Question

16．目前流行的關(guān)于生命起源假設(shè)的理論認(rèn)為，生命起源于約40億年前的古洋底的熱液環(huán)境，這種環(huán)境系統(tǒng)中普遍存在鐵硫簇結(jié)構(gòu)，如Fe₂S₂、Fe₄S₄、Fe₈S₇等，這些鐵硫簇結(jié)構(gòu)參與了生命起源的相關(guān)反應(yīng)．某化學(xué)興趣小組在研究某鐵硫簇結(jié)構(gòu)的組成時(shí)，設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)．
[實(shí)驗(yàn)I]確定硫的質(zhì)量：
按圖連接裝置，檢查好裝置的氣密性后，在硬質(zhì)玻璃管A中放入1.0g鐵硫簇結(jié)構(gòu)（含有部分不反應(yīng)的雜質(zhì)），在試管B中加入50mL 0.100mol•L^-1的酸性KMn0₄溶液，在試管C中加入品紅溶液．通入空氣并加熱，發(fā)現(xiàn)固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色．待固體完全轉(zhuǎn)化后，將B中溶液轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶，洗滌試管B后定容．取25.00mL該溶液用0.01mol•L^-1的草酸（H₂C₂0₄）溶液滴定剩余的KMn0₄．記錄數(shù)據(jù)如下：

滴定次數(shù)	待測溶液體積/mL	草酸溶液體積/mL
		滴定前刻度	滴定后刻度
1	25.00	1.50	23.70
2	25.00	1.02	26.03
3	25.00	0.00	24.99

相關(guān)反應(yīng)：①2MnO₄^-+2H₂0+5S0₂═2Mn²⁺+5S0₄^2-+4H⁺
②2MnO₄^-+6H⁺+5H₂C₂O₄═2Mn²⁺+l0CO₂↑+8H₂0
[實(shí)驗(yàn)Ⅱ]確定鐵的質(zhì)量：
將實(shí)驗(yàn)I硬質(zhì)玻璃管A中的殘留固體加入稀鹽酸中，充分?jǐn)嚢韬筮^濾，在濾液中加入足量的NaOH溶液，過濾后取濾渣，經(jīng)充分灼燒得0.6g固體．
試回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)I中判斷滴定終點(diǎn)的方法是加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分鐘不變色．
（2）實(shí)驗(yàn)I中，試管C中品紅溶液的作用是檢驗(yàn)二氧化硫是否被酸性高錳酸鉀完全吸收．
有同學(xué)提出，撤去C裝置對實(shí)驗(yàn)沒有影響，你的看法是同意（選填“同意”或“不同意”），理由是若B中高錳酸鉀溶液的紫色不褪去，說明二氧化硫被吸收完全．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅱ中的數(shù)據(jù)可確定該鐵硫簇結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為Fe₃S₄．
[問題探究]滴定過程中，細(xì)心的小明發(fā)現(xiàn)該KMnO₄溶液顏色褪去的速率較平常滴定時(shí)要快
得多．為研究速率加快的原因，小明繼續(xù)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

編號	溫度/℃	酸化的H2C2O4溶液/mL	KMnO4溶液/mL	溶液褪色時(shí)間/s
1	25	5.0	2.0	40
2	25	5.0（另加少量可溶于水的MnSO4粉末）	2.0	4
3	60	5.0	2.0	25

（4）分析上述數(shù)據(jù)知，滴定過程中反應(yīng)速率較平常滴定時(shí)要快的一種可能原因是生成錳離子對反應(yīng)起催化作用（或反應(yīng)放熱使溫度升高，加快反應(yīng)速率）．

