Question

16．實驗室用高錳酸鉀固體配制0.10mol/L的高錳酸鉀溶液500mL，并用該標準液滴定某酸性工業廢水中鐵元素的含量，請按要求完成實驗，并回答相關問題：
I．標準液的配制
（1）所需的實驗儀器有燒杯、量筒、玻璃棒，還缺少的玻璃儀器是500mL容量瓶和膠頭滴管．
（2）稱量所需高錳酸鉀固體7.9g，用少量蒸餾水溶解于燒杯中，攪拌，待冷卻至室溫，轉移至容量瓶中，并用50mL蒸餾水洗滌燒杯2～3次，洗滌液也要注入容量中，并搖勻．
（3）若定容時，俯視觀察液面，造成所配高錳酸鉀溶液濃度偏高（填“偏高”、“偏低”、“不影響”）．
II．滴定工業廢水中鐵元素的含量（全部鐵元素以Fe²⁺形式存在）．
（4）在滴定時，每次準確量取待測液25.00ml于錐形瓶中，并加入適量酸酸化后進行滴定，你認為可以加入下面哪種酸C
A．鹽酸        B．硝酸         C．硫酸
（5）已知亞鐵離子與高錳酸根按照物質的量之比5：1反應，寫出酸性條件下滴定反應的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
（6）重復三次滴定，結果記錄如下表：計算該工業廢水中亞鐵離子的濃度為0.2mol/L

實驗序號	高錳酸鉀溶液體積（ml）	廢水樣品的體積（ml）
1	10.02	25.00
2	10.62	25.00
3	9.98	25.00

Answer 1

分析 I．（1）根據配制步驟是計算、稱量、溶解、冷卻、移液、洗滌、定容、搖勻、裝瓶來分析需要的儀器；
（2）根據n=cV和m=nM來計算；  
（3）根據c=$\frac{n}{V}$并結合溶質的物質的量n和溶液的體積V的變化來進行誤差分析；
II．（4）A、鹽酸能和高錳酸鉀反應；
B、Fe²⁺能被硝酸氧化；
C、硫酸不干擾Fe²⁺和KMnO₄的反應；
（5）Fe²⁺和MnO₄^-在酸性條件下反應，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，MnO₄^-被還原為Mn²⁺，據此分析；
（6）先判斷滴定數據的有效性，然后依據實驗過程和滴定實驗消耗的高錳酸鉀溶液體積的平均數，結合氧化還原反應離子方程式計算亞鐵離子物質的量，計算25ml溶液中亞鐵離子的濃度．

解答 解：I．（1）根據配制步驟是計算、稱量、溶解、冷卻、移液、洗滌、定容、搖勻、裝瓶可知需要的儀器有燒杯、量筒、玻璃棒、500mL容量瓶和膠頭滴管，故還缺少的儀器有：500mL容量瓶和膠頭滴管，故答案為：500mL容量瓶和膠頭滴管；
（2）所需的高錳酸鉀溶液的質量m=CVM=0.10mol/L×0.5L×158g/mol=7.9g，故答案為：7.9；  
（3）若定容時俯視液面，則溶液體積偏小，故濃度偏高，故答案為：偏高；
II．（4）此實驗是要用高錳酸鉀溶液來滴定工業廢水中鐵元素的含量（全部鐵元素以Fe²⁺形式存在）．
A、由于鹽酸能和高錳酸鉀發生氧化還原反應，故向待測液中加鹽酸會導致消耗的高錳酸鉀的量偏多，從而造成誤差，故A錯誤；
B、Fe²⁺能被硝酸氧化，故若加入硝酸，則會導致消耗的高錳酸鉀的量偏少，則測得待測液中的Fe²⁺的濃度偏低，故B錯誤；
C、硫酸不干擾Fe²⁺和KMnO₄的反應，故可以用硫酸酸化，故C正確．
故選C．
（5）Fe²⁺和MnO₄^-在酸性條件下反應，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，MnO₄^-被還原為Mn²⁺，故離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
（6）由于第二次滴定數據誤差過大，應該舍去，所以滴定過程中高錳酸鉀溶液平均消耗體積=$\frac{10.02+9.98}{2}$mL=10.00ml；
氧化還原反應為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，設亞鐵離子物質的量為x，
 5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
  5    1
 x   0.1mol/L×0.01L
 x=5×0.1mol/L×0.01L=0.005mol，
c（Fe²⁺）=$\frac{0.005mol}{0.025L}$=0.2mol/L，
 故答案為：0.2．

點評 本題考查物質成分和含量的測定，涉及儀器選用、誤差分析、質量分數計算等知識，具有較強的綜合性，解題時注意根據方程式來計算的方法，本題難度中等．