Question

12．聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m是一种新型高效的水处理混凝剂，某课题小组设计如下方案制备聚合硫酸铁，其简单工艺流程如图1：

为测定溶液Ⅰ中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00mL溶液Ⅰ于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH＜3，加热煮沸；加入过量KI充分反应后，再用0.1 000mol•L^-1 Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液V_XmL．已知：I₂+2S₂O₃^2-═I^-+S₄O₆^2-．．
（1）实验过程中加热煮沸的目的是除去残留的H₂O₂，防止影响测定．
（2）在测定过程中加入足量H₂O₂发生反应离子方程式：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）滴定过程中选择装标准溶液仪器（如图2）是否合理否（填“是”或“否”）
（4）写出滴定选用的指示剂淀粉，滴定终点观察到的现象溶液由蓝色变无色且保持半分钟不变色．
（5）根据图1消耗的Na₂S₂O₃标准溶液体积，计算出溶液Ⅰ中铁元素的总含量为5.6g•L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将会偏高（填“偏高”“偏低”或“不变”）．
（6）上述流程中溶液Ⅰ中铁元素存在不同的离子，根据题意完成下面假设并设计实验方案证明假设
假设1：溶液Ⅰ中只存在Fe²⁺        假设2：溶液Ⅰ中只存在Fe³⁺    假设3：溶液Ⅰ中存在Fe²⁺和Fe³⁺．
根据提供试剂和实验用品验证假设3成立
限选实验试剂：1.0mol•L^-1 NaOH溶液、8.0mol•L^-1 NaOH溶液、0.01mol•L^-1KMnO₄、淀粉-KI溶液、3moL•L^-1H₂SO₄、紫色石蕊试液、0.1mol•L^-1 K₃[Fe（CN）₆]溶液、试管、胶头滴管

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取少量溶液Ⅰ于试管A、B中
步骤2：
步骤3：

Answer 1

分析 （1）双氧水具有氧化性，能够氧化Na₂S₂O₃，影响碘单质的测定；
（2）双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，据此写出反应的离子方程式；
（3）Na₂S₂O₃呈碱性，应该选用碱式滴定管，图示为酸式滴定管；
（4）碘单质遇到淀粉显示蓝色，可以选用淀粉为滴定指示剂；根据反应结束前溶液为蓝色、滴定结束时为无色判断滴定终点的现象；
（5）根据图2中初读数为、末读数计算出滴定过程中消耗Na₂S₂O₃溶液的体积，再根据n=cV计算出消耗硫代硫酸钠的物质的量；根据电子守恒及反应2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O、I₂+2S₂O₃^2-═I^-+S₄O₆^2-可得关系式：2Fe²⁺～2Fe³⁺～I₂～2S₂O₃^2-，根据关系式计算出亚铁离子的物质的量，再计算出溶液中亚铁离子浓度；若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，由于双氧水能够氧化硫代硫酸钠，则测定的碘单质的物质的量偏大，计算出的亚铁离子的含量偏高；
（6）结合假设1、2可知，假设3为：溶液中可能既含有亚铁离子，也含有铁离子；验证假设3成立，需要分别证明亚铁离子和铁离子，根据二者的检验方法进行解答．

解答 解：（1）由于双氧水具有氧化性，能够氧化Na₂S₂O₃，影响碘单质的测定，双氧水不稳定，加热后能够除去，所以加热煮沸的目的是除去残留的H₂O₂，防止影响测定，
故答案为：除去残留的H₂O₂，防止影响测定；
（2）双氧水与亚铁离子反应的离子方程式为：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；             
（3）Na₂S₂O₃溶液显示碱性，应该使用碱式滴定管盛放，图示滴定管为酸式滴定管，所以不合理，
故答案为：否；
（4）由于碘单质遇到淀粉显示蓝色，故可选用淀粉为滴定指示剂；滴定结束前溶液为蓝色、滴定结束时为无色，则滴定终点的现象为：溶液由蓝色变无色且保持半分钟不变色，
故答案为：淀粉；溶液由蓝色变无色且保持半分钟不变色；　    
（5）图2中初读数为0.20mL，末读数为20.20mL，则滴定过程中消耗Na₂S₂O₃溶液的体积为：20.20mL-0.20mL=20.00mL，含有硫代硫酸钠的物质的量为：0.1 000mol•L^-1×0.02L=0.002mol，
根据电子守恒及反应2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O、I₂+2S₂O₃^2-═I^-+S₄O₆^2-可得关系式：2Fe²⁺～2Fe³⁺～I₂～2S₂O₃^2-，则20.00mL溶液Ⅰ中含有亚铁离子的物质的量为：n（Fe²⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.002mol，
所以溶液Ⅰ中铁元素的总含量为：$\frac{56g/mol×0.002mol}{0.02L}$=5.6g/L；
若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，双氧水能够氧化硫代硫酸钠，则测定的碘单质的物质的量偏大，所测定的铁元素的含量将会偏高，
故答案为：5.6；偏高；
（6）根据假设1：溶液Ⅰ中只存在Fe²⁺、假设2：溶液Ⅰ中只存在Fe³⁺可知，溶液中可能同时存在铁离子和亚铁离子，故假设3为：溶液Ⅰ中存在Fe²⁺和Fe³⁺；
验证假设3成立，需要分别检验Fe²⁺和Fe³⁺同时存在，具体操作方法和步骤为：取少量溶液Ⅰ于试管A、B中，往试管A中滴入2～3滴淀粉-KI溶液，振荡，溶液变蓝色，证明溶液Ⅰ中含有Fe³⁺；往试管B加入3moL•L^-1H₂SO₄酸化，再滴入2～3滴KMnO₄溶液，振荡，若溶液颜色从深紫色变成黄色或变浅，则含有Fe²⁺（或加入铁氰化钾溶液，有蓝色沉淀生成，则含有Fe²⁺）结合步骤2可知假设3成立，
故答案为：溶液Ⅰ中存在Fe²⁺和Fe³⁺；

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取少量溶液Ⅰ于试管A、B中	-
步骤2：	往试管A中滴入2～3滴淀粉-KI溶液，振荡，观察变化；溶液变蓝色，证明溶液Ⅰ中含有Fe3+；
步骤3：	往试管B加入3moL•L-1H2SO4酸化，再滴入2～3滴KMnO4溶液，振荡，观察变化； 溶液颜色从深紫色变成黄色或变浅，则含有Fe2+（或加入铁氰化钾溶液，有蓝色沉淀生成，则含有Fe2+）结合步骤2，则假设3成立

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点评 本题考查了探究物质组成、测量物质含量的方法，题目难度较大，涉及铁离子、亚铁离子的检验、离子方程式书写、中和滴定操作方法及计算等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．