Question

16．K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O（三草酸含铁酸钾晶体）是制备负载型活性铁催化剂的主要原料．它为翠绿色晶体，溶于水．难溶于乙醇，110℃下失去结晶水，230℃分解，可以铁屑为原料制备，相关反应的化学方程式为：
Fe（s）+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O═FeC₂O₄•2H₂O↓+H₂SO₄
2FeC₂O₄•2H₂O+H₂O₂+H₂C₂O₄+3K₂C₂O₄═2K₃[Fe（C₂O₄）₃]+6H₂O
制备流程如下：

（1）步骤①加入稀H₂SO₄要过量，其目的是使铁屑充分利用，同时制得的FeSO₄溶液呈酸性，防止Fe²⁺的水解．
（2）步骤③操作为：在沉淀中加入饱和K₂C₂O₄溶液，并用40℃左右水浴加热，在向其中慢慢滴加足量的30%H₂O₂溶液，此过程中需保持40℃左右，可能的原因是温度太高双氧水容易分解，温度太低反应速率太慢等．
（3）步骤④煮沸的目的是除去过量的双氧水．
（4）步骤⑤操作包括冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）步骤⑤操作中所用洗涤剂最合适的是C（填选项字母）．
A．草酸钠溶液 B．蒸馏水 C．乙醇 D．KCl溶液
（6）为测定产品的纯度，用酸性KMnO₄标准溶液进行滴定，反应如下：
2MnO₄^-+5C₂O₄+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
称取5.00g产品溶于水，配制成100mL溶液，取出20mL于锥形瓶中，用0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄标准溶液滴定，滴定终点时，消耗标KMnO₄准溶液24.00mL．
①滴定过程中发现，开始滴入一滴KMnO₄标准溶液，紫红色褪去很慢，滴入一定量后紫红色很快褪去，其原因是生成的Mn²⁺起催化作用．
②计算得产品中K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O（M=491.0g•mol^-1）的百分含量为98.20%（假设产品中的杂质不与KMnO₄反应）
③下列操作会引起滴定结果偏高的是AD．
A．滴定管用蒸馏水洗涤后，即装入标准溶液
B．滴定前尖嘴部分无气泡，滴定后有气泡
C．摇动锥形瓶过程中有液体溅出
D．接近终点时，用蒸馏水冲洗瓶壁和滴定管尖端悬挂的液滴．

Answer 1

分析 以铁屑为原料制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：铁和硫酸反应：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硫酸亚铁和草酸反应：FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O=FeC₂O₄•2H₂O+H₂SO₄，加入草酸钾、双氧水生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O．
（1）为完全溶解铁需要确保稀硫酸过量，同时溶液中的Fe²⁺易水解，需要滴加过量稀硫酸抑制其水解；
（2）过氧化氢是不稳定的氧化物，温度过高易分解，同时还应考虑温度对反应速率的影响；
（3）步骤④加热煮沸可除去滤液中过量的过氧化氢，防止产品氧化，提高产品纯度；
（4）步骤⑤操作的目的是将浓缩后的溶液冷却结晶并过滤、洗涤、干燥得到目标产物；
（5）根据三草酸含铁酸钾晶体溶于水．难溶于乙醇的性质选择洗涤剂；
（6）①影响反应速率的外界因素包括温度、催化剂及浓度等，可结合滴定过程中环境因素考虑；
②草酸根离子被高锰酸钾氧化成二氧化碳，本身被还原成锰离子，根据方程式是分析，0.1mol•L^-1的酸性高锰酸钾溶液进行滴定，达到滴定终点时消耗酸性高锰酸钾溶液24mL，则草酸根离子物质的量浓度为$\frac{5×0.1×0.024}{2×0.02}$=0.3mol/L，所以10.0克中三草酸合铁酸钾晶体的物质的量为0.3×$\frac{0.1}{3}$=0.01摩尔，其质量分数为0.01×$\frac{491}{5.0}$×100%=49.1%
③依据滴定误差分析的方法判断，误差可以归结为标准液的体积消耗变化分析误差，c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$，
A．酸式滴定管水洗后，要用标准液润洗；
B．滴定前滴定管尖嘴处无气泡，滴定后有气泡，读取标准溶液体积减小；
C．摇动锥形瓶过程中有液体溅出，说明消耗标准液减小；
D．接近终点时，用蒸馏水冲洗瓶壁和滴定管尖端悬挂的液滴，导致消耗标准液增大．

解答 解：以铁屑为原料制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：铁和硫酸反应：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硫酸亚铁和草酸反应：FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O=FeC₂O₄•2H₂O+H₂SO₄，加入草酸钾、双氧水生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O．
（1）添加过量硫酸，可使铁粉完全溶解，同时还能抑制溶液中的Fe²⁺易水解，故答案为：使铁屑充分利用，同时制得的FeSO4溶液呈酸性，防止Fe²⁺的水解；
（2）温度保持40℃左右，可防止温度过高过氧化氢分解，温度太低影响反应速率，故答案为：温度太高双氧水容易分解，温度太低反应速率太慢等；
（3）为防止过量过氧化氢对产品纯度的影响，需要借助煮沸除去，故答案为：除去过量的双氧水；
（4）通过将浓缩后的溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥后得到产品，故答案为：冷却结晶；
（5）为减小三草酸含铁酸钾晶体的溶解，提高产品的量，步骤⑤可选择乙醇作洗涤剂，故答案为：C；
（6）①滴定过程中发现，随着滴入KMnO₄标准溶液，反应速率逐渐加快，可能原因是反应中生成的Mn²⁺起催化作用，加快反应速率，故答案为：生成的Mn²⁺起催化作用；
②5K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O～15C₂O₄^2-_～6MnO₄^-
          5×491g                 6mol
            x               24.00mL×10^-3×0.1mol•L^-l
x=0.982
K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的质量分数$\frac{0.982g}{1g}$×100%=98.2%，
故答案为：98.2%．
③由c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$可知，
A．酸式滴定管要用标准液润洗，滴定管用蒸馏水洗涤后，立即装入标准液，标准液浓度减小，消耗标准液体积增大，测定结果偏高，故A符合；
B．滴定前滴定管尖嘴处无气泡，滴定后有气泡，读取标准溶液体积减小，测定结果偏低，故B不符合；
C．摇动锥形瓶过程中有液体溅出，说明消耗标准液减小，测定结果偏低，故B不符合；
D．接近终点时，用蒸馏水冲洗瓶壁和滴定管尖端悬挂的液滴，导致消耗标准液增大，测定结果偏高，故D符合；
故答案为：AD．

点评 本题考查了物质性质的实验探究，实验方案的设计与分析计算，主要是滴定实验的过程分析和误差分析，掌握基础是关键，题目难度中等．