Question

6．甲酸鈣廣泛用于食品、化工、石油等工業(yè)生產(chǎn)上，300～400℃左右分解．
Ⅰ、實驗室制取的方法之一是：Ca（OH）₂+2HCHO+H₂O₂=Ca（HCOO）₂+2H₂O+H₂↑
實驗室制取時，將工業(yè)用氫氧化鈣和甲醛依次加入到質量分數(shù)為30-70%的過氧化氫溶液中（投料物質的量之比依次為1：2：1.2），最終可得到質量分數(shù)98%以上且重金屬含量極低的優(yōu)質產(chǎn)品．
（1）過氧化氫比理論用量稍多，其目的是使甲醛充分氧化，提高甲醛的利用率和產(chǎn)品純度．
（2）反應溫度最好控制在30-70℃之間，溫度不易過高，其主要原因是防止H₂O₂分解和甲醛揮發(fā)．
（3）制備時在混合溶液中要加入微量硼酸鈉抑制甲醛發(fā)生副反應外，還要加入少量的Na₂S溶液，加硫化鈉的目的是除去重金屬離子．
（4）實驗時需強力攪拌45min，其目的是使反應物充分接觸，提高產(chǎn)率；結束后需調(diào)節(jié)溶液的pH 7～8，其目的是防止甲酸鈣水解．最后經(jīng)結晶分離、干燥得產(chǎn)品．
Ⅱ、某研究性學習小組用工業(yè)碳酸鈣（主要成分為CaCO₃；雜質為：Al₂O₃、FeCO₃）為原料，先制備無機鈣鹽，再與甲酸鈉溶液混合制取甲酸鈣．結合如圖幾種物質的溶解度曲線及表中相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計算）．

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8

請補充完整由碳酸鈣制備甲酸鈣晶體的實驗方案：稱取13.6g甲酸鈉溶于約20mL水，配成溶液待用，并稱取研細的碳酸鈣樣品10g待用，步驟2．用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品；
步驟3．用石灰水調(diào)整溶液pH=5；
步驟4．過濾后，將濾液與甲酸鈉溶液混合，調(diào)整溶液pH7～8；充分攪拌，所得溶液經(jīng)蒸發(fā)結晶、趁熱過濾、洗滌干燥得甲酸鈣晶體；
（提供的試劑有：a．甲酸鈉，b.5mol•L^-1硝酸，c.5mol•L^-1鹽酸，d.5mol•L^-1硫酸，e.3%H₂O₂溶液，f．澄清石灰水）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）化學反應中一種反應物過量目的是促進其他反應物充分反應，提高轉化率；
（2）溫度較高時，雙氧水易分解，甲醛易揮發(fā)；
（3）重金屬離子與硫離子反應生成難溶的硫化物；
（4）攪拌是使反應物充分接觸；甲酸鈣水解顯堿性，溶液為弱堿性能抑制其水解；
Ⅱ．該實驗首先要去除雜質，同時生成可溶性鈣鹽，雜質中亞鐵離子首先要氧化為鐵離子（雙氧水或硝酸），再生成氫氧化鐵除去，鋁離子也要生成堿除去，故調(diào)節(jié)pH為5（用石灰水調(diào)節(jié)）；然后加入甲酸鈉溶液混合生成溶解度較小、隨溫度變化不明顯是甲酸鈣，經(jīng)蒸發(fā)濃縮，得到甲酸鈣固體，趁熱過濾，防止其它晶體析出．

解答 解：Ⅰ．（1）化學反應中一種反應物過量目的是促進其他反應物充分反應，提高轉化率，則加過量的過氧化氫能使甲醛充分氧化，提高甲醛的利用率和產(chǎn)品純度；
故答案為：使甲醛充分氧化，提高甲醛的利用率和產(chǎn)品純度；
（2）溫度較高時，雙氧水易分解，甲醛易揮發(fā)，則反應溫度最好控制在30-70℃之間，溫度不易過高，能防止H₂O₂分解和甲醛揮發(fā)；
故答案為：防止H₂O₂分解和甲醛揮發(fā)；
（3）制備時在混合溶液中要加入微量硼酸鈉抑制甲醛發(fā)生副反應外，還要加入少量的Na₂S溶液，硫化鈉與重金屬離子結合生成硫化物，硫化物難溶于水，可以除去重金屬離子；
故答案為：除去重金屬離子；
（4）攪拌是使使反應物充分接觸，使其反應完全，提高產(chǎn)率；甲酸根離子為弱酸根離子，則甲酸鈣水解顯弱堿性，調(diào)節(jié)溶液pH 7～8，溶液為弱堿性能抑制甲酸鈣水解，
故答案為：使反應物充分接觸，提高產(chǎn)率；防止甲酸鈣水解；
Ⅱ．該實驗首先要去除雜質，同時生成可溶性鈣鹽，雜質中亞鐵離子首先要氧化為鐵離子（雙氧水或硝酸），再生成氫氧化鐵除去，鋁離子也要生成堿除去，故調(diào)節(jié)pH為5（用石灰水調(diào)節(jié)）；然后加入甲酸鈉溶液混合生成溶解度較小、隨溫度變化不明顯是甲酸鈣，經(jīng)蒸發(fā)濃縮，得到甲酸鈣固體，趁熱過濾，防止其它晶體析出，
則具體的步驟為：
步驟1．稱取13.6g甲酸鈉溶于約20mL水，配成溶液待用，并稱取研細的碳酸鈣樣品10g待用；
步驟2．用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品；
步驟3．用石灰水調(diào)整溶液pH=5；
步驟4．過濾后，將濾液與甲酸鈉溶液混合，調(diào)整溶液pH 7～8，充分攪拌，所得溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、60℃時干燥得甲酸鈣晶體，
故答案為：
步驟2．用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品；
步驟3．用石灰水調(diào)整溶液pH=5；
步驟4．過濾后，將濾液與甲酸鈉溶液混合，調(diào)整溶液pH 7～8；充分攪拌，所得溶液經(jīng)蒸發(fā)結晶、趁熱過濾、洗滌干燥得甲酸鈣晶體．

點評 本題主要考查了物質的制備、除雜質、提高產(chǎn)率的方法、實驗方案設計等，為高頻考點，明確實驗目的及實驗原理為解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力，難點是II中制備步驟設計，根據(jù)I采用知識遷移的方法設計II，題目難度較大．