Question

16．实验室用高锰酸钾固体配制0.10mol/L的高锰酸钾溶液500mL，并用该标准液滴定某酸性工业废水中铁元素的含量，请按要求完成实验，并回答相关问题：
I．标准液的配制
（1）所需的实验仪器有烧杯、量筒、玻璃棒，还缺少的玻璃仪器是500mL容量瓶和胶头滴管．
（2）称量所需高锰酸钾固体7.9g，用少量蒸馏水溶解于烧杯中，搅拌，待冷却至室温，转移至容量瓶中，并用50mL蒸馏水洗涤烧杯2～3次，洗涤液也要注入容量中，并摇匀．
（3）若定容时，俯视观察液面，造成所配高锰酸钾溶液浓度偏高（填“偏高”、“偏低”、“不影响”）．
II．滴定工业废水中铁元素的含量（全部铁元素以Fe²⁺形式存在）．
（4）在滴定时，每次准确量取待测液25.00ml于锥形瓶中，并加入适量酸酸化后进行滴定，你认为可以加入下面哪种酸C
A．盐酸        B．硝酸         C．硫酸
（5）已知亚铁离子与高锰酸根按照物质的量之比5：1反应，写出酸性条件下滴定反应的离子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
（6）重复三次滴定，结果记录如下表：计算该工业废水中亚铁离子的浓度为0.2mol/L

实验序号	高锰酸钾溶液体积（ml）	废水样品的体积（ml）
1	10.02	25.00
2	10.62	25.00
3	9.98	25.00

Answer 1

分析 I．（1）根据配制步骤是计算、称量、溶解、冷却、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶来分析需要的仪器；
（2）根据n=cV和m=nM来计算；  
（3）根据c=$\frac{n}{V}$并结合溶质的物质的量n和溶液的体积V的变化来进行误差分析；
II．（4）A、盐酸能和高锰酸钾反应；
B、Fe²⁺能被硝酸氧化；
C、硫酸不干扰Fe²⁺和KMnO₄的反应；
（5）Fe²⁺和MnO₄^-在酸性条件下反应，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，据此分析；
（6）先判断滴定数据的有效性，然后依据实验过程和滴定实验消耗的高锰酸钾溶液体积的平均数，结合氧化还原反应离子方程式计算亚铁离子物质的量，计算25ml溶液中亚铁离子的浓度．

解答 解：I．（1）根据配制步骤是计算、称量、溶解、冷却、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶可知需要的仪器有烧杯、量筒、玻璃棒、500mL容量瓶和胶头滴管，故还缺少的仪器有：500mL容量瓶和胶头滴管，故答案为：500mL容量瓶和胶头滴管；
（2）所需的高锰酸钾溶液的质量m=CVM=0.10mol/L×0.5L×158g/mol=7.9g，故答案为：7.9；  
（3）若定容时俯视液面，则溶液体积偏小，故浓度偏高，故答案为：偏高；
II．（4）此实验是要用高锰酸钾溶液来滴定工业废水中铁元素的含量（全部铁元素以Fe²⁺形式存在）．
A、由于盐酸能和高锰酸钾发生氧化还原反应，故向待测液中加盐酸会导致消耗的高锰酸钾的量偏多，从而造成误差，故A错误；
B、Fe²⁺能被硝酸氧化，故若加入硝酸，则会导致消耗的高锰酸钾的量偏少，则测得待测液中的Fe²⁺的浓度偏低，故B错误；
C、硫酸不干扰Fe²⁺和KMnO₄的反应，故可以用硫酸酸化，故C正确．
故选C．
（5）Fe²⁺和MnO₄^-在酸性条件下反应，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，故离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
（6）由于第二次滴定数据误差过大，应该舍去，所以滴定过程中高锰酸钾溶液平均消耗体积=$\frac{10.02+9.98}{2}$mL=10.00ml；
氧化还原反应为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，设亚铁离子物质的量为x，
 5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
  5    1
 x   0.1mol/L×0.01L
 x=5×0.1mol/L×0.01L=0.005mol，
c（Fe²⁺）=$\frac{0.005mol}{0.025L}$=0.2mol/L，
 故答案为：0.2．

点评 本题考查物质成分和含量的测定，涉及仪器选用、误差分析、质量分数计算等知识，具有较强的综合性，解题时注意根据方程式来计算的方法，本题难度中等．