Question

12．聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m是一種新型高效的水處理混凝劑，某課題小組設(shè)計如下方案制備聚合硫酸鐵，其簡單工藝流程如圖1：

為測定溶液Ⅰ中鐵元素的總含量，實驗操作如下：準確量取20.00mL溶液Ⅰ于帶塞錐形瓶中，加入足量H₂O₂，調(diào)節(jié)pH＜3，加熱煮沸；加入過量KI充分反應后，再用0.1 000mol•L^-1 Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點，消耗標準溶液V_XmL．已知：I₂+2S₂O₃^2-═I^-+S₄O₆^2-．．
（1）實驗過程中加熱煮沸的目的是除去殘留的H₂O₂，防止影響測定．
（2）在測定過程中加入足量H₂O₂發(fā)生反應離子方程式：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）滴定過程中選擇裝標準溶液儀器（如圖2）是否合理否（填“是”或“否”）
（4）寫出滴定選用的指示劑淀粉，滴定終點觀察到的現(xiàn)象溶液由藍色變無色且保持半分鐘不變色．
（5）根據(jù)圖1消耗的Na₂S₂O₃標準溶液體積，計算出溶液Ⅰ中鐵元素的總含量為5.6g•L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，所測定的鐵元素的含量將會偏高（填“偏高”“偏低”或“不變”）．
（6）上述流程中溶液Ⅰ中鐵元素存在不同的離子，根據(jù)題意完成下面假設(shè)并設(shè)計實驗方案證明假設(shè)
假設(shè)1：溶液Ⅰ中只存在Fe²⁺        假設(shè)2：溶液Ⅰ中只存在Fe³⁺    假設(shè)3：溶液Ⅰ中存在Fe²⁺和Fe³⁺．
根據(jù)提供試劑和實驗用品驗證假設(shè)3成立
限選實驗試劑：1.0mol•L^-1 NaOH溶液、8.0mol•L^-1 NaOH溶液、0.01mol•L^-1KMnO₄、淀粉-KI溶液、3moL•L^-1H₂SO₄、紫色石蕊試液、0.1mol•L^-1 K₃[Fe（CN）₆]溶液、試管、膠頭滴管

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟1：取少量溶液Ⅰ于試管A、B中
步驟2：
步驟3：

Answer 1

分析 （1）雙氧水具有氧化性，能夠氧化Na₂S₂O₃，影響碘單質(zhì)的測定；
（2）雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（3）Na₂S₂O₃呈堿性，應該選用堿式滴定管，圖示為酸式滴定管；
（4）碘單質(zhì)遇到淀粉顯示藍色，可以選用淀粉為滴定指示劑；根據(jù)反應結(jié)束前溶液為藍色、滴定結(jié)束時為無色判斷滴定終點的現(xiàn)象；
（5）根據(jù)圖2中初讀數(shù)為、末讀數(shù)計算出滴定過程中消耗Na₂S₂O₃溶液的體積，再根據(jù)n=cV計算出消耗硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量；根據(jù)電子守恒及反應2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O、I₂+2S₂O₃^2-═I^-+S₄O₆^2-可得關(guān)系式：2Fe²⁺～2Fe³⁺～I₂～2S₂O₃^2-，根據(jù)關(guān)系式計算出亞鐵離子的物質(zhì)的量，再計算出溶液中亞鐵離子濃度；若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，由于雙氧水能夠氧化硫代硫酸鈉，則測定的碘單質(zhì)的物質(zhì)的量偏大，計算出的亞鐵離子的含量偏高；
（6）結(jié)合假設(shè)1、2可知，假設(shè)3為：溶液中可能既含有亞鐵離子，也含有鐵離子；驗證假設(shè)3成立，需要分別證明亞鐵離子和鐵離子，根據(jù)二者的檢驗方法進行解答．

解答 解：（1）由于雙氧水具有氧化性，能夠氧化Na₂S₂O₃，影響碘單質(zhì)的測定，雙氧水不穩(wěn)定，加熱后能夠除去，所以加熱煮沸的目的是除去殘留的H₂O₂，防止影響測定，
故答案為：除去殘留的H₂O₂，防止影響測定；
（2）雙氧水與亞鐵離子反應的離子方程式為：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；             
（3）Na₂S₂O₃溶液顯示堿性，應該使用堿式滴定管盛放，圖示滴定管為酸式滴定管，所以不合理，
故答案為：否；
（4）由于碘單質(zhì)遇到淀粉顯示藍色，故可選用淀粉為滴定指示劑；滴定結(jié)束前溶液為藍色、滴定結(jié)束時為無色，則滴定終點的現(xiàn)象為：溶液由藍色變無色且保持半分鐘不變色，
故答案為：淀粉；溶液由藍色變無色且保持半分鐘不變色；　    
（5）圖2中初讀數(shù)為0.20mL，末讀數(shù)為20.20mL，則滴定過程中消耗Na₂S₂O₃溶液的體積為：20.20mL-0.20mL=20.00mL，含有硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量為：0.1 000mol•L^-1×0.02L=0.002mol，
根據(jù)電子守恒及反應2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O、I₂+2S₂O₃^2-═I^-+S₄O₆^2-可得關(guān)系式：2Fe²⁺～2Fe³⁺～I₂～2S₂O₃^2-，則20.00mL溶液Ⅰ中含有亞鐵離子的物質(zhì)的量為：n（Fe²⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.002mol，
所以溶液Ⅰ中鐵元素的總含量為：$\frac{56g/mol×0.002mol}{0.02L}$=5.6g/L；
若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，雙氧水能夠氧化硫代硫酸鈉，則測定的碘單質(zhì)的物質(zhì)的量偏大，所測定的鐵元素的含量將會偏高，
故答案為：5.6；偏高；
（6）根據(jù)假設(shè)1：溶液Ⅰ中只存在Fe²⁺、假設(shè)2：溶液Ⅰ中只存在Fe³⁺可知，溶液中可能同時存在鐵離子和亞鐵離子，故假設(shè)3為：溶液Ⅰ中存在Fe²⁺和Fe³⁺；
驗證假設(shè)3成立，需要分別檢驗Fe²⁺和Fe³⁺同時存在，具體操作方法和步驟為：取少量溶液Ⅰ于試管A、B中，往試管A中滴入2～3滴淀粉-KI溶液，振蕩，溶液變藍色，證明溶液Ⅰ中含有Fe³⁺；往試管B加入3moL•L^-1H₂SO₄酸化，再滴入2～3滴KMnO₄溶液，振蕩，若溶液顏色從深紫色變成黃色或變淺，則含有Fe²⁺（或加入鐵氰化鉀溶液，有藍色沉淀生成，則含有Fe²⁺）結(jié)合步驟2可知假設(shè)3成立，
故答案為：溶液Ⅰ中存在Fe²⁺和Fe³⁺；

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟1：取少量溶液Ⅰ于試管A、B中	-
步驟2：	往試管A中滴入2～3滴淀粉-KI溶液，振蕩，觀察變化；溶液變藍色，證明溶液Ⅰ中含有Fe3+；
步驟3：	往試管B加入3moL•L-1H2SO4酸化，再滴入2～3滴KMnO4溶液，振蕩，觀察變化； 溶液顏色從深紫色變成黃色或變淺，則含有Fe2+（或加入鐵氰化鉀溶液，有藍色沉淀生成，則含有Fe2+）結(jié)合步驟2，則假設(shè)3成立

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點評 本題考查了探究物質(zhì)組成、測量物質(zhì)含量的方法，題目難度較大，涉及鐵離子、亞鐵離子的檢驗、離子方程式書寫、中和滴定操作方法及計算等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．