Question

目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境，这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构，如Fe₂S₂、Fe₄S₄、Fe₈S₇等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应．某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验．

[实验I]确定硫的质量：

按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管A中放入1.0g铁硫簇结构（含有部分不反应的杂质），在试管B中加入50mL 0.100mol•L^﹣1的酸性KMn0₄溶液，在试管C中加入品红溶液．通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色．待固体完全转化后，将B中溶液转移至250mL容量瓶，洗涤试管B后定容．取25.00mL该溶液用0.01mol•L^﹣1的草酸（H₂C₂0₄）溶液滴定剩余的KMn0₄．记录数据如下：

滴定次数	待测溶液体积/mL	草酸溶液体积/mL
滴定前刻度	滴定后刻度
1	25.00	1.50	23.70
2	25.00	1.02	26.03
3	25.00	0.00	24.99

相关反应：①2MnO₄^﹣+2H₂0+5S0₂═2Mn²⁺+5S0₄^2﹣+4H⁺

②2MnO₄^﹣+6H⁺+5H₂C₂O₄═2Mn²⁺+l0CO₂↑+8H₂0

[实验Ⅱ]确定铁的质量：

将实验I硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得0.6g固体．

试回答下列问题：

（1）实验I中判断滴定终点的方法是                 ．

（2）实验I中，试管C中品红溶液的作用是                 ．

有同学提出，撤去C装置对实验没有影响，你的看法是              （选填“同意”或“不同意”），理由是                ．

（3）根据实验I和实验Ⅱ中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为               ．

[问题探究]滴定过程中，细心的小明发现该KMnO₄溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多．为研究速率加快的原因，小明继续进行了下列实验，实验数据如下表：

编号	温度/℃	酸化的H2C2O4溶液/mL	KMnO4溶液/mL	溶液褪色时间/s
1	25	5.0	2.0	40
2	25	5.0（另加少量可溶于水的MnSO4粉末）	2.0	4
3	60	5.0	2.0	25

（4）分析上述数据知，滴定过程中反应速率较平常滴定时要快的一种可能原因是            ．

Answer

（1）加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色；（2）检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；同意；若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全；（3）Fe3S4；（4）生成锰离子对反应起催化作用（或反应放热使温度升高，加快反应速率）．

【解析】（1）高锰酸钾溶液为紫色，滴定完毕，高锰酸根离子反应完全，加入最后一滴草酸，溶液紫色褪去，且半分钟不变色，说明达滴定终点

（2）由装置图可知，试管C中品红溶液的作用是检验二氧化硫是否被酸性高锰酸钾完全吸收；

由于酸性高锰酸钾为紫色溶液，若B中高锰酸钾溶液的紫色不褪去，说明二氧化硫被吸收完全，撤去C装置，对实验没有影响，

（3）第一次滴定，草酸溶液的体积与第2、3次相差太大，应舍去，取第2、3次的平均值计算草酸溶液的体积为=25.00mL．根据关系式2MnO4﹣～5H2C2O4计算25溶液中n未反应（MnO4﹣）=×0.01mol•L﹣1×25×10﹣3L=1×10﹣4mol，50mL溶液中未反应的高锰酸钾的物质的量为1×10﹣4mol×=1×10﹣3mol，装置B中n反应（MnO4﹣）=n总（MnO4﹣）﹣n未反应（MnO4﹣）=50×10﹣3L×0.1mol•L﹣1﹣1×10﹣3mol=4×10﹣3mol，根据关系式2MnO4﹣～5SO2计算生成二氧化硫n（SO2）=2.5×4×10﹣3mol=0.01mol，0.6g固体是Fe2O3，n（Fe）=×2=0.0075mol，所以n（Fe）：n（SO2）=0.0075mol：0.01mol=3：4，该铁硫簇结构的化学式为Fe3S4，故答案为：Fe3S4；

（4）采取控制变量法分析，对比第1、2组数据，不同是第2组加入硫酸锰，锰离子浓度增大，溶液褪色时间短，反应速率加快，生成锰离子对反应起催化作用；对比第1、3组数据．不同是第3组实验的温度高，溶液褪色时间短，反应速率加快，故应是反应放热使温度升高，加快反应速率

【点评】本题考查实验原理、实验装置理解与评价、实验方案设计、氧化还原滴定应用、化学计算、控制变量法探究实验等，难度较大，理解实验原理是关键，是对所学知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，学习中全面把握基础知识．