Question

3．为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验（以下数据为多次平行实验测定结果的平均值）：
方案一：将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580mL（标准状况）；
方案二：将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，并配制成250mL溶液，从中取出25.00mL于锥形瓶中，用0.02000mol•L^-1的KMnO₄溶液滴定，达到终点时消耗了25.00mL KMnO₄溶液．
请回答下列问题：
（1）配平下面的化学方程式（将有关的化学计量数填入答题卡的横线上）：
□KMnO₄+□FeSO₄+□H₂SO₄=□Fe₂（SO₄）₃+□MnSO₄+□K₂SO₄+□H₂O
（2）取用FeSO₄溶液时，需要用到仪器是酸式滴定管
（3）用KMnO₄溶液进行滴定时，可选用指示剂是不需要指示剂（如果你认为不需要指示剂，该空可以不填），判断KMnO₄与FeSO₄恰好反应的依据是加入最后一滴KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色不再褪去，且半分钟颜色不变；
（4）根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为$\frac{1.45}{a}$和$\frac{1.40}{a}$．

Answer 1

分析 （1）根据氧化还原反应得失电子数目相等结合质量守恒定律配平；
（2）橡胶可以被酸性物质和强氧化性物质腐蚀；
（3）滴定时，加入最后一滴KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色不再褪去，且半分钟颜色不变，说明滴定到终点，据此分析；
（4）根据方案一：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，方案二：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，2KMnO₄+10FeSO₄+8H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O反应的化学方程式计算．

解答 解：（1）元素的化合价变化为：Mn：+7→+2，改变数为5，Fe：+2→+3，改变数为1，根据化合价升降的总数相等可知，
KMnO₄与FeSO₄的化学计量数比值为1：5，然后根据质量守恒配平化学方程式，配平后的化学方程式为
2KMnO₄+10FeSO₄+8H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，
故答案为：2，10，8，5，2，1，8；
（2）根据橡胶的性质，可以被酸性物质和强氧化性物质腐蚀，所以取用FeSO₄溶液时，需要用到仪器是酸式滴定管，
故答案为：酸式滴定管；
（3）滴定时，加入最后一滴KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色不再褪去，且半分钟颜色不变，说明滴定到终点，所以不需要用指示剂，KMnO₄与FeSO₄恰好反应的依据是加入最后一滴KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色不再褪去，且半分钟颜色不变，
故答案为：不需要指示剂；加入最后一滴KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色不再褪去，且半分钟颜色不变；
（4）方案一：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，n（H₂）=n（Fe）=$\frac{580}{22400}$mol，
m（Fe）=$\frac{580}{22400}$mol×56g/mol=1.45g，质量分数w（Fe）$\frac{1.45}{a}$；
方案二：
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，2KMnO₄+10FeSO₄+8H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O
n（Fe）=n（FeSO₄）=5n（KMnO₄）=5×0.02000mol•L^-1×0.025L×$\frac{250}{25}$=0.025mol；
m（Fe）=56×0.025g=1.40g，质量分数w（Fe）=$\frac{1.40}{a}$；
故答案为：$\frac{1.45}{a}$； $\frac{1.40}{a}$．

点评 本题考查物质的组成和含量的测量，题目较为综合，难度较大，注意把握实验方案的设计原理．本题易错点为（4）．