Question

19．三草酸合鐵酸鉀晶體（K₃[Fe（C₂O₄）₃]•xH₂O）是一種光敏材料，在110℃可完全失去結(jié)晶水．為測(cè)定該晶體中鐵的含量，某實(shí)驗(yàn)小組做了如下實(shí)驗(yàn)：
Ⅰ．稱量4.910g三草酸合鐵酸鉀晶體，配制成250mL溶液．
Ⅱ．取所配溶液25.00mL于錐形瓶中，加稀硫酸酸化，滴加KMnO₄溶液至草酸根（C₂O₄^2-）
恰好全部氧化成二氧化碳，同時(shí)MnO₄^-被還原成Mn²⁺．向反應(yīng)后的溶液中加入一小匙鋅粉，加熱至溶液的黃色剛好消失，過(guò)濾，洗滌，將過(guò)濾及洗滌所得溶液收集到錐形瓶中，此時(shí)，溶液仍呈酸性．
Ⅲ．用0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定步驟Ⅱ所得溶液至終點(diǎn)，消耗KMnO₄溶液20.02mL，滴定中MnO₄^-被還原成Mn²⁺．
Ⅳ．重復(fù)步驟Ⅱ、步驟Ⅲ操作，滴定消耗0.01000mol/L KMnO₄溶液19.98mL
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）滴定過(guò)程中需添加的指示劑是（若不需要請(qǐng)說(shuō)明理由）不需要，MnO₄^-紫色有顏色變化
（2）加入鋅粉的目的是將Fe³⁺還原成Fe²⁺．
（3）寫出步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
（4）實(shí)驗(yàn)測(cè)得該晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.41%；X=3．
（5）在步驟Ⅱ中，若加入的KMnO₄的溶液的量不夠，則測(cè)得的鐵含量偏高；（選填“偏低”“偏高”“不變”，下同）若加入的鋅粉的量不夠，則測(cè)的鐵的含量偏低．

Answer 1

分析 （1）KMnO4溶液本身為紫紅色，不需要指示劑指示反應(yīng)的終點(diǎn)；
（2）由步驟Ⅲ可知，利用高錳酸鉀測(cè)定亞鐵離子，故加入鋅粉的目的是將Fe³⁺恰好還原成Fe²⁺，為進(jìn)一步測(cè)定鐵元素的含量做準(zhǔn)備；
（3）亞鐵離子與高錳酸根在酸性條件下反應(yīng)生成鐵離子、錳離子與水，配平書寫方程式；
（4）根據(jù)離子方程式計(jì)算，n（Fe）=5n（MnO₄^-），可以計(jì)算m（Fe），然后可以計(jì)算晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)4.910g三草酸合鐵酸鉀晶體中n（K₃[Fe（C₂O₄）₃]）：n（H₂O）=1：x計(jì)算x的值；
（5）若在步驟Ⅱ中滴入酸性高錳酸鉀溶液不足，則會(huì)有部分草酸根離子未被氧化，在步驟Ⅲ中則會(huì)造成消耗酸性高錳酸鉀溶液的量偏大，從而計(jì)算出的鐵的量增多，含量偏高，若加入的鋅粉的量不夠，部分Fe³⁺未被還原成Fe²⁺，則測(cè)的鐵的含量偏低．

解答 解：（1）高錳酸鉀溶液為紫紅色，可以利用溶液顏色變化來(lái)指示反應(yīng)的終點(diǎn)，不需要指示劑，高錳酸鉀溶液呈紫色和亞鐵離子反應(yīng)到恰好反應(yīng)后滴入最后一滴高錳酸鉀溶液紫色半分鐘不褪色為反應(yīng)終點(diǎn)，
故答案為：不需要，MnO₄^-紫色有顏色變化；             
（2）由步驟Ⅲ可知，利用高錳酸鉀測(cè)定亞鐵離子，故加入鋅粉的目的是將Fe³⁺恰好還原成Fe²⁺，為進(jìn)一步測(cè)定鐵元素的含量做準(zhǔn)備，
故答案為：將Fe³⁺還原成Fe²⁺；
（3）高錳酸鉀在酸性溶液中具有強(qiáng)氧化性能氧化亞鐵離子為鐵離子，本身被還原為錳離子，Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，由電子守恒、電荷守恒、原子守恒可知，發(fā)生的離子反應(yīng)為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O； 
（4）根據(jù)離子方程式計(jì)算，n（Fe）=5n（MnO₄^-）=5×$\frac{20.02+19.98}{2}$×0.01×10^-3×10=1.0×10^-2mol，m（Fe）=56 g•mol^-1×1.0×10^-2mol=0.56g．晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.56g}{4.910g}$×100%≈11.41%，三草酸合鐵酸鉀的摩爾質(zhì)量M（K₃[Fe（C₂O₄）₃]）=437g•mol^-1，4.910gK₃[Fe（C₂O₄）₃]•xH₂O中K₃[Fe（C₂O₄）₃]質(zhì)量m=nM=1.0×10^-2mol×437g•mol^-1=4.37g，含水的物質(zhì)的量為n=$\frac{4.91g-4.37g}{18g/mol}$=0.03mol，n（K₃[Fe（C₂O₄）₃]）：n（H₂O）=1：x=0.01mol：0.03mol，x=3，
故答案為：11.41%；3；
（5）步驟Ⅱ中滴入酸性高錳酸鉀溶液不足，則會(huì)有部分草酸根離子未被氧化，在步驟Ⅲ中則會(huì)造成消耗酸性高錳酸鉀溶液的量偏大，從而計(jì)算出的鐵的量增多，含量偏高，反之，若加入的鋅粉的量不夠，部分Fe³⁺未被還原成Fe²⁺，則測(cè)的鐵的含量偏低，
故答案為：偏高；偏低．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及到溶液的配制、滴定和結(jié)晶等操作，注意基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的積累，把握實(shí)驗(yàn)步驟、原理和注意事項(xiàng)等問(wèn)題，題目難度中等．