Question

15．镁及铁是用途很广的金属材料，某学校研究性学习小组从工业废水（主要含Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-）中模拟工业生产来提取镁和铁，主要过程如下：回答下列问题

	开始沉淀时的pH	沉淀完全时的pH
Mg2+	9.6	11.0
Fe3+	2.7	3.7

（1）试剂①可以是AB
A．MgCO₃       B．Mg（OH）₂C．NaOH           D．NH₃•H₂O
其目的是使溶液的pH升高，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀而分离出去．
（2）图1是该校研究性学习小组设计进行过程③的实验装置图．其中装置A的作用是制备干燥的HCl气体，抑制MgCl₂的水解．
（3）为了分析废水中铁元素的含量，先将废水预处理，使铁元素还原成Fe²⁺，再用KMnO₄标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
①滴定前是否要滴加指示剂？否（填“是”或“否”），请说明理由KMnO₄溶液自身可作指示剂．
②下列滴定操作可使测量结果偏大的是ACD．
A．锥形瓶水洗后．用待测液润洗过再装待测液．
B．滴定前读数仰视．滴定后读数俯视．
C．滴定管水洗后．未用标准液洗涤．
D．滴定管装液后尖嘴部位有气泡，滴定后气泡消失
③某同学称取5.000g废水，预处理后在容量瓶中配制成100ml溶液，移取25.00ml试样溶液，用1.000×10^-2mol•L^-1KMnO₄标准溶液滴定．三次实验的实验数据如下表所示．，则废水中铁元素的质量分数是4.480%．

实验 编号	待测溶液的体积（mL）	滴定前标液的 体积读数（mL）	滴定后标液的 体积读数（mL）
1	20.00	1.20	21.22
2	20.00	2.21	22.19
3	20.00	1.50	23.48

Answer 1

分析 （1）根据流程图可知，工业废水（主要含Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-）加入试剂①后得氯化镁溶液和沉淀，沉淀经过一系列的变化得到铁，说明沉淀中有铁元素，所以试剂①的作用是使铁离子沉淀，而不使镁离子沉淀，据此判断；
（2）由于镁离子易水解，所以从氯化镁晶体中获得无水氯化镁要在氯化氢气流中进行，根据装置图可知，装置A就是用来制备氯化氢气体；
（3）①用高锰酸钾溶液滴定亚铁离子，由于在反应中高锰酸钾溶液的颜色会发生变化，所以不用指示剂；
②A．锥形瓶水洗后，用待测液润洗过再装待测液，则锥形瓶中待测液偏多；
B．滴定前读数仰视，滴定后读数俯视，则读出的标准液的体积偏小；
C．滴定管水洗后，未用标准液洗涤，则标准液被稀释，所用标准液体积偏大；
D．滴定管装液后尖嘴部位有气泡，滴定后气泡消失，则读出的标准液的体积偏大，据此分析；
③根据表中提供的数据可知，实验3的数据与前面两组数据偏差较大，为偶然误差，应舍去，所以在实验中用去的高锰酸钾溶液的体积为$\frac{20.02+19.98}{2}$mL=20.0mL，则高锰酸钾的物质的量为1.000×10^-2mol•L^-1×0.02L=2.000×10^-4mol，根据5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可知亚铁离子的物质的量为1.000×10^-3mol，所以5.000g废水中亚铁离子的物质的量为$\frac{100ml}{25.00ml}$×1.000×10^-3mol=4.000×10^-3mol，其质量为0.224g，根据$\frac{铁元素的质量}{样品的质量}$×100%计算铁元素的质量分数．

解答 解：（1）根据流程图可知，工业废水（主要含Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-）加入试剂①后得氯化镁溶液和沉淀，沉淀经过一系列的变化得到铁，说明沉淀中有铁元素，所以试剂①的作用是使铁离子沉淀，而不使镁离子沉淀，即①的作用是使溶液的pH升高，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀而分离出去，可用MgCO₃或Mg（OH）₂，故选AB，
故答案为：AB；使溶液的pH升高，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀而分离出去；
（2）由于镁离子易水解，所以从氯化镁晶体中获得无水氯化镁要在氯化氢气流中进行，根据装置图可知，装置A就是用来制备氯化氢气体，
故答案为：制备干燥的HCl气体，抑制MgCl₂的水解；
（3）①用高锰酸钾溶液滴定亚铁离子，由于在反应中高锰酸钾溶液的颜色会发生变化，自身可作指示剂，所以不用指示剂，
故答案为：否；KMnO₄溶液自身可作指示剂；
②A．锥形瓶水洗后，用待测液润洗过再装待测液，则锥形瓶中待测液偏多，会使测量结果偏大；
B．滴定前读数仰视，滴定后读数俯视，则读出的标准液的体积偏小，会使测量结果偏小；
C．滴定管水洗后，未用标准液洗涤，则标准液被稀释，所用标准液体积偏大，会使测量结果偏大；
D．滴定管装液后尖嘴部位有气泡，滴定后气泡消失，则读出的标准液的体积偏大，会使测量结果偏大，
故选 ACD；
③根据表中提供的数据可知，实验3的数据与前面两组数据偏差较大，为偶然误差，应舍去，所以在实验中用去的高锰酸钾溶液的体积为$\frac{20.02+19.98}{2}$mL=20.0mL，则高锰酸钾的物质的量为1.000×10^-2mol•L^-1×0.02L=2.000×10^-4mol，根据5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可知亚铁离子的物质的量为1.000×10^-3mol，所以5.000g废水中亚铁离子的物质的量为$\frac{100ml}{25.00ml}$×1.000×10^-3mol=4.000×10^-3mol，其质量为0.224g，所以铁元素的质量分数=$\frac{铁元素的质量}{样品的质量}$×100%=$\frac{0.224}{5.000}$×100%=4.480%，
故答案为：4.480%．

点评 本题主要考查了工业生产来提取镁的流程，侧重考查混合物分离提纯，把握流程中的分离方法为解答的关键，注意氯化镁的性质和制镁的方法，题目难度中等．