Question

16．K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O（三草酸含鐵酸鉀晶體）是制備負(fù)載型活性鐵催化劑的主要原料．它為翠綠色晶體，溶于水．難溶于乙醇，110℃下失去結(jié)晶水，230℃分解，可以鐵屑為原料制備，相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
Fe（s）+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O═FeC₂O₄•2H₂O↓+H₂SO₄
2FeC₂O₄•2H₂O+H₂O₂+H₂C₂O₄+3K₂C₂O₄═2K₃[Fe（C₂O₄）₃]+6H₂O
制備流程如下：

（1）步驟①加入稀H₂SO₄要過(guò)量，其目的是使鐵屑充分利用，同時(shí)制得的FeSO₄溶液呈酸性，防止Fe²⁺的水解．
（2）步驟③操作為：在沉淀中加入飽和K₂C₂O₄溶液，并用40℃左右水浴加熱，在向其中慢慢滴加足量的30%H₂O₂溶液，此過(guò)程中需保持40℃左右，可能的原因是溫度太高雙氧水容易分解，溫度太低反應(yīng)速率太慢等．
（3）步驟④煮沸的目的是除去過(guò)量的雙氧水．
（4）步驟⑤操作包括冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（5）步驟⑤操作中所用洗滌劑最合適的是C（填選項(xiàng)字母）．
A．草酸鈉溶液 B．蒸餾水 C．乙醇 D．KCl溶液
（6）為測(cè)定產(chǎn)品的純度，用酸性KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，反應(yīng)如下：
2MnO₄^-+5C₂O₄+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
稱取5.00g產(chǎn)品溶于水，配制成100mL溶液，取出20mL于錐形瓶中，用0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗標(biāo)KMnO₄準(zhǔn)溶液24.00mL．
①滴定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，開(kāi)始滴入一滴KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液，紫紅色褪去很慢，滴入一定量后紫紅色很快褪去，其原因是生成的Mn²⁺起催化作用．
②計(jì)算得產(chǎn)品中K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O（M=491.0g•mol^-1）的百分含量為98.20%（假設(shè)產(chǎn)品中的雜質(zhì)不與KMnO₄反應(yīng)）
③下列操作會(huì)引起滴定結(jié)果偏高的是AD．
A．滴定管用蒸餾水洗滌后，即裝入標(biāo)準(zhǔn)溶液
B．滴定前尖嘴部分無(wú)氣泡，滴定后有氣泡
C．搖動(dòng)錐形瓶過(guò)程中有液體濺出
D．接近終點(diǎn)時(shí)，用蒸餾水沖洗瓶壁和滴定管尖端懸掛的液滴．

Answer 1

分析 以鐵屑為原料制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：鐵和硫酸反應(yīng)：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硫酸亞鐵和草酸反應(yīng)：FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O=FeC₂O₄•2H₂O+H₂SO₄，加入草酸鉀、雙氧水生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O．
（1）為完全溶解鐵需要確保稀硫酸過(guò)量，同時(shí)溶液中的Fe²⁺易水解，需要滴加過(guò)量稀硫酸抑制其水解；
（2）過(guò)氧化氫是不穩(wěn)定的氧化物，溫度過(guò)高易分解，同時(shí)還應(yīng)考慮溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響；
（3）步驟④加熱煮沸可除去濾液中過(guò)量的過(guò)氧化氫，防止產(chǎn)品氧化，提高產(chǎn)品純度；
（4）步驟⑤操作的目的是將濃縮后的溶液冷卻結(jié)晶并過(guò)濾、洗滌、干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物；
（5）根據(jù)三草酸含鐵酸鉀晶體溶于水．難溶于乙醇的性質(zhì)選擇洗滌劑；
（6）①影響反應(yīng)速率的外界因素包括溫度、催化劑及濃度等，可結(jié)合滴定過(guò)程中環(huán)境因素考慮；
②草酸根離子被高錳酸鉀氧化成二氧化碳，本身被還原成錳離子，根據(jù)方程式是分析，0.1mol•L^-1的酸性高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)消耗酸性高錳酸鉀溶液24mL，則草酸根離子物質(zhì)的量濃度為$\frac{5×0.1×0.024}{2×0.02}$=0.3mol/L，所以10.0克中三草酸合鐵酸鉀晶體的物質(zhì)的量為0.3×$\frac{0.1}{3}$=0.01摩爾，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01×$\frac{491}{5.0}$×100%=49.1%
③依據(jù)滴定誤差分析的方法判斷，誤差可以歸結(jié)為標(biāo)準(zhǔn)液的體積消耗變化分析誤差，c（待測(cè)）=$\frac{c（標(biāo)準(zhǔn)）V（標(biāo)準(zhǔn)）}{V（待測(cè)）}$，
A．酸式滴定管水洗后，要用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗；
B．滴定前滴定管尖嘴處無(wú)氣泡，滴定后有氣泡，讀取標(biāo)準(zhǔn)溶液體積減�。�
C．搖動(dòng)錐形瓶過(guò)程中有液體濺出，說(shuō)明消耗標(biāo)準(zhǔn)液減�。�
D．接近終點(diǎn)時(shí)，用蒸餾水沖洗瓶壁和滴定管尖端懸掛的液滴，導(dǎo)致消耗標(biāo)準(zhǔn)液增大．

