Question

【題目】目前流行的關(guān)于生命起源假設(shè)的理論認(rèn)為，生命起源于約40億年前的古洋底的熱液環(huán)境。這種環(huán)境系統(tǒng)中普遍存在鐵硫簇結(jié)構(gòu)，如Fe2S2、Fe4S4、Fe8S7等，這些鐵硫簇結(jié)構(gòu)參與了生命起源的相關(guān)反應(yīng)。某化學(xué)興趣小組在研究某鐵硫簇結(jié)構(gòu)的組成時(shí)，設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)�！緦�(shí)驗(yàn)Ⅰ】硫的質(zhì)量確定

按圖連接裝置，檢查好裝置的氣密性后，在硬質(zhì)玻璃管A中放入1.00 g鐵硫簇結(jié)構(gòu)（含有部分不反應(yīng)的雜質(zhì)），在試管B中加入50.00 mL 0.1000 molL-1的酸性KMnO4溶液，在試管C中加入品紅溶液。通入空氣并加熱，發(fā)現(xiàn)固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色。待固體完全轉(zhuǎn)化后將B中溶液轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶，洗滌試管B后定容。取25.00 mL該溶液用0.01000 molL-1的草酸（H2C2O4）進(jìn)行測(cè)定剩余KMnO4溶液濃度的滴定。記錄數(shù)據(jù)如下：

滴定次數(shù)	待測(cè)溶液體積/mL	草酸溶液體積/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

相關(guān)反應(yīng)：① 2MnO4- + 2H2O + 5SO22Mn2+ + 5SO42- + 4H+

② 2MnO4- + 6H+ + 5H2C2O42Mn2+ +10CO2↑+ 8H2O

【實(shí)驗(yàn)Ⅱ】鐵的質(zhì)量確定

將實(shí)驗(yàn)Ⅰ硬質(zhì)玻璃管A中的殘留固體加入稀鹽酸中，充分?jǐn)嚢韬筮^濾，在濾液中加入足量的NaOH溶液，過濾后取濾渣，經(jīng)充分灼燒得0.600 g固體。

試回答下列問題：

（1）檢查“實(shí)驗(yàn)Ⅰ”中裝置氣密性的方法是_______________。

（2）滴定終點(diǎn)的判斷方法是______________。

（3）試管C中品紅溶液的作用是_______________；有同學(xué)提出，撤去C裝置，對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響，你的看法是___（選填“同意”或“不同意”），理由是________________。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ中的數(shù)據(jù)可確定該鐵硫簇結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為___________________。

【問題探究】

滴定過程中，細(xì)心的小明發(fā)現(xiàn)該KMnO4顏色褪去的速率較平常滴定時(shí)要快得多。為研究快的原因，甲同學(xué)繼續(xù)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

編號(hào)	溫度/℃	酸化的H2C2O4溶液/mL	KMnO4溶液/mL	溶液褪色時(shí)間/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

（5）分析上述數(shù)據(jù)，滴定過程中反應(yīng)速率較快的原因可能是_____________。

Answer 1

【答案】 在C中加入少量水，關(guān)閉活塞，用酒精燈加熱A，C中有氣泡產(chǎn)生，撤去酒精燈，有水進(jìn)入導(dǎo)氣管并形成一段水柱，證明氣密性良好 當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏尾菟�，溶液紫紅色立即變?yōu)闊o(wú)色，且半分鐘不變色 驗(yàn)證SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收 同意 B中溶液不褪色，即可證明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收 Fe3S4 生成的Mn2+對(duì)反應(yīng)起到催化作用

【解析】（1）檢驗(yàn)氣密性常用法有：密封氣體，利用其他的熱脹冷縮；液封氣體，形成液面高度差。由裝置圖可知，該裝置適合密封氣體，利用氣體的熱脹冷縮，檢驗(yàn)方法是：在試管C中加入少量水，關(guān)閉活塞，用酒精燈微熱硬質(zhì)試管A，C中由氣泡產(chǎn)生，撤去酒精燈，有水加入導(dǎo)氣管形成一段水柱，說明裝置氣密性良好；（2）高錳酸鉀溶液為紫色，滴定完畢，高錳酸根離子反應(yīng)完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分鐘不變色，說明達(dá)滴定終點(diǎn)；（3）由裝置圖可知，試管C中品紅溶液的作用是檢驗(yàn)二氧化硫是否被酸性高錳酸鉀完全吸收；由于酸性高錳酸鉀為紫色溶液，若B中高錳酸鉀溶液的紫色不褪去，說明二氧化硫被吸收完全，撤去C裝置，對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響；（4）第一次滴定，草酸溶液的體積與第2、3次相差太大，應(yīng)舍去，取第2、3次的平均值計(jì)算草酸溶液的體積為(26.03mL1.02mL)+24.99mL/2=25.00mL。根據(jù)關(guān)系式2MnO4-～5H2C2O4計(jì)算溶液中n未反應(yīng)（MnO4-）=2/5×0.01molL-1×25×10-3L=1×10-4mol，50mL溶液中未反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為1×10-4mol×250mL/25mL=1×10-3mol，裝置B中n反應(yīng)（MnO4-）=n總（MnO4-）-n未反應(yīng)（MnO4-）=50×10-3L×0.1molL-1×10-3mol=4×10-3mol，根據(jù)關(guān)系式2MnO4-～5SO2計(jì)算生成二氧化硫n（SO2）=2.5×4×10-3mol=0.01mol，0.6g固體是Fe2O3，n（Fe）=0.6mol/160g/mol×2=0.0075mol，所以n（Fe）：n（SO2）=0.0075mol：0.01mol=3：4，該鐵硫簇結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為Fe3S4；（5）采取控制變量法分析，對(duì)比第1、2組數(shù)據(jù)，不同是第2組加入硫酸錳，錳離子濃度增大，溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率加快，生成錳離子對(duì)反應(yīng)起催化作用。