Question

【題目】傳統(tǒng)硅酸鹽材料因其耐高溫、抗腐蝕、強度高等優(yōu)異性能，被廣泛應用于各種工業(yè)、科學研究及日常生活中。某硅酸鹽材料的主要成分為氧化鈣、二氧化硅，并含有一定量鐵、鋁及鎂的氧化物，某研究小組設(shè)計以下流程測定該硅酸鹽材料中鈣的含量（如下圖所示）。

部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表:(金屬離子濃度以0.1mol·L-1計)

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ca(OH)2	Al(OH)3	Mg(OH)2
開始沉淀pH	2.7	7.6	12.3	4.0	8.0
完全沉淀pH	3.7	9.6	14.3	5.2	12.4

回答下列問題:

（1）酸浸后，加入雙氧水所發(fā)生反應的離子方程式為_________________。為提高鈣的浸出率，可以采取的措施是________________________。（任寫一種）

（2）沉淀B的成份為_____________。調(diào)節(jié)濾液Ⅰ的pH為4~5，加入的物質(zhì)可以是_________。

A. CaCO3 B. Ca(OH)2 C. 氨水 D. MgO

（3）向濾液Ⅱ中加足量草酸銨溶液，在水浴上保溫陳化2小時，冷卻到室溫，過濾、洗滌沉淀。將得到的CaC2O4沉淀溶解在硫酸中，并稀釋配成250mL溶液。用移液管量取25.00 mL溶液于錐形瓶中，用KMnO4標準溶液滴定。滴定時發(fā)生反應的離子方程式為___________________________。若實驗中所取樣品質(zhì)量為4.00 g ，KMnO4標準溶液濃度為0.0500 mol/L，平行滴定3次用去KMnO4標準溶液體積平均值為36.00 mL，則該硅酸鹽樣品中鈣的質(zhì)量分數(shù)為_________。

（4）在保溫沉鈣環(huán)節(jié)，若樣品中鎂的含量過高，會導致最終測定結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。試從理論上計算，加草酸銨溶液沉鈣時，溶液中鎂離子的濃度最高不能超過____mol/L。（已知：Ksp(CaC2O4) = 4.00×10-9，Ksp(MgC2O4) = 4.83×10-6）

Answer 1

【答案】 H2O2+2H++2Fe2+==2Fe3++2H2O 適當升高溫度（或答增大鹽酸濃度、延長酸浸時間等） Fe(OH)3　Al(OH)3 C 5H2C2O4 + 2MnO4- + 6H+== 10CO2↑+ 2Mn2+ + 8H2O 45.0% 1.2×10-2

【解析】本題是一道化學工藝流程試題，分析題干中的信息可知，設(shè)計流程測定硅酸鹽材料中鈣的含量、原料成分為氧化鈣、二氧化硅，并含有一定量鐵、鋁及鎂的氧化物，樣品經(jīng)過除二氧化硅、氫氧化鐵和氫氧化鋁等步驟，得到濾液II主要含有鈣鎂離子，加草酸銨溶液使鈣離子沉淀為草酸鈣從溶液中分離出來，將草酸鈣用硫酸溶解，再用酸性高錳酸鉀標準溶液滴定，從而測定出樣品中鈣的質(zhì)量分數(shù)，結(jié)合題中的問題，回到流程圖中找答案。

（1）酸浸后，加入雙氧水，其作用是將Fe2+氧化為Fe3+,便于后面的分離，所發(fā)生反應的離子方程式為H2O2+2H++2Fe2+==2Fe3++2H2O；把樣品粉碎，或適當加熱、適當增大酸的濃度或提高攪拌速率等都可以提高酸浸速率。因此，為提高鈣的浸出率，可以采取的措施是適當升高溫度（或答增大鹽酸濃度、延長酸浸時間等）；

（2）沉淀B是在pH為4~5時產(chǎn)生的沉淀，從表格可知，此時Fe(OH)3和Al(OH)3已沉淀完全，所以沉淀B的成份為Fe(OH)3和Al(OH)3。調(diào)節(jié)濾液Ⅰ的pH為4~5，加入的物質(zhì)不能引入鈣鎂離子，故選氨水，本題答案為：Fe(OH)3　Al(OH)3 ；C；

（3）用KMnO4標準溶液滴定草酸，發(fā)生氧化還原反應，離子方程式為5H2C2O4 + 2MnO4- + 6H+== 10CO2↑+ 2Mn2+ + 8H2O。根據(jù)反應方程式得：n(H2C2O4)=×0.036L×0.0500mol/L×=0.045mol,根據(jù)關(guān)系式：Ca2+CaC2O4 H2C2O4,樣品中含鈣的質(zhì)量為m(Ca)=0.045mol×40g/mol=1.8g,則該硅酸鹽樣品中鈣的質(zhì)量分數(shù)為×100%=45.0%。

（4）草酸鈣沉淀完全時，c(Ca2+)<1×10-5mol/L，若此時沉淀Mg2+,則在平衡體系中存在，= Ksp(MgC2O4)/ Ksp(CaC2O4)==1.2×103,即c(Mg2+)=1.2×103×1×10-5=1.2×10-2mol/L，所以，本題答案為：溶液中鎂離子的濃度最高不能超過1.2×10-2

mol/L。