Question

某化學興趣小組在學習“硫酸鹽的某些性質和用途”中，進行了如下實驗探究：
【實驗一】檢驗(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O溶液中含有的陽離子。
（1）在下表中寫出操作步驟和實驗現象：
限選試劑：新制氯水、1mol/LH₂SO₄溶液、0.1mol/L KSCN溶液、NaOH濃溶液、濃鹽酸、1mol/LNa₂CO₃溶液

操 作 步 驟	實驗現象	結 論
步驟I：取少量待檢液于試管中，                                             。		溶液中含有Fe2+
步驟II：取少量待檢液于試管中，                                              。		溶液中含有NH4＋

 
【實驗二】用KHSO₄制取H₂O₂并測其質量分數：
查閱資料得知：工業上用電解KHSO₄飽和溶液可制取一定濃度的H₂O₂。興趣小組進行下列實驗測定H₂O₂的質量分數。已知：2MnO₄^－+5H₂O₂+6H^＋= 2Mn^2＋+8H₂O+5O₂↑
操作①：取5.00 mL H₂O₂溶液(密度為1.00 g/mL)置于錐形瓶中加水稀釋，再加稀硫酸酸化；
操作②：用0.1000 mol/L KMnO₄溶液滴定；
操作③：用同樣方法滴定，四次消耗KMnO₄溶液的體積分別為20.00 mL、19.98 mL、20.02 mL、22.00 mL。
回答下列問題：
（2）操作②中，開始滴入KMnO₄溶液時反應速率很慢，隨著KMnO₄溶液滴入反應速率顯著加快，最有可能的原因______________________。
（3）滴定時盛裝KMnO₄溶液應選取的儀器是       （填序號）。
A．50mL酸式滴定管　                B．50mL堿式滴定管 　
C．25mL酸式滴定管　                D．25mL堿式滴定管
（4）在上述實驗中，下列操作會造成測定結果偏高的有         （填序號）。
A．錐形瓶用待測液潤洗
B．量取 H₂O₂溶液的滴定管用蒸餾水洗凈，未用H₂O₂溶液潤洗  
C．滴定速度過快，又未搖勻，停止滴定后發現紫紅色褪去
D．滴定前讀數時平視，滴定終點讀數時仰視
（5）分析數據，計算H₂O₂溶液中溶質的質量百分含量為___________（保留三位有效數字）。

Answer 1

（共17分）
（1）（每空2分，共8分）

操作步驟	實驗現象
先滴加幾滴0.1mol/L KSCN溶液，再滴加適量的新制氯水，振蕩	開始時無明顯現象；然后溶液呈(血)紅色
滴加適量的NaOH濃溶液，加熱，將蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近試管口。	(溶液中產生氣泡，管口) 產生白煙

 
（2）反應中生成的 Mn^2＋具有催化作用  (2分) 
（3）C  (2分)；  （4） AD  (2分)；   （5）3.40% （3分）

解析試題分析：（1）從題給試劑和鐵離子、亞鐵離子的性質設計步驟I的方案，亞鐵離子具有還原性，遇KSCN溶液不變紅，新制氯水可以將亞鐵離子氧化，生成的鐵離子遇KSCN溶液變紅，因此取少量待測溶液于試管中，先滴加幾滴0.1mol/L KSCN溶液，再滴加適量的新制氯水，振蕩，開始時無明顯現象，然后溶液呈紅色，說明溶液中含有Fe²⁺；根據銨根離子的性質設計步驟II的方案，銨根離子與強堿溶液混合加熱時生成氨氣，氨氣與氯化氫氣體混合時產生大量的白煙，氨氣可用蘸有濃鹽酸的玻璃棒檢驗，因此取少量待測溶液于試管中，滴加適量NaOH濃溶液，加熱，將蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近試管口，若溶液中產生氣泡、管口產生白煙，說明溶液中含有NH₄⁺；（2）根據外界條件對反應速率的影響規律，剛滴定時濃度最大，反應速率慢，說明不能用濃度、壓強解釋，由于該反應的反應熱未知，也不宜用溫度解釋，排除之后只有用催化劑解釋反應速率先慢后快的原因，即反應中生成的 Mn^2＋具有催化作用；（3）酸性高錳酸鉀溶液具有腐蝕橡膠中碳碳雙鍵的性質，因此只能用酸式滴定管盛裝高錳酸鉀溶液，由于每次滴定都消耗20mL酸性高錳酸鉀溶液，25mL規格的酸式滴定管最接近20mL，可以減少誤差，因此C選項正確；（4）錐形瓶用待測液潤洗，就會使消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積增大，導致測定結果偏大，故A選項錯正確；量取雙氧水的滴定管未潤洗，其中的蒸餾水能稀釋加入的雙氧水，就會使消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積減小，導致測定結果偏低，故B選項錯誤；滴定速率過快，未搖勻，停止滴定后紫紅色褪去，說明消耗高錳酸鉀溶液偏少，導致測定結果偏低，故C選項錯誤；滴定管上小刻度在上，大刻度在下，二者之差就是消耗標準酸性高錳酸鉀溶液的體積，若前讀數正確，仰視導致后讀數偏大，就會使消耗酸性高錳酸鉀溶液體積增大，導致測定結果偏高，故D選項正確；（5）先處理酸性高錳酸鉀溶液體積的數據，將異常數據（22.00mL）舍去；再用正常數據求酸性高錳酸鉀溶液的平均體積，即(20.00+19.98+20.02)mL/3=20.00mL；然后計算每次滴定消耗高錳酸鉀或高錳酸根離子的物質的量，即n(MnO₄^－)=c?V=0.1000mol/L×20.00×10^—3L；由于反應2MnO₄^－+5H₂O₂+6H^＋= 2Mn^2＋+8H₂O+5O₂↑中過氧化氫與高錳酸根離子的系數之比等于物質的量之比，則5.00mL待測液中n(H₂O₂)=5n(MnO₄^－)/2=0.1000mol/L×20.00×10^—3L×5/2；接著根據m=n?M求過氧化氫的質量、m=ρ?V 求雙氧水溶液的質量，即前者為0.1000mol/L×20.00×10^{—3L×5/2×34g/mol}，后者為1.00g/mL×5.00mL；最后根據溶質的質量除以溶液的質量求溶質的質量分數，即（0.1000mol/L×20.00×10^{—3L×5/2×34g/mol}）/（1.00g/mL×5.00mL）×100%=3.40%（保留三位有效數字）。
考點：考查化學實驗方案的設計與評價，涉及設計方案檢驗溶液中的亞鐵離子和銨根離子、解釋滴定反應速率先慢后快的原因、滴定管使用規則的應用、誤差分析、計算雙氧水溶液中溶質質量分數、滴定實驗數據及有效數字處理、物質的量濃度、溶液體積、物質的量在離子方程式計算中的應用等。