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3.化合物KaFeb(C2O4c•dH2O(其中铁为正三价)是重要的光化学试剂.通过下述实验确定该晶体的组成.
步骤a:称取该样品4.91g溶于水中配成250mL溶液,取出25mL溶液,向其中加入过量的NaOH溶液,将沉淀过滤,洗涤,高温灼烧至质量不再改变,称量其固体的质量为0.08g.
步骤b:另取出25mL溶液,加入适量稀H2SO4溶液,用0.050mol•L-1KMnO4溶液滴定,到达滴定终点时,消耗KMnO4溶液24.00mL.
已知:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4═2MnSO4+K2SO4+10CO2+8H2O
(1)草酸(H2C2O4)为二元弱酸,其一级电离的方程式为H2C2O4?HC2O4-+H+.草酸的Ka1约为Ka2的1000倍,可能的原因是HC2O4-形成分子内氢键.
(2)滴定终点观察到的现象为最后1滴KMnO4溶液滴入后,溶液变为浅红色,且半分钟内不变色.
(3)通过计算确定样品的组成(写出计算过程).

分析 (1)草酸为二元弱酸,则其一级电离中电离出草酸氢根离子和氢离子;草酸的Ka1约为Ka2的1000倍,从草酸氢根离子中存在分之内氢键角度考虑;
(2)滴定结束前溶液为无色,滴定结束后高锰酸根离子过量,则溶液变为浅红色,据此判断滴定终点;
(3)根据步骤a、b中数据可计算出250mL样品溶液中含有的铁离子、草酸根离子的物质的量,然后根据电荷守恒计算出钾离子的物质的量;再根据总质量计算出样品中含有水的质量、物质的量,最后确定该化合物的化学式.

解答 解:(1)草酸(H2C2O4)为二元弱酸,其一级电离的方程式为:H2C2O4?HC2O4-+H+;由于HC2O4-形成分子内氢键,增大电离其二级电离的难度,所以酸的Ka1约为Ka2的1000倍,
故答案为:H2C2O4?HC2O4-+H+;HC2O4-形成分子内氢键;
(2)用0.050mol•L-1KMnO4溶液滴定草酸溶液,滴定结束前溶液为无色,结束后溶液会变为浅红色,则滴定终点的现象为:最后1滴KMnO4溶液滴入后,溶液变为浅红色,且半分钟内不变色,
故答案为:最后1滴KMnO4溶液滴入后,溶液变为浅红色,且半分钟内不变色;
(3)步骤a中高温灼烧至质量不再改变,称量出的0.08g固体为Fe2O3
则在250 mL溶液中,n(Fe3+)=2n(Fe2O3)=$\frac{0.08g}{160g/mol}$×$\frac{250mL}{25mL}$=0.01 mol,
步骤b中,根据反应2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4═2MnSO4+K2SO4+10CO2+8H2O可知,250mL待测液中:n(C2O42-)=n(KMnO4)×$\frac{5}{2}$×$\frac{250mL}{25mL}$=0.050mol/L×24.00×10-3L×$\frac{5}{2}$×10=0.03 mol,
根据电荷守恒n(K+)+3n(Fe3+)=2n(C2O42-)可得:n(K+)=0.03 mol,
样品中含有水的质量为:m(H2O)=(4.91g-39g•mol-1×0.03mol-56g•mol-1×0.01mol-88g•mol-1×0.03mol)=0.54g,水的物质的量为:n(H2O)=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03 mol,
故化合物KaFeb(C2O4c•dH2O中:n(K+):n(Fe3+):n(C2O42-):n(H2O)=3:1:3:3,
所以该化合物的化学式为:K3Fe(C2O43•3H2O,
答:该化合物的化学式为K3Fe(C2O43•3H2O.

点评 本题考查了探究物质组成、测量物质含量的方法,题目难度中等,涉及弱电解质的电离方程式书写、中和滴定操作方法及化学计算,注意掌握质量守恒定律、电荷守恒在化学计算中的应用方法,试题培养了学生的分析能力及化学实验、化学计算能力.

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