Question

【題目】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境。這種環境系統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】硫的質量確定

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1.00 g鐵硫簇結構（含有部分不反應的雜質），在試管B中加入50.00 mL 0.1000 molL-1的酸性KMnO4溶液，在試管C中加入品紅溶液。通入空氣并加熱，發現固體逐漸轉變為紅棕色。待固體完全轉化后將B中溶液轉移至250 mL容量瓶，洗滌試管B后定容。取25.00 mL該溶液用0.01000 molL-1的草酸（H2C2O4）進行測定剩余KMnO4溶液濃度的滴定。記錄數據如下：

滴定次數	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：① 2MnO4- + 2H2O + 5SO22Mn2+ + 5SO42- + 4H+

② 2MnO4- + 6H+ + 5H2C2O42Mn2+ +10CO2↑+ 8H2O

【實驗Ⅱ】鐵的質量確定

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0.600 g固體。

試回答下列問題：

（1）檢查“實驗Ⅰ”中裝置氣密性的方法是_______________。

（2）滴定終點的判斷方法是______________。

（3）試管C中品紅溶液的作用是_______________；有同學提出，撤去C裝置，對實驗沒有影響，你的看法是___（選填“同意”或“不同意”），理由是________________。

（4）根據實驗Ⅰ和實驗Ⅱ中的數據可確定該鐵硫簇結構的化學式為___________________。

【問題探究】

滴定過程中，細心的小明發現該KMnO4顏色褪去的速率較平常滴定時要快得多。為研究快的原因，甲同學繼續進行了下列實驗，實驗數據如下表：

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

（5）分析上述數據，滴定過程中反應速率較快的原因可能是_____________。

Answer 1

【答案】 在C中加入少量水，關閉活塞，用酒精燈加熱A，C中有氣泡產生，撤去酒精燈，有水進入導氣管并形成一段水柱，證明氣密性良好 當滴入最后一滴草酸，溶液紫紅色立即變為無色，且半分鐘不變色 驗證SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收 同意 B中溶液不褪色，即可證明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收 Fe3S4 生成的Mn2+對反應起到催化作用

【解析】（1）檢驗氣密性常用法有：密封氣體，利用其他的熱脹冷縮；液封氣體，形成液面高度差。由裝置圖可知，該裝置適合密封氣體，利用氣體的熱脹冷縮，檢驗方法是：在試管C中加入少量水，關閉活塞，用酒精燈微熱硬質試管A，C中由氣泡產生，撤去酒精燈，有水加入導氣管形成一段水柱，說明裝置氣密性良好；（2）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；（3）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；（4）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(26.03mL1.02mL)+24.99mL/2=25.00mL。根據關系式2MnO4-～5H2C2O4計算溶液中n未反應（MnO4-）=2/5×0.01molL-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×250mL/25mL=1×10-3mol，裝置B中n反應（MnO4-）=n總（MnO4-）-n未反應（MnO4-）=50×10-3L×0.1molL-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）=0.6mol/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；（5）采取控制變量法分析，對比第1、2組數據，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。