束時高錳酸鉀溶液過量，溶液變為紫色，所以滴定終點顏色變化為：無色變為紫色或高錳酸鉀溶液不褪色，
故答案為：無色變為紫色或高錳酸鉀溶液不褪色；
③滴定到終點，靜置后，如圖3讀取KMnO₄標準溶液的刻度數據，導致讀數偏小，計算出的消耗的高錳酸鉀溶液體積偏高，計算出的鈣離子消耗的草酸根離子物質的量偏高，則測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，可以通過檢驗濾液A來驗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草酸銨的物質的量為：$\frac{7.44g}{124g/mol}$=0.06mol，根據反應5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O可知與鈣離子反應的草酸根離子的物質的量為：0.06mol-$\frac{5}{2}$×（0.10mol•L^-1×0.01L）×$\frac{500mL}{25mL}$=0.01mol，根據化學式CaC₂O₄可知鈣離子的物質的量為0.01mol，所以樣品中鈣離子的質量分數為：$\frac{40g/mol×0.01mol}{200g}$×100%=0.2%，
故答案為：0.2%．

點評 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實驗方案的設計，題目難度較大，注意掌握性質實驗方案的設計方法，明確探究物質組成及含量的方法，試題培養了學生靈活應用所學知識解決實際問題的能力．