Question

17．以碳酸镁（含少量FeCO₃）为原料制取硫酸镁晶体，并测定Mg²⁺含量：将原料完全溶于一定量的稀硫酸中，加足量的H₂O₂后用氨水调节溶液的pH，静置后过滤，除去滤渣，将滤液结晶得硫酸镁晶体．
（1）30.00mL 5.00mol•L^-1的稀硫酸至少能溶解原料的质量为12.60g．
（2）加入H₂O₂时反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）已知：Ksp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-39，Ksp[Mg（OH）₂]=1.0×10^-12．
室温下，若溶液中c（Mg²⁺）=0.01mol•L^-1，欲使溶液中的c（Fe³⁺）≤1×10^-6mol•L^-1，需调节溶液pH范围为3～9．
（4）常采用下列方法测定结晶硫酸镁中Mg²⁺的含量：
已知：①在pH为9～10时，Mg²⁺、Zn²⁺均能与EDTA（H₂Y^2-）形成配合物
②在pH为5～6时，Zn²⁺除了与EDTA反应，还能将Mg²⁺与EDTA形成的配合物中的Mg²⁺“置换”出来：Zn²⁺+MgH₂Y=ZnH₂Y+Mg²⁺
步骤1：准确称取得到的硫酸镁晶体1.50g加入过量的EDTA，配成100mL pH在9～10之间溶液A
步骤2：准确移取25.00mL溶液A于锥形瓶中，用0.10mol•L^-1Zn²⁺标准溶液滴定，滴定到终点，消耗Zn²⁺标准溶液的体积为20.00mL
步骤3：准确移取25.00mL溶液A于另一只锥形瓶中，调节pH在5～6；用0.10mol•L^-1Zn²⁺标准溶液滴定，滴定至终点，消耗Zn²⁺标准溶液的体积为30.00mL．
计算该结晶硫酸镁中Mg²⁺的质量分数（请给出计算过程）6.4%．

Answer 1

分析 （1）30.00mL 5.00mol•L^-1的稀硫酸如果溶解的全部是碳酸镁，则其质量为最少，根据硫酸与碳酸镁反应的方程式可计算出原料的质量；
（2）加入H₂O₂的目的是将溶液中的亚铁离子氧化成铁离子再调节pH值，将铁元素除去，据此书写离子方程式；
（3）根据Ksp[Mg（OH）₂]可计算出镁离子开始出现沉淀时的pH值，根据Ksp[Fe（OH）₃]可计算出铁离子沉淀完全时的pH值，据此判断溶液的pH值范围；
（4）在pH在9～10之间溶液A中，可以通过锌离子的物质的量计算出剩余EDTA的物质的量，调节pH在5～6时，通过锌离子的物质的量可计算出总EDTA的物质的量，由此可计算出与镁离子反应的EDTA的物质的量，根据$\frac{镁离子的质量}{样品的质量}$×100%计算出Mg²⁺的质量分数；

解答 解：（1）30.00mL 5.00mol•L^-1的稀硫酸的物质的量为0.15mol，根据硫酸与碳酸镁反应的方程式可知碳酸镁的物质的量也为0.15mol，所以碳酸镁的质量为0.15mol×84g/mol=12.60g，
故答案为：12.60g；
（2）加入H₂O₂的目的是将溶液中的亚铁离子氧化成铁离子再调节pH值，将铁元素除去，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）根据Ksp[Mg（OH）₂]可知镁离子开始出现沉淀时溶液中氢氧根离子的浓度为$\sqrt{\frac{1.0×10{\;}^{-12}}{0.01}}$mol•L^-1=1×10^-5 mol•L^-1，此时溶液的pH值为9，根据Ksp[Fe（OH）₃]可知铁离子沉淀完全时溶液中氢氧根离子的浓度为$\root{3}{\frac{1.0×10{\;}^{-39}}{1×10{\;}^{-6}}}$mol•L^-1=1×10^-11mol•L^-1，此时溶液的pH值为3，所以需调节溶液pH范围为3～9，
故答案为：3～9；
（4）Mg²⁺、Zn²⁺与EDTA均按1：1反应，在25mL溶液A中：n（EDTA）=n（Zn²⁺）=0.10×20.00×10^-3=2.00×10^-3mol
则100mL溶液A中剩余EDTA的量：n（EDTA）=2.00×10^-3×100/25=8.00×10^-3mol
25mL溶液A中EDTA的量：n（EDTA）_总=n（Zn²⁺）=0.10×30.00×10^-3=3.00×10^-3mol
则100mL溶液A中EDTA总量：n（EDTA）_总=3.00×10^-3×4=0.0120mol
所以与1.5g样品中镁离子反应的EDTA的物质的量为0.012mol-8.00×10^-3 mol=0.004mol，所以样品中n（Mg²⁺）=0.004mol，其质量为0.004mol×24g/mol=0.096g，
则该结晶硫酸镁中Mg²⁺的质量分数为$\frac{0.096g}{1.5g}$=6.4%，
故答案为：6.4%．

点评 本题考查了物质的制备、分离提纯实验方案的设计，注意把握习题中的信息、物质的性质及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析与实验能力、以及计算能力的考查，题目难度中等．