Question

某矿样用过量酸溶解并过滤，所得滤液A主要含CO₃^2-、Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、OH^-、Mg²⁺、Mn²⁺等九种离子中的七种．将A中含金属因素进行分离以备利用，部分流程如图所示：

可能用到的有关数据如表：

物质	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH	Kap（25℃）
Fe（OH）3	2.7	3.7	4.0×10-38
Fe（OH）2	7.6	9.6	8.0×10-16
Ni（OH）2	7.2	9.2	5.5×10-16
Mg（OH）2	9.6	11.1	1.2×10-11

请根据题给信息填空；
（1）滤液A中不能大量存在的两种离子是

 

；
（2）已知“滤渣Ⅰ”是MnO₂，步骤①发生的氧化还原反应离子方程式为

 

；
（3）常温下，某Ni（OH）₂、Mg（OH）₂共沉淀的混合体系中，若c（Ni²⁺）=5.5×10^-11mol?L^-1，则c(Mg2+)mm

 

（4）假定步骤①中NaClO恰好反应，欲检查滤液3中的酸根离子，需优先检验

 

（填离子符号）；
（5）为测定该矿样中铁因素的含量，取20.0g矿石，按上述流程操作，将

 

（“滤渣1”、“滤渣2”或“滤渣3”）
完全酸溶，再使其中的铁元素还原为Fe²⁺，然后将所得溶液稀释到100mL，取出20.00mL，用0.1000mol?L^-1KMnO₄溶液滴定，达到滴定终点时溶液颜色为

 

色，共消耗KMnO₄溶液16.00mL，经计算矿样中铁元素的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验设计题

分析：矿样用过量酸溶解并过滤，滤液呈酸性，则一定不含CO₃^2-、OH^-，含有七种离子，则为Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺，加入NaClO，发生氧化还原反应，生成MnO₂，同时Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，滤液1中含有Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe³⁺、Mg²⁺，加入NaOH调节pH=5，由表中数据可知生成Fe（OH）₃，为滤渣2，滤液2含有Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Mg²⁺，加入NaOH调节pH=9.5，可生成Mg（OH）₂沉淀，为滤渣3，滤液中含有Ni²⁺、SO₄^2-、Na⁺、Cl^-，以此解答该题．

解答： 解：矿样用过量酸溶解并过滤，滤液呈酸性，则一定不含CO₃^2-、OH^-，含有七种离子，则为Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺，加入NaClO，发生氧化还原反应，生成MnO₂，同时Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，滤液1中含有Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe³⁺、Mg²⁺，加入NaOH调节pH=5，由表中数据可知生成Fe（OH）₃，为滤渣2，滤液2含有Ni²⁺、SO₄^2-、H⁺、Mg²⁺，加入NaOH调节pH=9.5，可生成Mg（OH）₂沉淀，为滤渣3，滤液中含有Ni²⁺、SO₄^2-、Na⁺、Cl^-，
（1）由以上分析可知滤液A中不能大量存在的两种离子是CO₃^2-、OH^-，故答案为：CO₃^2-、OH^-；
（2）加入NaClO，发生氧化还原反应，生成MnO₂，同时Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，相关离子方程式为ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺、2H⁺+ClO^-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，
故答案为：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺、2H⁺+ClO^-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（3）常温下，某Ni（OH）₂、Mg（OH）₂共沉淀的混合体系中，若c（Ni²⁺）=5.5×10^-11mol?L^-1，则c（OH^-）=

5.5×10-16 5.5×10-11

c（OH）mol/L，
则c（Mg²⁺）=

1.2×10-11

c2(OH-)

=1.2×10^-6mol?L^-1，
故答案为：1.2×10^-6mol?L^-1；
（4）假定步骤①中NaClO恰好反应，则滤液3中含有SO₄^2-、Cl^-，欲检查滤液3中的酸根离子，应先检查SO₄^2-，可加入硝酸钡，如先检验Cl^-，加入硝酸银都生成沉淀，
故答案为：SO₄^2-；
（5）滤渣2为Fe（OH）₃，完全酸溶，再使其中的铁元素还原为Fe²⁺，然后将所得溶液稀释到100mL，取出20.00mL，用0.1000I?L^-1KMnO₄溶液滴定，达到滴定终点时溶液颜色为紫色，发生5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
n（KMnO₄）=0.1mol/L×0.006L=6×10^-3mol，
则得MnO₄^-～5Fe²⁺，
    1     5
1.6×10^-3mol  n
n=8×10^-3mol，
则20.0g矿石中含有m（Fe）=8×10^-3mol×

100

20

×56g/mol=2.24g，
矿样中铁元素的质量分数为

2.24g

20g

×100%=11.2%，
故答案为：滤渣2；紫红色；11.2%．

点评：本题考查了物质制备实验方案的设计，题目难度中等，涉及了元素质量分数的计算、氧化还原反应等知识，试题综合性较强，充分考查了的学生的分析、理解能力及化学计算能力，是一道质量较高的题目．