Question

20．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檢驗某品牌茶葉中鐵元素的存在并測定鈣元素的質(zhì)量分數(shù) （已知CaC₂O₄為白色沉淀物質(zhì)）．首先取200g茶葉樣品進行如圖1操作：請回答下列有關(guān)問題：
（1）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	4.1

②（NH₄）₃C₂O₄溶液顯酸性
實驗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驗儀器有：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標準溶液滴定C溶液時所發(fā)生的反應為：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標準溶液滴定，終點時消耗KMnO₄溶液體積如下表所示：

編號	終點時消耗KMnO4溶液體積（mL）
1	19.98
2	22.00
3	20.02

①此步操作過程中需要用到下列哪些儀器（如圖）CDE（填寫序號）；

②滴定達到終點時的現(xiàn)象是滴入最后一滴KMnO₄，溶液由無色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不恢復原色�?br />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(zhuǎn)移回母液中，若不洗滌沉淀洗滌沉淀D，會使測定鈣元素的含量偏低．（填“偏低”“偏高”、“無影響”，下同）若不洗滌沉淀E，會使測定鈣元素的含量偏高．
④原茶葉中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{\frac{a}{124}-0.05}{5}$．（用含a的代數(shù)式表示）
（4）設計最簡單的實驗檢驗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，還有未反應的Ca²⁺，則濾液B中含Ca²⁺，加草酸銨方式的反應為Ca²⁺+C₂O₄^2-=CaC₂O₄↓，故得到的沉淀E是草酸鈣，還有未反應的C₂O₄^2-，則濾液C中含C₂O₄^2-，據(jù)此進行分析，
（1）②高溫灼燒物質(zhì)通常在坩堝內(nèi)進行，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)束前溶液為為無色，滴定結(jié)束時高錳酸鉀溶液溶液過量進行解答；
③D為氫氧化鐵，E為草酸鈣，據(jù)此進行分析；
④根據(jù)滴定消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量計算出與鈣離子反應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)量計算出鈣離子的質(zhì)量分數(shù)，注意滴定體積與樣品體積的關(guān)系；
（4）根據(jù)檢驗鐵離子遇到硫氰根離子溶液顯示紅色進行解答．

解答 解：（1）②高溫灼燒物質(zhì)通常在坩堝內(nèi)進行，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)束之前溶液為無色，滴定結(jié)束時高錳酸鉀溶液過量，溶液變?yōu)樽仙�，所以滴定終點顏色變化為滴入最后一滴KMnO₄，溶液由無色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不恢復原色�?br />故答案為：滴入最后一滴KMnO₄，溶液由無色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不恢復原色�?br />③D為氫氧化鐵，不洗滌沉淀洗滌沉淀，將導致質(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5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O可知與鈣離子反應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)量分數(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：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(zhì)實驗方案的設計，題目難度較大，注意掌握性質(zhì)實驗方案的設計方法，明確探究物質(zhì)組成及含量的方法，試題培養(yǎng)了學生靈活應用所學知識解決實際問題的能力．