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】硫的质量确定

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1.00 g铁硫簇结构（含有部分不反应的杂质），在试管B中加入50.00 mL 0.1000 mol•L^-1的酸性KMnO₄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250 mL容量瓶，洗涤试管B后定容。取25.00 mL该溶液用0.01000 mol•L^-1的草酸（H₂C₂O₄）进行测定剩余KMnO₄溶液浓度的滴定。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：① 2MnO₄^- + 2H₂O + 5SO₂2Mn²⁺ + 5SO₄^2- + 4H⁺

② 2MnO₄^- + 6H⁺ + 5H₂C₂O₄2Mn²⁺ +10CO₂↑+ 8H₂O

【实验Ⅱ】铁的质量确定

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0.600 g固体。

试回答下列问题：

（1）检查“实验Ⅰ”中装置气密性的方法是_______________。

（2）滴定终点的判断方法是______________。

（3）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________________。

（4）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颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多。为研究快的原因，甲同学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

（5）分析上述数据，滴定过程中反应速率较快的原因可能是_____________。

Answer

在C中加入少量水，关闭活塞，用酒精灯加热A，C中有气泡产生，撤去酒精灯，有水进入导气管并形成一段水柱，证明气密性良好 当滴入最后一滴草酸，溶液紫红色立即变为无色，且半分钟不变色 验证SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收 同意 B中溶液不褪色，即可证明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收 Fe3S4 生成的Mn2+对反应起到催化作用

【解析】（1）检验气密性常用法有：密封气体，利用其他的热胀冷缩；液封气体，形成液面高度差。由装置图可知，该装置适合密封气体，利用气体的热胀冷缩，检验方法是：在试管C中加入少量水，关闭活塞，用酒精灯微热硬质试管A，C中由气泡产生，撤去酒精灯，有水加入导气管形成一段水柱，说明装置气密性良好；（2）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；（3）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；（4）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(26.03mL−1.02mL)+24.99mL/2=25.00mL。根据关系式2MnO4-～5H2C2O4计算溶液中n未反应（MnO4-）=2/5×0.01mol•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×250mL/25mL=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-1×10-3mol=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）=0.6mol/160g/mol×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；（5）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。

点睛：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。化学式的计算是难点，注意关系式或守恒法的灵活应用。