Question

【題目】三草酸合鐵酸鉀晶體（K3[Fe(C2O4)3]·xH2O）是一種光敏材料，在110℃可完全失去結晶水。為測定該晶體中鐵的含量，某實驗小組做了如下實驗：

鐵含量的測定

步驟一：稱量5.00 g三草酸合鐵酸鉀晶體，配制成250 mL溶液。

步驟二：取所配溶液25.00 mL于錐形瓶中，加稀H2SO4酸化，滴加KMnO4溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳，同時MnO4－被還原成Mn2+。向反應后的溶液中加入一小匙鋅粉，加熱至黃色剛好消失，過濾，洗滌，將過濾及洗滌所得溶液收集到錐形瓶中，此時溶液仍呈酸性。

步驟三：用0.010 mol/L KMnO4溶液滴定步驟二所得溶液至終點，消耗KMnO4溶液20.02 mL，滴定中MnO4－被還原成Mn2+。重復步驟二、步驟三操作，滴定消耗0.010 mol/L KMnO4溶液分別為19.98 mL和20.00 mL。請回答下列問題：

（1）滴定過程中，高錳酸鉀溶液應盛裝在__________滴定管中（填“酸式”或“堿式”）。

（2）用離子方程式表示步驟二中涉及到的相關化學反應：________________； Zn + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Zn2+。

（3）步驟三中滴定終點的判定：____________________。

（4）在步驟二中，若加入的KMnO4溶液的量不夠，則測得的鐵含量____________。在步驟三中，若滴定前仰視讀數，滴定后俯視讀數，則測得的鐵含量__________。（選填“偏低”、“偏高”、“不變”）

（5）實驗測得該晶體中鐵的質量分數為__________。

Answer 1

【答案】酸式 2MnO4- + 5C2O42- + 16 H+ ＝ 2Mn2+ + 10 CO2↑+ 8H2O 當最后一滴高錳酸鉀加入后，溶液變為紫紅（淺紅色）色，且半分鐘內不褪色 偏高 偏低 11.2%

【解析】

步驟二中涉及的反應為2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ ＝ 2Mn2+ + 10CO2↑+ 8H2O，Zn + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Zn2+；故步驟二得到的溶液為硫酸鉀、硫酸鋅、硫酸錳及硫酸亞鐵組成的混合溶液；步驟三涉及反應為MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ = Mn2+ + 5Fe3++ 4H2O；結合實驗和數據進行解答。

（1）高錳酸鉀溶液有強氧化性，會腐蝕橡膠，則高錳酸鉀溶液應盛裝在酸式滴定管中，答案為酸式；

（2）根據分析可知，步驟二中涉及到的反應為2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ ＝ 2Mn2+ + 10CO2↑+ 8H2O，Zn + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Zn2+；

（3）步驟三的反應為MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ = Mn2+ + 5Fe3++ 4H2O，滴定終點為溶液中的亞鐵離子消耗完全，滴加最后一滴酸性高錳酸鉀溶液后，溶液由淺綠色變為紫紅色，且半分鐘內不褪色，答案為：當最后一滴高錳酸鉀加入后，溶液變為紫紅（淺紅色）色，且半分鐘內不褪色；

（4）若步驟二中的高錳酸鉀量不夠，則草酸有剩余，導致步驟三中消耗的高錳酸鉀的量偏大，使測得的鐵的含量偏高；步驟三中，滴定前仰視，讀數偏大，滴定終點俯視，讀數偏小，兩次讀數的差值為消耗高錳酸鉀溶液的體積，體積偏小，則物質的量偏小，計算出的鐵的含量偏低，答案為：偏高；偏低；

（5）步驟三中平均消耗高錳酸鉀溶液的體積為=（20.02+19.98+20.00）mL÷3=20.00mL，n（MnO4-）=0.010mol/L×0.020L=0.0002mol，發生的反應為：MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ = Mn2+ + 5Fe3++ 4H2O，n（MnO4-）：n（Fe2+）=1：5，則鐵元素的物質的量為n（MnO4-）×5=0.001mol，其質量為0.056g，質量分數為×100%=11.2%。