Question

8．锡（Sn）在自然界中主要以锡石（SnO₂）存在，锡石与焦炭在高温条件下可制得金属锡，锡的化合物广泛应用于汽车尾气催化剂，印染媒染剂、色料载体和电镀工业中，锡在化合物中主要以+2、+4价存在，某化学兴趣小组设计的由锡石制备SnSO₄的合成路线如下：

回答下列问题：
（1）Sn²⁺有强还原性，在酸性条件先易被空气中的O₂氧化，反应的离子方程式为：2Sn²⁺+O₂+4H⁺=2Sn⁴⁺+2H₂O．
（2）过滤Ⅱ得到的沉淀时SnO，反应Ⅰ的化学方程式是：SnCl^₂+Na₂CO₃═SnO↓+CO₂↑+2NaCl；
（3）在洗涤后，检验沉淀是否洗涤干净的方法是：取最后一次洗涤液适量于试管中并滴加稀硝酸酸化，然后滴加硝酸银溶液，无白色沉淀，证明沉淀洗涤干净．
（4）现欲在铁制品表面镀锡，以SnSO₄溶液为电解液进行电镀，铁制品应该作阴极，该电极反应式为：Sn²⁺+2e^-=Sn．
（5）已知K_sp（SnS）=1×10^-25，K_sp（SnS₂）=2×10^-27，若向含等浓度Sn²⁺、Sn⁴⁺的混合溶液中通入足量的H₂S，Sn²⁺先沉淀（填Sn²⁺或Sn⁴⁺），待SnS、SnS₂沉淀完全后，溶液中c（S^2-）=c mol•L^-1，此时$\frac{c（S{n}^{2+}）}{c（S{n}^{4+}）}$=50c．
（6）该兴趣小组通过下列方法测定某金属锡样品的纯度（杂质不参与反应）；
①向样品中加入过量的盐酸：Sn+2H⁺=Sn²⁺+H₂↑
②向反应完成的溶液中加入过量的FeCl₃：Sn²⁺+2Fe³⁺=Sn⁴⁺+2Fe²⁺；
③用已知浓度的重铬酸钾溶液滴定生成的Fe²⁺：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
现有金属锡样品0.8000g，经上述各步反应后共用去0.1000mol•L^-1 K₂Cr₂O₇溶液20.00mL．则样品中锡的质量分数是89.25%．

Answer 1

分析 SnO₂粉末在高温度下与焦炭反应得到金属锡，加浓盐酸进行溶解并过滤得到SnCl₂溶液，向其中加碳酸钠，将Sn元素以SnO形式沉淀，过滤洗涤得纯净的SnO，加稀硫酸，得SnSO₄溶液，加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，制得SnSO₄晶体；
（1）Sn²⁺有强还原性，在酸性条件先易被空气中的O₂氧化成Sn⁴⁺，可结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒配平得相应的离子反应方程式；
（2）过滤Ⅱ得到沉淀是SnO，可知反应Ⅰ中Sn元素化合价为变化，属于非氧化还原反应，同时生成气体，该气体为二氧化碳；
（3）沉淀表面附着液中含有Cl^-，只要设计实验检验最后一次洗涤液里不含有Cl^-，即可证明沉淀洗涤干净；
（4）电镀池通过待镀金属作阴极，镀层金属作阴极，且阴极上发生还原反应析出镀层金属；
（5）等浓度Sn²⁺、Sn⁴⁺的混合溶液中通入足量的H₂S，沉淀时需要S^2-最小的离子最先沉淀；可K_sp（SnS）=1×10^-25，K_sp（SnS₂）=2×10^-27，计算当溶液中c（S^2-）=c mol•L^-1时溶液中所含Sn²⁺、Sn⁴⁺的浓度，再计算浓度的比值；
（6）根据①Sn+2H⁺=Sn²⁺+H₂↑；②FeCl₃：Sn²⁺+2Fe³⁺=Sn⁴⁺+2Fe²⁺；③6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；建立关系式3Sn～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-；由此可根据消耗的K₂Cr₂O₇的物质的量计算样品中Sn的物质的量，最终计算出样品的质量分数．

解答 解：SnO₂粉末在高温度下与焦炭反应得到金属锡，加浓盐酸进行溶解并过滤得到SnCl₂溶液，向其中加碳酸钠，将Sn元素以SnO形式沉淀，过滤洗涤得纯净的SnO，加稀硫酸，得SnSO₄溶液，加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，制得SnSO₄晶体；
（1）在酸性条件Sn²⁺被空气中的O₂氧化成Sn⁴⁺，发生反应的离子反应方程式为：2Sn²⁺+O₂+4H⁺=2Sn⁴⁺+2H₂O；故答案为：2Sn²⁺+O₂+4H⁺=2Sn⁴⁺+2H₂O；
（2）反应Ⅰ得到沉淀是SnO，Sn元素化合价为变化，属于非氧化还原反应，同时生成气体，该气体为二氧化碳，反应方程式为：SnCl^₂+Na₂CO₃═SnO↓+CO₂↑+2NaCl↑，
故答案为：SnCl^₂+Na₂CO₃═SnO↓+CO₂↑+2NaCl；
（3）取最后一次洗涤液适量于试管中并滴加稀硝酸酸化，然后滴加硝酸银溶液，无白色沉淀，证明沉淀洗涤干净，若有白色沉淀生成，可证明洗涤液里含有Cl^-，沉淀洗涤不干净；故答案为：取最后一次洗涤液适量于试管中并滴加稀硝酸酸化，然后滴加硝酸银溶液，无白色沉淀，证明沉淀洗涤干净；
（4）在铁制品表面镀锡时，阴极为铁，发生电极反应为Sn²⁺+2e^-=Sn，故答案为：阴；Sn²⁺+2e^-=Sn；
（5）设浓度均为1mol/L的Sn²⁺、Sn⁴⁺的混合溶液中，根据K_sp（SnS）=1×10^-25，K_sp（SnS₂）=2×10^-27，可知SnS开始沉淀时所需要c（S^2-）=1×10^-25mol/L，SnS₂开始沉淀时所需要c（S^2-）=$\sqrt{2×1{0}^{-27}}$mol/L，故Sn²⁺最先沉淀；当溶液中c（S^2-）=c mol•L^-1时，溶液中c（Sn²⁺）=$\frac{1×1{0}^{-25}}{cmol/L}$；c（Sn⁴⁺）=$\frac{2×1{0}^{-27}}{{c}^{2}（mol/L）}$，则$\frac{S{n}^{2+}}{S{n}^{4+}}=\frac{\frac{1×1{0}^{-25}}{c}}{\frac{2×1{0}^{-27}}{{C}^{2}}}=50c$，故答案为：Sn²⁺；50c；
（6）0.1000mol•L^-1 K₂Cr₂O₇溶液20.00mL中Cr₂O₇^2-的物质的量为0.1000mol•L^-1×0.02L=0.002mol；根据关系式3Sn～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-可知Sn的物质的量为0.002mol×3=0.006mol，则样品的质量分数为$\frac{0.006mol×119g/mol}{0.800g}×100%$=89.25%，故答案为：89.25%．

点评 本题SnSO₄制备的之比为载体，考查学生对工艺流程的理解、物质的分离提纯、阅读题目获取信息的能力、常用化学用语书写、滴定应用及利用关系式进行的计算等，难度中等，对学生的基础知识及逻辑推理有较高的要求