Question

茶是我国人民喜爱的饮品，其中含有多种有益于人体健康的成分，据测定茶叶中含有450种以上的有机成分与15种以上的元素．某化学研究小组欲探究茶叶中钙元素的含量，设计了探究实验方案如下：（已知茶叶中的铝、铁元素对钙离子的测定有影响）
步骤1：称取500克干燥的茶叶，置于通风橱中，充分灼烧使茶叶灰化，再用研钵磨细后移入烧杯中，然后将200mL 1mol?L^-1盐酸加入灰中搅拌、过滤、洗涤．
步骤2：向步骤1所得滤液中逐滴加入稀氢氧化钠溶液，调节溶液的pH为6～7左右，使铝、铁的氢氧化物完全沉淀，再加热煮沸30min，加入7.95g无水碳酸钠，充分搅拌，待沉淀完全后，过滤，洗涤，过滤后得到滤液和沉淀．
步骤3：将步骤2所得的滤液稀释至500mL，取其中的20.00mL溶液以甲基橙作指示剂，用0.1000mol?L^-1的HCl标准溶液滴定，终点时消耗盐酸的体积为20.00mL，计算结果．请回答下列问题：
（1）步骤 1中，使茶叶灰化需要三角架、泥三角、酒精喷灯、______、______等仪器．
（2）步骤2中，判断沉淀已经洗涤干净的方法是______．
（3）步骤3中，滴定操作时，眼睛注视______．被滴定的20mL滤液中 CO₃^2-的物质的量为______mol，原茶叶中钙离子的质量分数为______．

Answer 1

解：（1）高温灼烧物质通常在坩埚内进行，温度很高需要用坩埚钳夹持，故答案为：坩埚；坩埚钳；
（2）步骤2的最终的沉淀会附着碳酸钠、氯化钠等物质，取最后的洗涤液，检验溶液是否含有碳酸根离子（或氯离子），检验方法为：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加CaCl₂（或AgNO₃）溶液，若无沉淀产生，则已洗净，
故答案为：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加CaCl₂（或AgNO₃）溶液，若无沉淀产生，则已洗净；
（3）步骤3中，滴定操作时，眼睛注视锥形瓶内溶液颜色变化，溶液由黄色变为红色说明滴定到终点；
滴定稀释后滤液20.00mL消耗的n（HCl）=0.02L×0.1000mol?L^-1=0.002mol，滴定中发生反应CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O，所以被滴定的20mL滤液中n（CO₃^2-）=0.002mol×=0.001mol；
故500mL溶液中n（CO₃^2-）=0.001mol×=0.025mol，参加反应的n（CO₃^2-）=-0.025mol=0.05mol，步骤2中加入的7.95g无水碳酸钠，发生反应CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，由方程式可知500克干燥的茶叶含有钙元素的质量为0.05mol×40g/mol=2g，原茶叶中钙离子的质量分数为×100%=0.4%．
故答案为：锥形瓶内溶液颜色变化； 0.001；0.4%．
分析：（1）高温灼烧物质通常在坩埚内进行，温度很高需要用坩埚钳夹持；
（2）步骤2的最终的沉淀会附着碳酸钠、氯化钠等物质，取最后的洗涤液，检验溶液是否含有碳酸根离子（或氯离子），检验碳酸根离子可以用氯化钙溶液，若无白色沉淀产生，说明洗涤干净（或用硝酸银溶液检验氯离子，若无白色沉淀产生，说明洗涤干净）；
（3）步骤3中，滴定操作时，眼睛注视锥形瓶内溶液颜色变化，溶液由黄色变为红色说明滴定到终点；
滴定中发生反应CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O，根据盐酸计算被滴定的20mL滤液中 n（CO₃^2-），进而计算500mL溶液中未反应的n（CO₃^2-），再计算出参加反应的n（CO₃^2-），步骤2中加入的7.95g无水碳酸钠，发生反应CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，据此计算500克干燥的茶叶含有钙元素的质量，再利用质量分数的定义计算原茶叶中钙离子的质量分数．
点评：本题考查学生对实验原理理解、实验基本操作、滴定应用、化学计算、物质含量测定等，难度中等，理解实验原理是关键，是对所学知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，学习中全面把握基础知识．