解答 解：以鐵屑為原料制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：鐵和硫酸反應(yīng)：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硫酸亞鐵和草酸反應(yīng)：FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O=FeC₂O₄•2H₂O+H₂SO₄，加入草酸鉀、雙氧水生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O．
（1）添加過(guò)量硫酸，可使鐵粉完全溶解，同時(shí)還能抑制溶液中的Fe²⁺易水解，故答案為：使鐵屑充分利用，同時(shí)制得的FeSO4溶液呈酸性，防止Fe²⁺的水解；
（2）溫度保持40℃左右，可防止溫度過(guò)高過(guò)氧化氫分解，溫度太低影響反應(yīng)速率，故答案為：溫度太高雙氧水容易分解，溫度太低反應(yīng)速率太慢等；
（3）為防止過(guò)量過(guò)氧化氫對(duì)產(chǎn)品純度的影響，需要借助煮沸除去，故答案為：除去過(guò)量的雙氧水；
（4）通過(guò)將濃縮后的溶液冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到產(chǎn)品，故答案為：冷卻結(jié)晶；
（5）為減小三草酸含鐵酸鉀晶體的溶解，提高產(chǎn)品的量，步驟⑤可選擇乙醇作洗滌劑，故答案為：C；
（6）①滴定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著滴入KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液，反應(yīng)速率逐漸加快，可能原因是反應(yīng)中生成的Mn²⁺起催化作用，加快反應(yīng)速率，故答案為：生成的Mn²⁺起催化作用；
②5K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O～15C₂O₄^2-_～6MnO₄^-
          5×491g                 6mol
            x               24.00mL×10^-3×0.1mol•L^-l
x=0.982
K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$\frac{0.982g}{1g}$×100%=98.2%，
故答案為：98.2%．
③由c（待測(cè)）=$\frac{c（標(biāo)準(zhǔn)）V（標(biāo)準(zhǔn)）}{V（待測(cè)）}$可知，
A．酸式滴定管要用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗，滴定管用蒸餾水洗滌后，立即裝入標(biāo)準(zhǔn)液，標(biāo)準(zhǔn)液濃度減小，消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積增大，測(cè)定結(jié)果偏高，故A符合；
B．滴定前滴定管尖嘴處無(wú)氣泡，滴定后有氣泡，讀取標(biāo)準(zhǔn)溶液體積減小，測(cè)定結(jié)果偏低，故B不符合；
C．搖動(dòng)錐形瓶過(guò)程中有液體濺出，說(shuō)明消耗標(biāo)準(zhǔn)液減小，測(cè)定結(jié)果偏低，故B不符合；
D．接近終點(diǎn)時(shí)，用蒸餾水沖洗瓶壁和滴定管尖端懸掛的液滴，導(dǎo)致消耗標(biāo)準(zhǔn)液增大，測(cè)定結(jié)果偏高，故D符合；
故答案為：AD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與分析計(jì)算，主要是滴定實(shí)驗(yàn)的過(guò)程分析和誤差分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．