Question

11．甲酸鈣廣泛用于食品、化工、石油等工業(yè)生產(chǎn)上，300～400℃左右分解．
Ⅰ．實(shí)驗(yàn)室制取的方法之一是：Ca（OH）₂+2HCHO+H₂O₂=Ca（HCOO）₂+2H₂O+H₂↑．
實(shí)驗(yàn)室制取時，將工業(yè)用氫氧化鈣和甲醛依次加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～70%的過氧化氫溶液中（投料物質(zhì)的量之比依次為1：2：1.2），最終可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%以上且重金屬含量極低的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品．
（1）過氧化氫比理論用量稍多，其目的是使甲醛充分氧化，提高甲醛的利用率和產(chǎn)品純度．
（2）反應(yīng)溫度最好控制在30～70℃之間，溫度不易過高，其主要原因是防止H₂O₂分解和甲醛揮發(fā)  ．
（3）制備時在混合溶液中要加入微量硼酸鈉抑制甲醛發(fā)生副反應(yīng)外，還要加入少量的Na₂S溶液，加硫化鈉的目的是除去重金屬離子．
（4）實(shí)驗(yàn)時需強(qiáng)力攪拌45min，其目的是使反應(yīng)物充分接觸，提高產(chǎn)率；結(jié)束后需調(diào)節(jié)溶液的pH 7～8，其目的是防止甲酸鈣水解．最后經(jīng)結(jié)晶分離、干燥得產(chǎn)品．
Ⅱ．某研究性學(xué)習(xí)小組用工業(yè)碳酸鈣（主要成分為CaCO₃；雜質(zhì)為：Al₂O₃、FeCO₃） 為原料，先制備無機(jī)鈣鹽，再與甲酸鈉溶液混合制取甲酸鈣．結(jié)合下圖幾種物質(zhì)的溶解度曲線及表中相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計算），現(xiàn)提供的試劑有：a．甲酸鈉，b.5mol•L^-1硝酸，c.5mol•L^-1鹽酸，d.5mol•L^-1硫酸，e.3%H₂O₂溶液，f．澄清石灰水．

金屬 離子	開始沉淀 的pH	沉淀完全 的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8

實(shí)驗(yàn)步驟
步驟1：稱取13.6g甲酸鈉溶于約20mL水，配成溶液待用，并稱取研細(xì)的碳酸鈣樣品10g待用．
步驟2：用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品．
步驟3：用石灰水調(diào)整溶液pH=5．
步驟4：過濾后，將濾液與甲酸鈉溶液混合，調(diào)整溶液pH 7～8，充分?jǐn)嚢�，所得溶液�?jīng)蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、60℃時干燥得甲酸鈣晶體．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）化學(xué)反應(yīng)中一種反應(yīng)物過量目的是促進(jìn)其他反應(yīng)物充分反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率；
（2）溫度較高時，雙氧水易分解，甲醛易揮發(fā)；
（3）重金屬離子與硫離子反應(yīng)生成難溶的硫化物；
（4）攪拌是使反應(yīng)物充分接觸；甲酸鈣水解顯堿性，溶液為弱堿性能抑制其水解；
Ⅱ．該實(shí)驗(yàn)首先要去除雜質(zhì)，同時生成可溶性鈣鹽，雜質(zhì)中亞鐵離子首先要氧化為鐵離子（雙氧水或硝酸），再生成氫氧化鐵除去，鋁離子也要生成堿除去，故調(diào)節(jié)pH為5（用石灰水調(diào)節(jié)）；然后加入甲酸鈉溶液混合生成溶解度較小、隨溫度變化不明顯是甲酸鈣，經(jīng)蒸發(fā)濃縮，得到甲酸鈣固體，趁熱過濾，防止其它晶體析出．

解答 解：Ⅰ．（1）化學(xué)反應(yīng)中一種反應(yīng)物過量目的是促進(jìn)其他反應(yīng)物充分反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率，則加過量的過氧化氫能使甲醛充分氧化，提高甲醛的利用率和產(chǎn)品純度；
故答案為：使甲醛充分氧化，提高甲醛的利用率和產(chǎn)品純度；
（2）溫度較高時，雙氧水易分解，甲醛易揮發(fā)，則反應(yīng)溫度最好控制在30-70℃之間，溫度不易過高，能防止H₂O₂分解和甲醛揮發(fā)；
故答案為：防止H₂O₂分解和甲醛揮發(fā)；
（3）制備時在混合溶液中要加入微量硼酸鈉抑制甲醛發(fā)生副反應(yīng)外，還要加入少量的Na₂S溶液，硫化鈉與重金屬離子結(jié)合生成硫化物，硫化物難溶于水，可以除去重金屬離子；
故答案為：除去重金屬離子；
（4）攪拌是使使反應(yīng)物充分接觸，使其反應(yīng)完全，提高產(chǎn)率；甲酸根離子為弱酸根離子，則甲酸鈣水解顯弱堿性，調(diào)節(jié)溶液pH 7～8，溶液為弱堿性能抑制甲酸鈣水解，故答案為：使反應(yīng)物充分接觸，提高產(chǎn)率；防止甲酸鈣水解；
Ⅱ．該實(shí)驗(yàn)首先要去除雜質(zhì)，同時生成可溶性鈣鹽，雜質(zhì)中亞鐵離子首先要氧化為鐵離子（雙氧水或硝酸），再生成氫氧化鐵除去，鋁離子也要生成堿除去，故調(diào)節(jié)pH為5（用石灰水調(diào)節(jié)）；然后加入甲酸鈉溶液混合生成溶解度較小、隨溫度變化不明顯是甲酸鈣，經(jīng)蒸發(fā)濃縮，得到甲酸鈣固體，趁熱過濾，防止其它晶體析出；
則具體的步驟為：
步驟1．稱取13.6g甲酸鈉溶于約20mL水，配成溶液待用，并稱取研細(xì)的碳酸鈣樣品10g待用；
步驟2．用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品；
步驟3．用石灰水調(diào)整溶液pH=5；
步驟4．過濾后，將濾液與甲酸鈉溶液混合，調(diào)整溶液pH 7～8，充分?jǐn)嚢瑁�所得溶液�?jīng)蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、60℃時干燥得甲酸鈣晶體，
故答案為：用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品；用石灰水調(diào)整溶液pH=5；趁熱過濾．

點(diǎn)評 本題是一道實(shí)驗(yàn)綜合題，涉及實(shí)驗(yàn)操作目的、原理、步驟等有關(guān)問題，主要考查了物質(zhì)的制備、除雜質(zhì)、提高產(chǎn)率的方法、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計，題目難度中等，考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力．