Question

目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境，这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构，如Fe₂S₂、Fe₄S₄、Fe₈S₇等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应．某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验．

【实验Ⅰ】确定硫的量：
按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管A中放入1.0g铁硫簇结构（含有部分不反应的杂质），在试管B中加入50mL 0.100mol?L^-1的酸性KMnO₄溶液，在试管C中加入品红溶液．通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色．待固体完全转化后，将B中溶液转移至250mL容量瓶，洗涤试管B后定容．取25.00mL该溶液用0.01mol?L^-1的草酸（H₂C₂O₄）溶液滴定剩余的KMnO₄．记录数据如下：

滴定次数	待测溶液 体积/mL	草酸溶液体积/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

相关反应：①2MnO

- 4

+2H₂O+5SO₂2Mn²⁺+5SO

2- 4

+4H⁺
②2MnO

- 4

+6H⁺+5H₂C₂O₄2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
【实验Ⅱ】确定铁的量：
将实验Ⅰ硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得0.6g固体．
试回答下列问题：
（1）判断实验Ⅰ中的滴定终点的现象是

 

．
（2）试管C中品红溶液的作用是

 

．有同学提出，撤去C装置对实验没有影响，你的看法是

 

（选填“同意”或“不同意”），理由是

 

．
【问题探究】滴定过程中，某同学发现该KMnO₄溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多．为研究速率加快的原因，继续进行了下列实验，实验数据如下表：

编号	温度/℃	酸化的H2C2O4溶液/mL	KMnO4溶液/mL	溶液褪色时间/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

（3）分析上述数据，滴定过程中反应速率较快的可能原因有：①

 

；②

 

．
（4）根据实验Ⅰ和实验Ⅱ中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）高锰酸钾溶液为紫色，滴定完毕，高锰酸根离子反应完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色；
（2）由装置图可知，试管C中品红溶液的作用是检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；由于酸性高锰酸钾为紫色溶液，若高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全；
（3）采取控制变量法分析，对比第1、2组数据，不同是第2组加入硫酸锰，溶液褪色时间短，反应速率加快，褪色滴定反应中生成锰离子，可能是锰离子对反应起催化作用；对比第1、3组数据．不同是第3组实验的温度高，溶液褪色时间短，反应速率加快；
（4）第一次滴定，草酸溶液的体积与第2、3次相差太大，应舍去，取第2、3次的平均值为草酸溶液的体积．装置A中固体Fe_xS_y逐渐转变为红棕色，说明生成Fe₂O₃，同时生成二氧化硫．根据关系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄计算25溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量，进而计算250mL溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量，装置B中加入的n_总（MnO₄^-）-n_未反应（MnO₄^-）=n_反应（MnO₄^-），再根据关系式2MnO₄^-～5SO₂计算生成二氧化硫n（SO₂），0.6g固体是Fe₂O₃，计算n（Fe），利用n（Fe）：n（SO₂）确定Fe_xS_y的化学式．

解答： 解：（1）高锰酸钾溶液为紫色，滴定完毕，高锰酸根离子反应完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色，说明达滴定终点，
故答案为：加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色；
（2）由装置图可知，试管C中品红溶液的作用是检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；
由于酸性高锰酸钾为紫色溶液，若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全，撤去C装置，对实验没有影响，
故答案为：检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；同意；若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全；
（3）采取控制变量法分析，对比第1、2组数据，不同是第2组加入硫酸锰，锰离子浓度增大，溶液褪色时间短，反应速率加快，生成锰离子对反应起催化作用；
对比第1、3组数据，不同是第3组实验的温度高，溶液褪色时间短，反应速率加快，故应是反应放热使温度升高，加快反应速率，
故答案为：生成锰离子对反应起催化作用；反应放热使温度升高；
（4）第一次滴定，草酸溶液的体积与第2、3次相差太大，应舍去，取第2、3次的平均值计算草酸溶液的体积为

(26.03mL-1.02mL)+24.99mL

2

=25.00mL．根据关系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄计算25溶液中n_未反应（MnO₄^-）=

2

5

×0.01mol?L^-1×25×10^-3L=1×10^-4mol，50mL溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量为1×10^-4mol×

250mL

25mL

=1×10^-3mol，装置B中n_反应（MnO₄^-）=n_总（MnO₄^-）-n_未反应（MnO₄^-）=50×10^-3L×0.1mol?L^-1-1×10^-3mol=4×10^-3mol，根据关系式2MnO₄^-～5SO₂计算生成二氧化硫n（SO₂）=2.5×4×10^-3mol=0.01mol，0.6g固体是Fe₂O₃，n（Fe）=

0.6mol

160g/mol

×2=0.0075mol，所以n（Fe）：n（SO₂）=0.0075mol：0.01mol=3：4，该铁硫簇结构的化学式为Fe₃S₄，
故答案为：Fe₃S₄；

点评：本题考查实验原理、实验装置理解与评价、实验方案设计、氧化还原滴定应用、化学计算、控制变量法探究实验等，难度较大，理解实验原理是关键，是对所学知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，学习中全面把握基础知识．