Question

13．三草酸合鐵酸鉀晶體（K₃[Fe（C₂O₄）₃]•xH₂O）是一種光敏材料，在110℃可完全失去結晶水．為測定該晶體中鐵的含量和結晶水的含量，某實驗小組做了如下實驗：
（1）鐵含量的測定
步驟一：稱量5.00g三草酸合鐵酸鉀晶體，配制成250ml溶液．
步驟二：取所配溶液25.00ml于錐形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，滴加KMnO₄溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳，同時，MnO₄^-被還原成Mn²⁺．向反應后的溶液中加入一小匙鋅粉，加熱至黃色剛好消失，過濾，洗滌，將過濾及洗滌所得溶液收集到錐形瓶中，此時，
溶液仍呈酸性．
步驟三：用0.010mol/L KMnO₄溶液滴定步驟二所得溶液至終點，消耗KMnO₄溶液20.02ml，滴定中MnO₄^-，被還原成Mn²⁺．
重復步驟二、步驟三操作，滴定消耗0.010mol/L KMnO₄溶液19.98ml
請回答下列問題：
①配制三草酸合鐵酸鉀溶液的操作步驟依次是：稱量、溶解、轉移、洗滌并轉移、定容搖勻．下列操作會使配制的三草酸合鐵酸鉀溶液濃度偏低的是AC
A．沒有洗滌燒杯和玻璃棒
B．選用的容量瓶內有少量蒸餾水
C．如果加水超過了刻度線，吸出水使液面恰好到刻度線
D．整個配制過程中，容量瓶不振蕩
②加入鋅粉的目的是將Fe³⁺恰好還原成Fe²⁺．
③寫出步驟三中發生反應的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
④實驗測得該晶體中鐵的質量分數為11.20%或0.112．在步驟二中，若加入的KMnO₄的溶液的量不夠，則測得的鐵含量偏高．（選填“偏低”“偏高”“不變”）
（2）結晶水的測定
將坩堝洗凈，烘干至恒重，記錄質量；在坩堝中加入研細的三草酸合鐵酸鉀晶體，稱量并記錄質量；加熱至110℃，恒溫一段時間，置于空氣中冷卻，稱量并記錄質量；計算結晶水含量．請糾正實驗過程中的兩處錯誤；加熱后的晶體要在干燥器中冷卻；；兩次稱量質量差不超過0.1g．

Answer 1

分析 （1）①根據配制一定物質的量濃度的溶液的操作步驟判斷：在配制物質的量濃度的溶液時，要經過：計算→稱量→溶解→移液、洗滌→振蕩→定容→搖勻等步驟；
A．沒有洗滌燒杯和玻璃棒，導致配制的溶液中溶質的物質的量偏小；
B．選用的容量瓶內有少量蒸餾水，不影響沉淀結果；
C．如果加水超過了刻度線，吸出水使液面恰好到刻度線，導致容量瓶中溶質的物質的量偏小，濃度偏低；
D．整個配制過程中，容量瓶不振蕩，會導致配制的溶液體積偏小，溶液濃度偏高；
②鋅粉能與Fe³⁺反應，加入鋅粉的目的是將Fe³⁺恰好還原成Fe²⁺；
③根據物質的性質和書寫離子方程式的有關要求書寫離子方程式；
④根據離子方程式計算，n（Fe）=5n（MnO₄^-）=5×$\frac{20.02mL+19.98mL}{2}$×0.01mol•L^-1×10^-3×10=1.0×10^-2mol，m（Fe）=56 g•mol^-1×1.0×10^-2mol=0.56g．晶體中鐵的質量分數=$\frac{0.56g}{5g}$×100%=11.2%，若在步驟二中滴入酸性高錳酸鉀溶液不足，則會有部分草酸根離子未被氧化，在步驟三中則會造成消耗酸性高錳酸鉀溶液的量偏大，從而計算出的鐵的量增多，含量偏高；
（2）加熱后的晶體要在干燥器中冷卻，防止重新吸收空氣中的水分．另外在加熱時至少要稱量兩次質量差，到兩次稱量質量差不超過0.1 g．

解答 解：（1）①在配制物質的量濃度的溶液時，要經過：計算→稱量→溶解→移液、洗滌→振蕩→定容→搖勻等步驟；
A．沒有洗滌燒杯和玻璃棒，則配制的溶液中溶質的物質的量偏小，配制的溶液濃度偏低，故A正確；
B．選用的容量瓶內有少量蒸餾水，對溶質和最終配制溶液體積不影響，則不影響沉淀結果，故B錯誤；
C．如果加水超過了刻度線，吸出水使液面恰好到刻度線，導致容量瓶中溶質的物質的量偏小，配制的濃度偏低，故C正確；
D．整個配制過程中，容量瓶不振蕩，先加入的是密度較大的溶液，后加入的洗滌燒杯和玻璃棒的溶液密度較小，造成溶液密度不均勻，如果搖均勻密度大的和密度小的相溶體積會比二者原體積之和小，配制的溶液濃度偏高，故D錯誤；
故答案為：溶解；定容；AC；
②加入鋅粉的目的是將Fe³⁺恰好還原成Fe²⁺，
故答案為：將Fe³⁺恰好還原成Fe²⁺；
③在步驟三中發生的離子反應為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
④根據步驟三中的離子反應可知：n（Fe）=5n（MnO₄^-）=5×$\frac{20.02mL+19.98mL}{2}$×0.01 mol•L^-1×10^-3×10=1.0×10^-2mol，m（Fe）=56 g•mol^-1×1.0×10^-2mol=0.56g．晶體中鐵的質量分數為：$\frac{0.56g}{5g}$×100%=11.20%，
若在步驟二中滴入酸性高錳酸鉀溶液不足，則會有部分草酸根離子未被氧化，在步驟三中則會造成消耗酸性高錳酸鉀溶液的量偏大，從而計算出的鐵的量增多，含量偏高，
故答案為：11.20%或0.112；偏高；
（2）加熱后的晶體要在干燥器中冷卻，防止重新吸收空氣中的水分．另外在加熱時至少要稱量兩次質量差，到兩次稱量質量差不超過0.1 g，故答案為：加熱后的晶體要在干燥器中冷卻； 兩次稱量質量差不超過0.1 g．

點評 本題考查探究物質組成、測量物質含量的方法，題目難度中等，涉及到溶液的配制、滴定和結晶等操作、質量分數的計算等知識，注意基礎實驗知識的積累，把握實驗步驟、原理和注意事項等問題．