Question

茶是我國人民喜愛的飲品，其中含有多種有益于人體健康的成分，據測定茶葉中含有450種以上的有機成分與15種以上的元素．某化學研究小組欲探究茶葉中鈣元素的含量，設計了探究實驗方案如下：（已知茶葉中的鋁、鐵元素對鈣離子的測定有影響）
步驟1：稱取500克干燥的茶葉，置于通風櫥中，充分灼燒使茶葉灰化，再用研缽磨細后移入燒杯中，然后將200mL 1mol?L^-1鹽酸加入灰中攪拌、過濾、洗滌．
步驟2：向步驟1所得濾液中逐滴加入稀氫氧化鈉溶液，調節溶液的pH為6～7左右，使鋁、鐵的氫氧化物完全沉淀，再加熱煮沸30min，加入7.95g無水碳酸鈉，充分攪拌，待沉淀完全后，過濾，洗滌，過濾后得到濾液和沉淀．
步驟3：將步驟2所得的濾液稀釋至500mL，取其中的20.00mL溶液以甲基橙作指示劑，用0.1000mol．L^-1的HCl標準溶液滴定，終點時消耗鹽酸的體積為20.00mL，計算結果．請回答下列問題：
（1）步驟 1中，使茶葉灰化需要三角架、泥三角、酒精噴燈、______、______等儀器．
（2）步驟2中，判斷沉淀已經洗滌干凈的方法是______．
（3）步驟3中，滴定操作時，眼睛注視______．被滴定的20mL濾液中 CO₃^2-的物質的量為______mol，原茶葉中鈣離子的質量分數為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）高溫灼燒物質通常在坩堝內進行，溫度很高需要用坩堝鉗夾持；
（2）步驟2的最終的沉淀會附著碳酸鈉、氯化鈉等物質，取最后的洗滌液，檢驗溶液是否含有碳酸根離子（或氯離子），檢驗碳酸根離子可以用氯化鈣溶液，若無白色沉淀產生，說明洗滌干凈（或用硝酸銀溶液檢驗氯離子，若無白色沉淀產生，說明洗滌干凈）；
（3）步驟3中，滴定操作時，眼睛注視錐形瓶內溶液顏色變化，溶液由黃色變為紅色說明滴定到終點；
滴定中發生反應CO₃^2-+2H⁺=CO2↑+H₂O，根據鹽酸計算被滴定的20mL濾液中 n（CO₃^2-），進而計算500mL溶液中未反應的n（CO₃^2-），再計算出參加反應的n（CO₃^2-），步驟2中加入的7.95g無水碳酸鈉，發生反應CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，據此計算500克干燥的茶葉含有鈣元素的質量，再利用質量分數的定義計算原茶葉中鈣離子的質量分數．
解答：解：（1）高溫灼燒物質通常在坩堝內進行，溫度很高需要用坩堝鉗夾持，故答案為：坩堝；坩堝鉗；
（2）步驟2的最終的沉淀會附著碳酸鈉、氯化鈉等物質，取最后的洗滌液，檢驗溶液是否含有碳酸根離子（或氯離子），檢驗方法為：取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加CaCl₂（或AgNO₃）溶液，若無沉淀產生，則已洗凈，
故答案為：取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加CaCl₂（或AgNO₃）溶液，若無沉淀產生，則已洗凈；
（3）步驟3中，滴定操作時，眼睛注視錐形瓶內溶液顏色變化，溶液由黃色變為紅色說明滴定到終點；
滴定稀釋后濾液20.00mL消耗的n（HCl）=0.02L×0.1000mol．L^-1=0.002mol，滴定中發生反應CO₃^2-+2H⁺=CO2↑+H₂O，所以被滴定的20mL濾液中n（CO₃^2-）=0.002mol×=0.001mol；
故500mL溶液中n（CO₃^2-）=0.001mol×=0.025mol，參加反應的n（CO₃^2-）=-0.025mol=0.05mol，步驟2中加入的7.95g無水碳酸鈉，發生反應CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，由方程式可知500克干燥的茶葉含有鈣元素的質量為0.05mol×40g/mol=2g，原茶葉中鈣離子的質量分數為×100%=0.4%．
故答案為：錐形瓶內溶液顏色變化； 0.001；0.4%．
點評：本題考查學生對實驗原理理解、實驗基本操作、滴定應用、化學計算、物質含量測定等，難度中等，理解實驗原理是關鍵，是對所學知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，學習中全面把握基礎知識．