Question

锌铝合金的主要成分有Zn、Al、Cu、Si和Fe等元素．称取该合金样品1.1255g，用HCl和H₂O₂溶解、煮沸除去过量H₂O₂后过滤，滤液定容于250mL容量瓶中．按下列步骤测定各组分含量：
（1）用移液管移取50.00mL滤液于250mL碘量瓶中，控制溶液的pH=3～4，加入过量KI溶液，用6.45mL 0.01122mol?L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至终点．写出碘量瓶中发生的化学反应方程式；溶液的pH太低或过高对分析结果有何影响？该滴定反应可用什么指示剂指示终点；计算合金中Cu的质量分数；
（2）另取25.00mL滤液于250mL锥形瓶中，加入过量的EDTA溶液，煮沸稍冷后加入适量六次甲基四胺调pH=5～6，再过量5mL，用Zn²⁺标准溶液滴至指示剂刚好变色，然后加入过量NH₄F煮沸，再用0.03245mol?L-¹Zn²⁺标准溶液22.50mL滴至终点．计算合金中Al的质量分数；说明加入过量NH₄F的作用；解释为何前后两次用Zn²⁺标准溶液滴定．若三次平行测定Al的质量分数分别为0.1758、0.1748和0.1752mL，计算结果的相对平均偏差．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）碘量瓶中，加入过量KI溶液，用6.45mL 0.01122mol?L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，则加入过量KI溶液生成碘单质，碘单质被Na₂S₂O₃溶液还原，所以碘量瓶中反应为：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-；pH太低，I^-易被空气氧化，导致溶液中碘单质增多，所以使结果偏高；pH过高，Cu²⁺易水解，I₂易岐化，使结果偏低；淀粉溶液与碘单质变蓝，所以选择淀粉溶液为指示剂；由题意可知发生反应2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，根据关系式2Cu～2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-计算n（Cu），再计算m（Cu），据此计算合金中Cu的质量分数．
（2）先根据Zn²⁺的物质的量，利用Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-求出与Zn²⁺反应的Y^4-，再求出与Al³⁺反应的Y^4-，根据Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-求出Al³⁺的物质的量，最后根据质量百分数的概念求出铝元素的质量分数；

解答： 解：（1）碘量瓶中，加入过量KI溶液，用6.45mL 0.01122mol?L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，则加入过量KI溶液生成碘单质，则碘量瓶中反应为：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-；pH太低，I^-易被空气氧化，导致溶液中碘单质增多，使结果偏高；pH过高，Cu²⁺易水解，I₂易岐化，使结果偏低；淀粉溶液与碘单质变蓝，所以选择淀粉溶液为指示剂；由题意可知发生反应2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，
根据关系式：2Cu～～～～～～2Cu²⁺～～～～～I₂～～～～2S₂O₃^2-，
           2                                     2
        n（Cu）                      0.01122mol/L×6.45×10^-3L×5
所以 n（Cu）=0.01122mol/L×6.45×10^-3L×5=3.618×10^-4mol，
合金中Cu的质量分数为

3.618×10 -4mol×64g/mol

1.1255g

×100%=2.058%，
答：碘量瓶中发生的方程式为：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-；pH太低，I^-易被空气氧化，使结果偏高；pH过高，Cu²⁺易水解，I₂易岐化，使结果偏低；滴定反应可用淀粉溶液指示剂指示终点；合金中Cu的质量分数为2.058%；
（2）Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-，
0.03245mol?L^-1×0.0225L=0.00073mol
再由Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-
所以Al³⁺的物质的量为0.00073mol，则合金中Al的质量分数为

0.00073mol×27g/mol

1.1255× 25 250

×100%=17.5%；
加入过量NH₄F是为了把与Al配位的EDTA置换出来；
第一次Zn²⁺标准溶液滴定是为除去多余的EDTA；第二次Zn²⁺标准溶液滴定被NH₄F置换出来的EDTA；
由第二次n（Zn²⁺）→n（EDTA）→n（Al）→w（Al），Al的质量分数平均为

0.1758+0.1748+0.1752

3

=0.1753

所以相对平均偏差为

0.0005+0.0005+0.0001

3 0.1753

=0.002=2‰；
答：合金中Al的质量分数为17.5%；加入过量NH₄F是为了把与Al配位的EDTA置换出来；第一次Zn²⁺标准溶液滴定是为除去多余的EDTA；第二次Zn²⁺标准溶液滴定被NH₄F置换出来的EDTA；相对平均偏差2‰．

点评：本题主要考查了物质含量的测定，滴定实验是中学定量分析中的常用方法，以此为情境，考查学生分析实验的能力和数据处理及计算能力．难度中等，要求学生要有扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力．