Question

20．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)方案用以檢驗(yàn)?zāi)称放撇枞~中鐵元素的存在并測(cè)定鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) （已知CaC₂O₄為白色沉淀物質(zhì)）．首先取200g茶葉樣品進(jìn)行如圖1操作：請(qǐng)回答下列有關(guān)問(wèn)題：
（1）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	4.1

②（NH₄）₃C₂O₄溶液顯酸性
實(shí)驗(yàn)前要先將茶葉樣品高溫灼燒程灰粉，這部操作需要用到的實(shí)驗(yàn)儀器有：酒精燈、三腳架、玻璃棒、BC、其主要目的是使樣品中的有機(jī)物完全分解．
A．蒸發(fā)皿        B．坩堝          C．泥三角           D．石棉網(wǎng)
（2）從濾液A→沉淀D的過(guò)程中需要加入的物質(zhì)X可以選擇C
A．CaO          B．Ca（OH）₂            C．NH₃•H₂O
（3）用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定C溶液時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)為：5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
現(xiàn)將濾液C稀釋至250mL，再取其中的25.00mL溶液，用硫酸酸化后，用0.10mol•L^-1的KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄溶液體積如下表所示：

編號(hào)	終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO4溶液體積（mL）
1	19.98
2	22.00
3	20.02

①此步操作過(guò)程中需要用到下列哪些儀器（如圖）CDE（填寫(xiě)序號(hào)）；

②滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象是滴入最后一滴KMnO₄，溶液由無(wú)色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不恢�?fù)原色．
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，若不洗滌沉淀洗滌沉淀D，會(huì)使測(cè)定鈣元素的含量偏低．（填“偏低”“偏高”、“無(wú)影響”，下同）若不洗滌沉淀E，會(huì)使測(cè)定鈣元素的含量偏高．
④原茶葉中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{a}{124}-0.05}{5}$．（用含a的代數(shù)式表示）
（4）設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)茶葉中含有鐵元素的操作和現(xiàn)象是：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．

Answer 1

分析 茶葉中含鈣、鐵等微量金屬元素，灼燒后加稀硫酸鈣、鐵等微量金屬溶解成Ca²⁺，F(xiàn)e²⁺等，則濾液A中Ca²⁺，F(xiàn)e²⁺等，接著調(diào)節(jié)pH得發(fā)生的反應(yīng)為Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）₂↓+2NH₄⁺，故得到的沉淀D是氫氧化鐵，還有未反應(yīng)的Ca²⁺，則濾液B中含Ca²⁺，加草酸銨方式的反應(yīng)為Ca²⁺+C₂O₄^2-=CaC₂O₄↓，故得到的沉淀E是草酸鈣，還有未反應(yīng)的C₂O₄^2-，則濾液C中含C₂O₄^2-，據(jù)此進(jìn)行分析，
（1）②高溫灼燒物質(zhì)通常在坩堝內(nèi)進(jìn)行，據(jù)此選擇；
（2）據(jù)流程圖分析，第二步操作溶解灼燒后的茶葉用稀硫酸，第三步加x調(diào)節(jié)pH為6，故x為堿，還要不引入新的雜質(zhì)，綜合考慮；
（3）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(wú)色，滴定結(jié)束時(shí)高錳酸鉀溶液溶液過(guò)量進(jìn)行解答；
③D為氫氧化鐵，E為草酸鈣，據(jù)此進(jìn)行分析；
④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；
（4）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．

解答 解：（1）②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：BC；
（2）據(jù)流程圖分析，第二步操作溶解灼燒后的茶葉用稀硫酸，第三步加x調(diào)節(jié)pH為6，故x為堿，還要不引入新的雜質(zhì)，后面步驟中友加入了（NH₄）₂C₂O₄，故x為NH₃•H₂O，
故答案為：C；
（3）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CDE正確，
故答案為：CDE；
②滴定結(jié)束之前溶液為無(wú)色，滴定結(jié)束時(shí)高錳酸鉀溶液過(guò)量，溶液變?yōu)樽仙�，所以滴定終點(diǎn)顏色變化為滴入最后一滴KMnO₄，溶液由無(wú)色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不恢�?fù)原色，
故答案為：滴入最后一滴KMnO₄，溶液由無(wú)色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不恢�?fù)原色；
③D為氫氧化鐵，不洗滌沉淀洗滌沉淀，將導(dǎo)致質(zhì)量增大，故草酸鈣質(zhì)量減小，鈣含量偏低；E為草酸鈣，不洗滌沉淀洗滌沉淀，將導(dǎo)致質(zhì)量增大，故草酸鈣質(zhì)量偏高，
故答案為：偏低；偏高；
④ag草酸銨的物質(zhì)的量為：$\frac{ag}{124g/mol}$=$\frac{a}{124}$mol，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：$\frac{a}{124}$mol-$\frac{5}{2}$×（0.10mol•L^-1×0.02L）×$\frac{250mL}{25mL}$=（$\frac{a}{124}$-0.05）mol，根據(jù)化學(xué)式CaC₂O₄可知鈣離子的物質(zhì)的量為（$\frac{a}{124}$-0.05）mol，所以樣品中鈣離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{40g/mol×（\frac{a}{124}-0.05）mol}{200g}$×100%=$\frac{\frac{a}{124}-0.05}{5}$，
故答案為：$\frac{\frac{a}{124}-0.05}{5}$；
（4）濾液A中含有鐵離子，可以通過(guò)檢驗(yàn)濾液A來(lái)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：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．

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(wèn)題的能力．