Question

16．目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境，这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构，如Fe₂S₂、Fe₄S₄、Fe₈S₇等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应．某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验．
[实验I]确定硫的质量：
按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管A中放入1.0g铁硫簇结构（含有部分不反应的杂质），在试管B中加入50mL 0.100mol•L^-1的酸性KMn0₄溶液，在试管C中加入品红溶液．通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色．待固体完全转化后，将B中溶液转移至250mL容量瓶，洗涤试管B后定容．取25.00mL该溶液用0.01mol•L^-1的草酸（H₂C₂0₄）溶液滴定剩余的KMn0₄．记录数据如下：

滴定次数	待测溶液体积/mL	草酸溶液体积/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

相关反应：①2MnO₄^-+2H₂0+5S0₂═2Mn²⁺+5S0₄^2-+4H⁺
②2MnO₄^-+6H⁺+5H₂C₂O₄═2Mn²⁺+l0CO₂↑+8H₂0
[实验Ⅱ]确定铁的质量：
将实验I硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得0.6g固体．
试回答下列问题：
（1）实验I中判断滴定终点的方法是加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色．
（2）实验I中，试管C中品红溶液的作用是检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收．
有同学提出，撤去C装置对实验没有影响，你的看法是同意（选填“同意”或“不同意”），理由是若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全．
（3）根据实验I和实验Ⅱ中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为Fe₃S₄．
[问题探究]滴定过程中，细心的小明发现该KMnO₄溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快
得多．为研究速率加快的原因，小明继续进行了下列实验，实验数据如下表：

编号	温度/℃	酸化的H2C2O4溶液/mL	KMnO4溶液/mL	溶液褪色时间/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

（4）分析上述数据知，滴定过程中反应速率较平常滴定时要快的一种可能原因是生成锰离子对反应起催化作用（或反应放热使温度升高，加快反应速率）．

Answer 1

分析 （1）高锰酸钾溶液为紫色，滴定完毕，高锰酸根离子反应完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色；
（2）由装置图可知，试管C中品红溶液的作用是检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；由于酸性高锰酸钾为紫色溶液，若高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全；
（3）第一次滴定，草酸溶液的体积与第2、3次相差太大，应舍去，取第2、3次的平均值为草酸溶液的体积．装置A中固体Fe_xS_y逐渐转变为红棕色，说明生成Fe₂O₃，同时生成二氧化硫．根据关系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄计算25溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量，进而计算250mL溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量，装置B中加入的n_总（MnO₄^-）-n_未反应（MnO₄^-）=n_反应（MnO₄^-），再根据关系式2MnO₄^-～5SO₂计算生成二氧化硫n（SO₂），0.6g固体是Fe₂O₃，计算n（Fe），利用n（Fe）：n（SO₂）确定Fe_xS_y的化学式；
（4）采取控制变量法分析，对比第1、2组数据，不同是第2组加入硫酸锰，溶液褪色时间短，反应速率加快，褪色滴定反应中生成锰离子，可能是锰离子对反应起催化作用；对比第1、3组数据．不同是第3组实验的温度高，溶液褪色时间短，反应速率加快．

解答 解：（1）高锰酸钾溶液为紫色，滴定完毕，高锰酸根离子反应完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色，说明达滴定终点，
故答案为：加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色；
（2）由装置图可知，试管C中品红溶液的作用是检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；
由于酸性高锰酸钾为紫色溶液，若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全，撤去C装置，对实验没有影响，
故答案为：检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；同意；若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全；
（3）第一次滴定，草酸溶液的体积与第2、3次相差太大，应舍去，取第2、3次的平均值计算草酸溶液的体积为$\frac{（26.03mL-1.02mL）+24.99mL}{2}$=25.00mL．根据关系式2MnO₄^-～5H₂C₂O₄计算25溶液中n_未反应（MnO₄^-）=$\frac{2}{5}$×0.01mol•L^-1×25×10^-3L=1×10^-4mol，50mL溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量为1×10^-4mol×$\frac{250mL}{25mL}$=1×10^-3mol，装置B中n_反应（MnO₄^-）=n_总（MnO₄^-）-n_未反应（MnO₄^-）=50×10^-3L×0.1mol•L^-1-1×10^-3mol=4×10^-3mol，根据关系式2MnO₄^-～5SO₂计算生成二氧化硫n（SO₂）=2.5×4×10^-3mol=0.01mol，0.6g固体是Fe₂O₃，n（Fe）=$\frac{0.6g}{160g/mol}$×2=0.0075mol，所以n（Fe）：n（SO₂）=0.0075mol：0.01mol=3：4，该铁硫簇结构的化学式为Fe₃S₄，
故答案为：Fe₃S₄；
（4）采取控制变量法分析，对比第1、2组数据，不同是第2组加入硫酸锰，锰离子浓度增大，溶液褪色时间短，反应速率加快，生成锰离子对反应起催化作用；
对比第1、3组数据．不同是第3组实验的温度高，溶液褪色时间短，反应速率加快，故应是反应放热使温度升高，加快反应速率，
故答案为：生成锰离子对反应起催化作用（或反应放热使温度升高，加快反应速率）．

点评 本题考查实验原理、实验装置理解与评价、实验方案设计、氧化还原滴定应用、化学计算、控制变量法探究实验等，难度较大，理解实验原理是关键，是对所学知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，学习中全面把握基础知识．