Question

3．化合物K_aFe_b（C₂O₄）_c•dH₂O（其中鐵為正三價(jià)）是重要的光化學(xué)試劑．通過下述實(shí)驗(yàn)確定該晶體的組成．
步驟a：稱取該樣品4.91g溶于水中配成250mL溶液，取出25mL溶液，向其中加入過量的NaOH溶液，將沉淀過濾，洗滌，高溫灼燒至質(zhì)量不再改變，稱量其固體的質(zhì)量為0.08g．
步驟b：另取出25mL溶液，加入適量稀H₂SO₄溶液，用0.050mol•L^-1KMnO₄溶液滴定，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗KMnO₄溶液24.00mL．
已知：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═2MnSO₄+K₂SO₄+10CO₂+8H₂O
（1）草酸（H₂C₂O₄）為二元弱酸，其一級(jí)電離的方程式為H₂C₂O₄?HC₂O₄^-+H⁺．草酸的Ka₁約為Ka₂的1000倍，可能的原因是HC₂O₄^-形成分子內(nèi)氫鍵．
（2）滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象為最后1滴KMnO₄溶液滴入后，溶液變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色．
（3）通過計(jì)算確定樣品的組成（寫出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 （1）草酸為二元弱酸，則其一級(jí)電離中電離出草酸氫根離子和氫離子；草酸的Ka₁約為Ka₂的1000倍，從草酸氫根離子中存在分之內(nèi)氫鍵角度考慮；
（2）滴定結(jié)束前溶液為無色，滴定結(jié)束后高錳酸根離子過量，則溶液變?yōu)闇\紅色，據(jù)此判斷滴定終點(diǎn)；
（3）根據(jù)步驟a、b中數(shù)據(jù)可計(jì)算出250mL樣品溶液中含有的鐵離子、草酸根離子的物質(zhì)的量，然后根據(jù)電荷守恒計(jì)算出鉀離子的物質(zhì)的量；再根據(jù)總質(zhì)量計(jì)算出樣品中含有水的質(zhì)量、物質(zhì)的量，最后確定該化合物的化學(xué)式．

解答 解：（1）草酸（H₂C₂O₄）為二元弱酸，其一級(jí)電離的方程式為：H₂C₂O₄?HC₂O₄^-+H⁺；由于HC₂O₄^-形成分子內(nèi)氫鍵，增大電離其二級(jí)電離的難度，所以酸的Ka₁約為Ka₂的1000倍，
故答案為：H₂C₂O₄?HC₂O₄^-+H⁺；HC₂O₄^-形成分子內(nèi)氫鍵；
（2）用0.050mol•L^-1KMnO₄溶液滴定草酸溶液，滴定結(jié)束前溶液為無色，結(jié)束后溶液會(huì)變?yōu)闇\紅色，則滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象為：最后1滴KMnO₄溶液滴入后，溶液變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，
故答案為：最后1滴KMnO₄溶液滴入后，溶液變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色；
（3）步驟a中高溫灼燒至質(zhì)量不再改變，稱量出的0.08g固體為Fe₂O₃，
則在250 mL溶液中，n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=$\frac{0.08g}{160g/mol}$×$\frac{250mL}{25mL}$=0.01 mol，
步驟b中，根據(jù)反應(yīng)2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═2MnSO₄+K₂SO₄+10CO₂+8H₂O可知，250mL待測(cè)液中：n（C₂O₄^2-）=n（KMnO₄）×$\frac{5}{2}$×$\frac{250mL}{25mL}$=0.050mol/L×24.00×10^-3L×$\frac{5}{2}$×10=0.03 mol，
根據(jù)電荷守恒n（K⁺）+3n（Fe³⁺）=2n（C₂O₄^2-）可得：n（K⁺）=0.03 mol，
樣品中含有水的質(zhì)量為：m（H₂O）=（4.91g-39g•mol^-1×0.03mol-56g•mol^-1×0.01mol-88g•mol^-1×0.03mol）=0.54g，水的物質(zhì)的量為：n（H₂O）=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03 mol，
故化合物K_aFe_b（C₂O₄）_c•dH₂O中：n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（C₂O₄^2-）：n（H₂O）=3：1：3：3，
所以該化合物的化學(xué)式為：K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O，
答：該化合物的化學(xué)式為K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究物質(zhì)組成、測(cè)量物質(zhì)含量的方法，題目難度中等，涉及弱電解質(zhì)的電離方程式書寫、中和滴定操作方法及化學(xué)計(jì)算，注意掌握質(zhì)量守恒定律、電荷守恒在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．