Question

13．三草酸合铁酸钾晶体（K₃[Fe（C₂O₄）₃]•xH₂O）是一种光敏材料，在110℃可完全失去结晶水．为测定该晶体中铁的含量和结晶水的含量，某实验小组做了如下实验：
（1）铁含量的测定
步骤一：称量5.00g三草酸合铁酸钾晶体，配制成250ml溶液．
步骤二：取所配溶液25.00ml于锥形瓶中，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，同时，MnO₄^-被还原成Mn²⁺．向反应后的溶液中加入一小匙锌粉，加热至黄色刚好消失，过滤，洗涤，将过滤及洗涤所得溶液收集到锥形瓶中，此时，
溶液仍呈酸性．
步骤三：用0.010mol/L KMnO₄溶液滴定步骤二所得溶液至终点，消耗KMnO₄溶液20.02ml，滴定中MnO₄^-，被还原成Mn²⁺．
重复步骤二、步骤三操作，滴定消耗0.010mol/L KMnO₄溶液19.98ml
请回答下列问题：
①配制三草酸合铁酸钾溶液的操作步骤依次是：称量、溶解、转移、洗涤并转移、定容摇匀．下列操作会使配制的三草酸合铁酸钾溶液浓度偏低的是AC
A．没有洗涤烧杯和玻璃棒
B．选用的容量瓶内有少量蒸馏水
C．如果加水超过了刻度线，吸出水使液面恰好到刻度线
D．整个配制过程中，容量瓶不振荡
②加入锌粉的目的是将Fe³⁺恰好还原成Fe²⁺．
③写出步骤三中发生反应的离子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
④实验测得该晶体中铁的质量分数为11.20%或0.112．在步骤二中，若加入的KMnO₄的溶液的量不够，则测得的铁含量偏高．（选填“偏低”“偏高”“不变”）
（2）结晶水的测定
将坩埚洗净，烘干至恒重，记录质量；在坩埚中加入研细的三草酸合铁酸钾晶体，称量并记录质量；加热至110℃，恒温一段时间，置于空气中冷却，称量并记录质量；计算结晶水含量．请纠正实验过程中的两处错误；加热后的晶体要在干燥器中冷却；；两次称量质量差不超过0.1g．

Answer 1

分析 （1）①根据配制一定物质的量浓度的溶液的操作步骤判断：在配制物质的量浓度的溶液时，要经过：计算→称量→溶解→移液、洗涤→振荡→定容→摇匀等步骤；
A．没有洗涤烧杯和玻璃棒，导致配制的溶液中溶质的物质的量偏小；
B．选用的容量瓶内有少量蒸馏水，不影响沉淀结果；
C．如果加水超过了刻度线，吸出水使液面恰好到刻度线，导致容量瓶中溶质的物质的量偏小，浓度偏低；
D．整个配制过程中，容量瓶不振荡，会导致配制的溶液体积偏小，溶液浓度偏高；
②锌粉能与Fe³⁺反应，加入锌粉的目的是将Fe³⁺恰好还原成Fe²⁺；
③根据物质的性质和书写离子方程式的有关要求书写离子方程式；
④根据离子方程式计算，n（Fe）=5n（MnO₄^-）=5×$\frac{20.02mL+19.98mL}{2}$×0.01mol•L^-1×10^-3×10=1.0×10^-2mol，m（Fe）=56 g•mol^-1×1.0×10^-2mol=0.56g．晶体中铁的质量分数=$\frac{0.56g}{5g}$×100%=11.2%，若在步骤二中滴入酸性高锰酸钾溶液不足，则会有部分草酸根离子未被氧化，在步骤三中则会造成消耗酸性高锰酸钾溶液的量偏大，从而计算出的铁的量增多，含量偏高；
（2）加热后的晶体要在干燥器中冷却，防止重新吸收空气中的水分．另外在加热时至少要称量两次质量差，到两次称量质量差不超过0.1 g．

解答 解：（1）①在配制物质的量浓度的溶液时，要经过：计算→称量→溶解→移液、洗涤→振荡→定容→摇匀等步骤；
A．没有洗涤烧杯和玻璃棒，则配制的溶液中溶质的物质的量偏小，配制的溶液浓度偏低，故A正确；
B．选用的容量瓶内有少量蒸馏水，对溶质和最终配制溶液体积不影响，则不影响沉淀结果，故B错误；
C．如果加水超过了刻度线，吸出水使液面恰好到刻度线，导致容量瓶中溶质的物质的量偏小，配制的浓度偏低，故C正确；
D．整个配制过程中，容量瓶不振荡，先加入的是密度较大的溶液，后加入的洗涤烧杯和玻璃棒的溶液密度较小，造成溶液密度不均匀，如果摇均匀密度大的和密度小的相溶体积会比二者原体积之和小，配制的溶液浓度偏高，故D错误；
故答案为：溶解；定容；AC；
②加入锌粉的目的是将Fe³⁺恰好还原成Fe²⁺，
故答案为：将Fe³⁺恰好还原成Fe²⁺；
③在步骤三中发生的离子反应为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
④根据步骤三中的离子反应可知：n（Fe）=5n（MnO₄^-）=5×$\frac{20.02mL+19.98mL}{2}$×0.01 mol•L^-1×10^-3×10=1.0×10^-2mol，m（Fe）=56 g•mol^-1×1.0×10^-2mol=0.56g．晶体中铁的质量分数为：$\frac{0.56g}{5g}$×100%=11.20%，
若在步骤二中滴入酸性高锰酸钾溶液不足，则会有部分草酸根离子未被氧化，在步骤三中则会造成消耗酸性高锰酸钾溶液的量偏大，从而计算出的铁的量增多，含量偏高，
故答案为：11.20%或0.112；偏高；
（2）加热后的晶体要在干燥器中冷却，防止重新吸收空气中的水分．另外在加热时至少要称量两次质量差，到两次称量质量差不超过0.1 g，故答案为：加热后的晶体要在干燥器中冷却； 两次称量质量差不超过0.1 g．

点评 本题考查探究物质组成、测量物质含量的方法，题目难度中等，涉及到溶液的配制、滴定和结晶等操作、质量分数的计算等知识，注意基础实验知识的积累，把握实验步骤、原理和注意事项等问题．