Question

某化学兴趣小组在学习“硫酸盐的某些性质和用途”中，进行了如下实验探究：
【实验一】检验(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O溶液中含有的阳离子。
（1）在下表中写出操作步骤和实验现象：
限选试剂：新制氯水、1mol/LH₂SO₄溶液、0.1mol/L KSCN溶液、NaOH浓溶液、浓盐酸、1mol/LNa₂CO₃溶液

操 作 步 骤	实验现象	结 论
步骤I：取少量待检液于试管中，                                             。		溶液中含有Fe2+
步骤II：取少量待检液于试管中，                                              。		溶液中含有NH4＋

 
【实验二】用KHSO₄制取H₂O₂并测其质量分数：
查阅资料得知：工业上用电解KHSO₄饱和溶液可制取一定浓度的H₂O₂。兴趣小组进行下列实验测定H₂O₂的质量分数。已知：2MnO₄^－+5H₂O₂+6H^＋= 2Mn^2＋+8H₂O+5O₂↑
操作①：取5.00 mL H₂O₂溶液(密度为1.00 g/mL)置于锥形瓶中加水稀释，再加稀硫酸酸化；
操作②：用0.1000 mol/L KMnO₄溶液滴定；
操作③：用同样方法滴定，四次消耗KMnO₄溶液的体积分别为20.00 mL、19.98 mL、20.02 mL、22.00 mL。
回答下列问题：
（2）操作②中，开始滴入KMnO₄溶液时反应速率很慢，随着KMnO₄溶液滴入反应速率显著加快，最有可能的原因______________________。
（3）滴定时盛装KMnO₄溶液应选取的仪器是       （填序号）。
A．50mL酸式滴定管　                B．50mL碱式滴定管 　
C．25mL酸式滴定管　                D．25mL碱式滴定管
（4）在上述实验中，下列操作会造成测定结果偏高的有         （填序号）。
A．锥形瓶用待测液润洗
B．量取 H₂O₂溶液的滴定管用蒸馏水洗净，未用H₂O₂溶液润洗  
C．滴定速度过快，又未摇匀，停止滴定后发现紫红色褪去
D．滴定前读数时平视，滴定终点读数时仰视
（5）分析数据，计算H₂O₂溶液中溶质的质量百分含量为___________（保留三位有效数字）。

Answer 1

（共17分）
（1）（每空2分，共8分）

操作步骤	实验现象
先滴加几滴0.1mol/L KSCN溶液，再滴加适量的新制氯水，振荡	开始时无明显现象；然后溶液呈(血)红色
滴加适量的NaOH浓溶液，加热，将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口。	(溶液中产生气泡，管口) 产生白烟

 
（2）反应中生成的 Mn^2＋具有催化作用  (2分) 
（3）C  (2分)；  （4） AD  (2分)；   （5）3.40% （3分）

解析试题分析：（1）从题给试剂和铁离子、亚铁离子的性质设计步骤I的方案，亚铁离子具有还原性，遇KSCN溶液不变红，新制氯水可以将亚铁离子氧化，生成的铁离子遇KSCN溶液变红，因此取少量待测溶液于试管中，先滴加几滴0.1mol/L KSCN溶液，再滴加适量的新制氯水，振荡，开始时无明显现象，然后溶液呈红色，说明溶液中含有Fe²⁺；根据铵根离子的性质设计步骤II的方案，铵根离子与强碱溶液混合加热时生成氨气，氨气与氯化氢气体混合时产生大量的白烟，氨气可用蘸有浓盐酸的玻璃棒检验，因此取少量待测溶液于试管中，滴加适量NaOH浓溶液，加热，将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若溶液中产生气泡、管口产生白烟，说明溶液中含有NH₄⁺；（2）根据外界条件对反应速率的影响规律，刚滴定时浓度最大，反应速率慢，说明不能用浓度、压强解释，由于该反应的反应热未知，也不宜用温度解释，排除之后只有用催化剂解释反应速率先慢后快的原因，即反应中生成的 Mn^2＋具有催化作用；（3）酸性高锰酸钾溶液具有腐蚀橡胶中碳碳双键的性质，因此只能用酸式滴定管盛装高锰酸钾溶液，由于每次滴定都消耗20mL酸性高锰酸钾溶液，25mL规格的酸式滴定管最接近20mL，可以减少误差，因此C选项正确；（4）锥形瓶用待测液润洗，就会使消耗的酸性高锰酸钾溶液体积增大，导致测定结果偏大，故A选项错正确；量取双氧水的滴定管未润洗，其中的蒸馏水能稀释加入的双氧水，就会使消耗的酸性高锰酸钾溶液体积减小，导致测定结果偏低，故B选项错误；滴定速率过快，未摇匀，停止滴定后紫红色褪去，说明消耗高锰酸钾溶液偏少，导致测定结果偏低，故C选项错误；滴定管上小刻度在上，大刻度在下，二者之差就是消耗标准酸性高锰酸钾溶液的体积，若前读数正确，仰视导致后读数偏大，就会使消耗酸性高锰酸钾溶液体积增大，导致测定结果偏高，故D选项正确；（5）先处理酸性高锰酸钾溶液体积的数据，将异常数据（22.00mL）舍去；再用正常数据求酸性高锰酸钾溶液的平均体积，即(20.00+19.98+20.02)mL/3=20.00mL；然后计算每次滴定消耗高锰酸钾或高锰酸根离子的物质的量，即n(MnO₄^－)=c?V=0.1000mol/L×20.00×10^—3L；由于反应2MnO₄^－+5H₂O₂+6H^＋= 2Mn^2＋+8H₂O+5O₂↑中过氧化氢与高锰酸根离子的系数之比等于物质的量之比，则5.00mL待测液中n(H₂O₂)=5n(MnO₄^－)/2=0.1000mol/L×20.00×10^—3L×5/2；接着根据m=n?M求过氧化氢的质量、m=ρ?V 求双氧水溶液的质量，即前者为0.1000mol/L×20.00×10^{—3L×5/2×34g/mol}，后者为1.00g/mL×5.00mL；最后根据溶质的质量除以溶液的质量求溶质的质量分数，即（0.1000mol/L×20.00×10^{—3L×5/2×34g/mol}）/（1.00g/mL×5.00mL）×100%=3.40%（保留三位有效数字）。
考点：考查化学实验方案的设计与评价，涉及设计方案检验溶液中的亚铁离子和铵根离子、解释滴定反应速率先慢后快的原因、滴定管使用规则的应用、误差分析、计算双氧水溶液中溶质质量分数、滴定实验数据及有效数字处理、物质的量浓度、溶液体积、物质的量在离子方程式计算中的应用等。