Question

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1.0g鐵硫簇結構（含有部分不反應的雜質），在試管B中加入50mL 0.1mol?L^-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（H₂C₂O₄）進行測定剩余KMnO₄溶被濃度的滴定．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：①2MnO₄+2H₂O+5SO₂=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺②2MnO₄+6H⁺+5H₂C₂O₄=2Mn²⁺+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0.6g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]滴定過程中發現，細心的小明發現該KMnO₄顏色褪去的速率較平常滴定時要快的多．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MnSO4粉末）	2.0	4
3	60	5.0	2.0	25

（5）分析上進數據，滴定過程中反應速率較快的一種可能原因是

 

．

Answer 1

分析：（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；
（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；
（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，若高錳酸鉀溶液的紫色不褪去，說明二氧化硫被吸收完全；
（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次的平均值為草酸溶液的體積．裝置A中固體Fe_xS_y逐漸轉變為紅棕色，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；
（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，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）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，
故答案為：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，
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；
（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，
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；
（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

(26.03mL-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^-）=

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×

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）=

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，
故答案為：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；
對比第1、3組數據．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．