Answer 1

分析 （1）高錳酸鉀溶液為紫色，滴定完畢，高錳酸根離子反應(yīng)完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分鐘不變色；
（2）由裝置圖可知，試管C中品紅溶液的作用是檢驗(yàn)二氧化硫是否被酸性高錳酸鉀完全吸收；由于酸性高錳酸鉀為紫色溶液，若高錳酸鉀溶液的紫色不褪去，說明二氧化硫被吸收完全；
（3）第一次滴定，草酸溶液的體積與第2、3次相差太大，應(yīng)舍去，取第2、3次的平均值為草酸溶液的體積．裝置A中固體Fe_xS_y逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，說明生成Fe₂O₃，同時(shí)生成二氧化硫．根據(jù)關(guān)系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄計(jì)算25溶液中未反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算250mL溶液中未反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量，裝置B中加入的n_總（MnO₄^-）-n_{未反應(yīng)}（MnO₄^-）=n_{反應(yīng)}（MnO₄^-），再根據(jù)關(guān)系式2MnO₄^-～5SO₂計(jì)算生成二氧化硫n（SO₂），0.6g固體是Fe₂O₃，計(jì)算n（Fe），利用n（Fe）：n（SO₂）確定Fe_xS_y的化學(xué)式；
（4）采取控制變量法分析，對比第1、2組數(shù)據(jù)，不同是第2組加入硫酸錳，溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率加快，褪色滴定反應(yīng)中生成錳離子，可能是錳離子對反應(yīng)起催化作用；對比第1、3組數(shù)據(jù)．不同是第3組實(shí)驗(yàn)的溫度高，溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率加快．

解答 解：（1）高錳酸鉀溶液為紫色，滴定完畢，高錳酸根離子反應(yīng)完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分鐘不變色，說明達(dá)滴定終點(diǎn)，
故答案為：加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分鐘不變色；
（2）由裝置圖可知，試管C中品紅溶液的作用是檢驗(yàn)二氧化硫是否被酸性高錳酸鉀完全吸收；
由于酸性高錳酸鉀為紫色溶液，若B中高錳酸鉀溶液的紫色不褪去，說明二氧化硫被吸收完全，撤去C裝置，對實(shí)驗(yàn)沒有影響，
故答案為：檢驗(yàn)二氧化硫是否被酸性高錳酸鉀完全吸收；同意；若B中高錳酸鉀溶液的紫色不褪去，說明二氧化硫被吸收完全；
（3）第一次滴定，草酸溶液的體積與第2、3次相差太大，應(yīng)舍去，取第2、3次的平均值計(jì)算草酸溶液的體積為$\frac{（26.03mL-1.02mL）+24.99mL}{2}$=25.00mL．根據(jù)關(guān)系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄計(jì)算25溶液中n_{未反應(yīng)}（MnO₄^-）=$\frac{2}{5}$×0.01mol•L^-1×25×10^-3L=1×10^-4mol，50mL溶液中未反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為1×10^-4mol×$\frac{250mL}{25mL}$=1×10^-3mol，裝置B中n_{反應(yīng)}（MnO₄^-）=n_總（MnO₄^-）-n_{未反應(yīng)}（MnO₄^-）=50×10^-3L×0.1mol•L^-1-1×10^-3mol=4×10^-3mol，根據(jù)關(guān)系式2MnO₄^-～5SO₂計(jì)算生成二氧化硫n（SO₂）=2.5×4×10^-3mol=0.01mol，0.6g固體是Fe₂O₃，n（Fe）=$\frac{0.6g}{160g/mol}$×2=0.0075mol，所以n（Fe）：n（SO₂）=0.0075mol：0.01mol=3：4，該鐵硫簇結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為Fe₃S₄，
故答案為：Fe₃S₄；
（4）采取控制變量法分析，對比第1、2組數(shù)據(jù)，不同是第2組加入硫酸錳，錳離子濃度增大，溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率加快，生成錳離子對反應(yīng)起催化作用；
對比第1、3組數(shù)據(jù)．不同是第3組實(shí)驗(yàn)的溫度高，溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率加快，故應(yīng)是反應(yīng)放熱使溫度升高，加快反應(yīng)速率，
故答案為：生成錳離子對反應(yīng)起催化作用（或反應(yīng)放熱使溫度升高，加快反應(yīng)速率）．

點(diǎn)評 本題考查實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置理解與評價(jià)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、氧化還原滴定應(yīng)用、化學(xué)計(jì)算、控制變量法探究實(shí)驗(yàn)等，難度較大，理解實(shí)驗(yàn)原理是關(guān)鍵，是對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識與綜合運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力，學(xué)習(xí)中全面把握基礎(chǔ)知識．