Question

16．目前流行的關于生命起源假設的理論認為，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構，如Fe₂S₂、Fe₄S₄、Fe₈S₇等，這些鐵硫簇結構參與了生命起源的相關反應．某化學興趣小組在研究某鐵硫簇結構的組成時，設計了下列實驗．
[實驗I]確定硫的質量：
按圖連接裝置，檢查好裝置的氣密性后，在硬質玻璃管A中放入1.0g鐵硫簇結構（含有部分不反應的雜質），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)固體逐漸轉變?yōu)榧t棕色．待固體完全轉化后，將B中溶液轉移至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

相關反應：①2MnO₄^-+2H₂0+5S0₂═2Mn²⁺+5S0₄^2-+4H⁺
②2MnO₄^-+6H⁺+5H₂C₂O₄═2Mn²⁺+l0CO₂↑+8H₂0
[實驗Ⅱ]確定鐵的質量：
將實驗I硬質玻璃管A中的殘留固體加入稀鹽酸中，充分攪拌后過濾，在濾液中加入足量的NaOH溶液，過濾后取濾渣，經充分灼燒得0.6g固體．
試回答下列問題：
（1）實驗I中判斷滴定終點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）實驗I中，試管C中品紅溶液的作用是檢驗二氧化硫是否被酸性高錳酸鉀完全吸收．
有同學提出，撤去C裝置對實驗沒有影響，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）根據實驗I和實驗Ⅱ中的數(shù)據可確定該鐵硫簇結構的化學式為Fe₃S₄．
[問題探究]滴定過程中，細心的小明發(fā)現(xiàn)該KMnO₄溶液顏色褪去的速率較平常滴定時要快
得多．為研究速率加快的原因，小明繼續(xù)進行了下列實驗，實驗數(shù)據如下表：

編號	溫度/℃	酸化的H2C2O4溶液/mL	KMnO4溶液/mL	溶液褪色時間/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)據知，滴定過程中反應速率較平常滴定時要快的一種可能原因是生成錳離子對反應起催化作用（或反應放熱使溫度升高，加快反應速率）．

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逐漸轉變?yōu)榧t棕色，說明生成Fe₂O₃，同時生成二氧化硫．根據關系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄計算25溶液中未反應的高錳酸鉀的物質的量，進而計算250mL溶液中未反應的高錳酸鉀的物質的量，裝置B中加入的n_總（MnO₄^-）-n_未反應（MnO₄^-）=n_反應（MnO₄^-），再根據關系式2MnO₄^-～5SO₂計算生成二氧化硫n（SO₂），0.6g固體是Fe₂O₃，計算n（Fe），利用n（Fe）：n（SO₂）確定Fe_xS_y的化學式；
（4）采取控制變量法分析，對比第1、2組數(shù)據，不同是第2組加入硫酸錳，溶液褪色時間短，反應速率加快，褪色滴定反應中生成錳離子，可能是錳離子對反應起催化作用；對比第1、3組數(shù)據．不同是第3組實驗的溫度高，溶液褪色時間短，反應速率加快．

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，說明達滴定終點，
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，對實驗沒有影響，
故答案為：檢驗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，應舍去，取第2、3次的平均值計算草酸溶液的體積為$\frac{（26.03mL-1.02mL）+24.99mL}{2}$=25.00mL．根據關系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄計算25溶液中n_未反應（MnO₄^-）=$\frac{2}{5}$×0.01mol•L^-1×25×10^-3L=1×10^-4mol，50mL溶液中未反應的高錳酸鉀的物質的量為1×10^-4mol×$\frac{250mL}{25mL}$=1×10^-3mol，裝置B中n_反應（MnO₄^-）=n_總（MnO₄^-）-n_未反應（MnO₄^-）=50×10^-3L×0.1mol•L^-1-1×10^-3mol=4×10^-3mol，根據關系式2MnO₄^-～5SO₂計算生成二氧化硫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，該鐵硫簇結構的化學式為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，不同是第2組加入硫酸錳，錳離子濃度增大，溶液褪色時間短，反應速率加快，生成錳離子對反應起催化作用；
對比第1、3組數(shù)據．不同是第3組實驗的溫度高，溶液褪色時間短，反應速率加快，故應是反應放熱使溫度升高，加快反應速率，
故答案為：生成錳離子對反應起催化作用（或反應放熱使溫度升高，加快反應速率）．

點評 本題考查實驗原理、實驗裝置理解與評價、實驗方案設計、氧化還原滴定應用、化學計算、控制變量法探究實驗等，難度較大，理解實驗原理是關鍵，是對所學知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，學習中全面把握基礎知識．