Question

某硫酸盐在工农业生产上有广泛用途。它的组成可表达为K_xFe_y(SO₄)_z·nH₂O(其中Fe为＋2价)。为测定它的组成可通过下列实验：

步骤Ⅰ：称取22.80 g样品，配制成100.00 mL溶液A。

步骤Ⅱ：量取25.00 mL溶液A，用0.300 0 mol·L^－1酸性KMnO₄溶液滴定至终点(滴定过程中MnO₄^-与Fe^2＋反应生成Mn^2＋和Fe^3＋)，消耗KMnO₄溶液10.00 mL。

步骤Ⅲ：量取25.00 mL溶液A，加入足量的四苯硼酸钠{Na[B(C₆H₅)₄]}溶液至沉淀完全，得白色固体四苯硼酸钾(摩尔质量为358 g·mol^－1)10.74 g。该反应的离子方程式为K^＋＋[B(C₆H₅)₄]^－=K[B(C₆H₅)₄]↓。

(1)判断步骤Ⅱ滴定终点的现象是________，写出步骤Ⅱ中的离子反应方程式：________。

(2)已知常温下K[B(C₆H₅)₄]的K_sp＝2.0×10^－13，欲使溶液中c(K^＋)≤1.0×10^－5 mol·L^－1，此时溶液中c{[B(C₆H₅)₄]^－}≥________mol·L^－1。

(3)通过计算确定样品的化学式__________(写出计算过程)。

Answer

溶液由无色变为(浅)红色且半分钟不变色 5Fe2＋＋MnO4-＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O 2.0×10－8 溶液中n(K+)=×4=0.12mol，n(Fe2+)=0.300 0 mol·L－1×0.01L×5×4=0.06mol，根据电荷守恒可知n(K+)+2n(Fe2+)=2n(SO42-)可得n(SO42-)===0.12mol，根据样品的质量可计算出结晶水的物质的量n(H2O)==0.18mol，因此n(K+)：n(Fe2+)：n(SO42-)：n(H2O)=0.12:0.06:0.12:0.18=2:1:2:3，所以化学式为K2Fe (SO4)2·3H2O

【解析】

（1）量取25.00 mL溶液A，用0.300 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，其中高锰酸钾溶液可做指示剂，自身为紫色，达到滴定终点时，因发生了氧化还原反应而使其颜色发生了变化；滴定过程中MnO4-与Fe2＋反应生成Mn2＋和Fe3＋，发生了氧化还原反应，根据氧化还原反应的规律书写离子方程式；

（2）根据Ksp{K[B(C6H5)4]}= c(K＋) c{[B(C6H5)4]－}进行计算；

（3）量取25.00 mL溶液A，加入足量的四苯硼酸钠{Na[B(C6H5)4]}溶液至沉淀完全，得白色固体四苯硼酸钾(摩尔质量为358 g·mol－1)10.74 g，可知100.00 mL溶液中含K+的物质的量n(K+)=×4=0.12mol；量取25.00 mL溶液A，用0.300 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液10.00 mL，可知100.00 mL溶液中n(Fe2+)=0.300 0 mol·L－1×0.01L×5×4=0.06mol，根据电荷守恒可计算出溶液中SO42-的物质的量，再根据样品的质量计算出结晶水的质量，最终可确定各离子和水的物质的量之比，进而确定化学式。

（1）量取25.00 mL溶液A，用0.300 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，其中高锰酸钾溶液可做指示剂，自身为紫色，达到滴定终点时，溶液由无色变为(浅)红色且半分钟不变色；滴定过程中MnO4-与Fe2＋反应生成Mn2＋和Fe3＋，发生了氧化还原反应，离子方程式为：5Fe2＋＋MnO4-＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O；

（2）因Ksp{K[B(C6H5)4]}= c(K＋) c{[B(C6H5)4]－}，那么c{[B(C6H5)4]－}===2.0×10-8 mol·L－1，因此当溶液中c(K＋)≤1.0×10－5 mol·L－1时，溶液中c{[B(C6H5)4]－}≥2.0×10-8mol·L－1。

（3）量取25.00 mL溶液A，加入足量的四苯硼酸钠{Na[B(C6H5)4]}溶液至沉淀完全，得白色固体四苯硼酸钾(摩尔质量为358 g·mol－1)10.74 g，可知100.00 mL溶液中含K+的物质的量n(K+)=×4=0.12mol；量取25.00 mL溶液A，用0.300 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液10.00 mL，可知100.00 mL溶液中n(Fe2+)=0.300 0 mol·L－1×0.01L×5×4=0.06mol，根据电荷守恒可知n(K+)+2n(Fe2+)=2n(SO42-)，那么n(SO42-)===0.12mol，进一步可知n(H2O)==0.18mol，因此n(K+)：n(Fe2+)：n(SO42-)：n(H2O)=0.12:0.06:0.12:0.18=2:1:2:3，所以化学式为K2Fe (SO4)2·3H2O。