Question

【题目】传统硅酸盐材料因其耐高温、抗腐蚀、强度高等优异性能，被广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。某硅酸盐材料的主要成分为氧化钙、二氧化硅，并含有一定量铁、铝及镁的氧化物，某研究小组设计以下流程测定该硅酸盐材料中钙的含量（如下图所示）。

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:(金属离子浓度以0.1mol·L-1计)

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ca(OH)2	Al(OH)3	Mg(OH)2
开始沉淀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

回答下列问题:

（1）酸浸后，加入双氧水所发生反应的离子方程式为_________________。为提高钙的浸出率，可以采取的措施是________________________。（任写一种）

（2）沉淀B的成份为_____________。调节滤液Ⅰ的pH为4~5，加入的物质可以是_________。

A. CaCO3 B. Ca(OH)2 C. 氨水 D. MgO

（3）向滤液Ⅱ中加足量草酸铵溶液，在水浴上保温陈化2小时，冷却到室温，过滤、洗涤沉淀。将得到的CaC2O4沉淀溶解在硫酸中，并稀释配成250mL溶液。用移液管量取25.00 mL溶液于锥形瓶中，用KMnO4标准溶液滴定。滴定时发生反应的离子方程式为___________________________。若实验中所取样品质量为4.00 g ，KMnO4标准溶液浓度为0.0500 mol/L，平行滴定3次用去KMnO4标准溶液体积平均值为36.00 mL，则该硅酸盐样品中钙的质量分数为_________。

（4）在保温沉钙环节，若样品中镁的含量过高，会导致最终测定结果产生较大误差。试从理论上计算，加草酸铵溶液沉钙时，溶液中镁离子的浓度最高不能超过____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 适当升高温度（或答增大盐酸浓度、延长酸浸时间等） Fe(OH)3　Al(OH)3 C 5H2C2O4 + 2MnO4- + 6H+== 10CO2↑+ 2Mn2+ + 8H2O 45.0% 1.2×10-2

【解析】本题是一道化学工艺流程试题，分析题干中的信息可知，设计流程测定硅酸盐材料中钙的含量、原料成分为氧化钙、二氧化硅，并含有一定量铁、铝及镁的氧化物，样品经过除二氧化硅、氢氧化铁和氢氧化铝等步骤，得到滤液II主要含有钙镁离子，加草酸铵溶液使钙离子沉淀为草酸钙从溶液中分离出来，将草酸钙用硫酸溶解，再用酸性高锰酸钾标准溶液滴定，从而测定出样品中钙的质量分数，结合题中的问题，回到流程图中找答案。

（1）酸浸后，加入双氧水，其作用是将Fe2+氧化为Fe3+,便于后面的分离，所发生反应的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+==2Fe3++2H2O；把样品粉碎，或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率等都可以提高酸浸速率。因此，为提高钙的浸出率，可以采取的措施是适当升高温度（或答增大盐酸浓度、延长酸浸时间等）；

（2）沉淀B是在pH为4~5时产生的沉淀，从表格可知，此时Fe(OH)3和Al(OH)3已沉淀完全，所以沉淀B的成份为Fe(OH)3和Al(OH)3。调节滤液Ⅰ的pH为4~5，加入的物质不能引入钙镁离子，故选氨水，本题答案为：Fe(OH)3　Al(OH)3 ；C；

（3）用KMnO4标准溶液滴定草酸，发生氧化还原反应，离子方程式为5H2C2O4 + 2MnO4- + 6H+== 10CO2↑+ 2Mn2+ + 8H2O。根据反应方程式得：n(H2C2O4)=×0.036L×0.0500mol/L×=0.045mol,根据关系式：Ca2+CaC2O4 H2C2O4,样品中含钙的质量为m(Ca)=0.045mol×40g/mol=1.8g,则该硅酸盐样品中钙的质量分数为×100%=45.0%。

（4）草酸钙沉淀完全时，c(Ca2+)<1×10-5mol/L，若此时沉淀Mg2+,则在平衡体系中存在，= Ksp(MgC2O4)/ Ksp(CaC2O4)==1.2×103,即c(Mg2+)=1.2×103×1×10-5=1.2×10-2mol/L，所以，本题答案为：溶液中镁离子的浓度最高不能超过1.2×10-2

mol/L。