Question

17．以碳酸鎂（含少量FeCO₃）為原料制取硫酸鎂晶體，并測定Mg²⁺含量：將原料完全溶于一定量的稀硫酸中，加足量的H₂O₂后用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH，靜置后過濾，除去濾渣，將濾液結(jié)晶得硫酸鎂晶體．
（1）30.00mL 5.00mol•L^-1的稀硫酸至少能溶解原料的質(zhì)量為12.60g．
（2）加入H₂O₂時反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）已知：Ksp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-39，Ksp[Mg（OH）₂]=1.0×10^-12．
室溫下，若溶液中c（Mg²⁺）=0.01mol•L^-1，欲使溶液中的c（Fe³⁺）≤1×10^-6mol•L^-1，需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為3～9．
（4）常采用下列方法測定結(jié)晶硫酸鎂中Mg²⁺的含量：
已知：①在pH為9～10時，Mg²⁺、Zn²⁺均能與EDTA（H₂Y^2-）形成配合物
②在pH為5～6時，Zn²⁺除了與EDTA反應，還能將Mg²⁺與EDTA形成的配合物中的Mg²⁺“置換”出來：Zn²⁺+MgH₂Y=ZnH₂Y+Mg²⁺
步驟1：準確稱取得到的硫酸鎂晶體1.50g加入過量的EDTA，配成100mL pH在9～10之間溶液A
步驟2：準確移取25.00mL溶液A于錐形瓶中，用0.10mol•L^-1Zn²⁺標準溶液滴定，滴定到終點，消耗Zn²⁺標準溶液的體積為20.00mL
步驟3：準確移取25.00mL溶液A于另一只錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH在5～6；用0.10mol•L^-1Zn²⁺標準溶液滴定，滴定至終點，消耗Zn²⁺標準溶液的體積為30.00mL．
計算該結(jié)晶硫酸鎂中Mg²⁺的質(zhì)量分數(shù)（請給出計算過程）6.4%．

Answer 1

分析 （1）30.00mL 5.00mol•L^-1的稀硫酸如果溶解的全部是碳酸鎂，則其質(zhì)量為最少，根據(jù)硫酸與碳酸鎂反應的方程式可計算出原料的質(zhì)量；
（2）加入H₂O₂的目的是將溶液中的亞鐵離子氧化成鐵離子再調(diào)節(jié)pH值，將鐵元素除去，據(jù)此書寫離子方程式；
（3）根據(jù)Ksp[Mg（OH）₂]可計算出鎂離子開始出現(xiàn)沉淀時的pH值，根據(jù)Ksp[Fe（OH）₃]可計算出鐵離子沉淀完全時的pH值，據(jù)此判斷溶液的pH值范圍；
（4）在pH在9～10之間溶液A中，可以通過鋅離子的物質(zhì)的量計算出剩余EDTA的物質(zhì)的量，調(diào)節(jié)pH在5～6時，通過鋅離子的物質(zhì)的量可計算出總EDTA的物質(zhì)的量，由此可計算出與鎂離子反應的EDTA的物質(zhì)的量，根據(jù)$\frac{鎂離子的質(zhì)量}{樣品的質(zhì)量}$×100%計算出Mg²⁺的質(zhì)量分數(shù)；

解答 解：（1）30.00mL 5.00mol•L^-1的稀硫酸的物質(zhì)的量為0.15mol，根據(jù)硫酸與碳酸鎂反應的方程式可知碳酸鎂的物質(zhì)的量也為0.15mol，所以碳酸鎂的質(zhì)量為0.15mol×84g/mol=12.60g，
故答案為：12.60g；
（2）加入H₂O₂的目的是將溶液中的亞鐵離子氧化成鐵離子再調(diào)節(jié)pH值，將鐵元素除去，反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）根據(jù)Ksp[Mg（OH）₂]可知鎂離子開始出現(xiàn)沉淀時溶液中氫氧根離子的濃度為$\sqrt{\frac{1.0×10{\;}^{-12}}{0.01}}$mol•L^-1=1×10^-5 mol•L^-1，此時溶液的pH值為9，根據(jù)Ksp[Fe（OH）₃]可知鐵離子沉淀完全時溶液中氫氧根離子的濃度為$\root{3}{\frac{1.0×10{\;}^{-39}}{1×10{\;}^{-6}}}$mol•L^-1=1×10^-11mol•L^-1，此時溶液的pH值為3，所以需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為3～9，
故答案為：3～9；
（4）Mg²⁺、Zn²⁺與EDTA均按1：1反應，在25mL溶液A中：n（EDTA）=n（Zn²⁺）=0.10×20.00×10^-3=2.00×10^-3mol
則100mL溶液A中剩余EDTA的量：n（EDTA）=2.00×10^-3×100/25=8.00×10^-3mol
25mL溶液A中EDTA的量：n（EDTA）_總=n（Zn²⁺）=0.10×30.00×10^-3=3.00×10^-3mol
則100mL溶液A中EDTA總量：n（EDTA）_總=3.00×10^-3×4=0.0120mol
所以與1.5g樣品中鎂離子反應的EDTA的物質(zhì)的量為0.012mol-8.00×10^-3 mol=0.004mol，所以樣品中n（Mg²⁺）=0.004mol，其質(zhì)量為0.004mol×24g/mol=0.096g，
則該結(jié)晶硫酸鎂中Mg²⁺的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.096g}{1.5g}$=6.4%，
故答案為：6.4%．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備、分離提純實驗方案的設(shè)計，注意把握習題中的信息、物質(zhì)的性質(zhì)及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗能力、以及計算能力的考查，題目難度中等．