Question

【題目】某興趣小組利用電解裝置，探究“鐵作陽極”時發(fā)生反應的多樣性，實驗過程如下。

I.KCl作電解質

（1）一定電壓下，按圖-1裝置電解，現象如下：

石墨電極上迅速產生無色氣體，鐵電極上無氣體生成，鐵逐漸溶解。

5min后U型管下部出現灰綠色固體，之后鐵電極附近也出現灰綠色固體，10min后斷開K。按圖-2進行實驗。

①石墨電極上的電極反應式是________。

②確認灰綠色固體中含有Fe2+的實驗現象是_______。

③灼燒晶體X，透過藍色鈷玻璃觀察到火焰呈紫色。結合平衡移動原理，解釋“試管i中析出白色晶體”的原因是_______。

（2）其他條件不變時，用圖-3裝置重復實驗，10min后鐵電極附近溶液依然澄清，斷開K。按圖-4進行實驗

①鹽橋的作用是_______。

②與實驗I中vi、vii與ii~v中的現象比較，可以得出的結論是（答兩點）：_______。

II.KOH作電解質

（3）用圖-1裝置電解濃KOH溶液，觀察到鐵電極上立即有氣體生成，附近溶液逐漸變?yōu)榈�紫色�?/span>），沒有沉淀產生。

①鐵電極上OH-能夠放電的原因是______。

②陽極生成的總電極反應式是______。

③某同學推測生成的必要條件是濃堿環(huán)境，將圖-5中的實驗方案補充完整，證實推測成立。

______

Answer 1

【答案】 2H+ + 2e－= H2↑（或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑） 試管iii中生成藍色沉淀，試管v中沒有藍色沉淀 試管i中存在溶解平衡：KCl（s） K+ (aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的鹽酸， 增大c（Cl－），平衡逆向移動，析出KCl晶體 阻礙OH－向陽極遷移，避免灰綠色固體生成 本實驗條件下鐵在陽極區(qū)的產物主要為Fe2+ ，Fe2+在堿性條件下更容易被氧化為Fe3+ c(OH－)增大，反應速率加快（更容易放電） Fe －6e－ + 8OH－ = FeO42- +4H2O 水；生成紅褐色沉淀和無色氣體

【解析】(1)①石墨電極為陰極，溶液中的氫離子放電生成氫氣，電極反應式為2H+ + 2e－= H2↑(或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑)，故答案為：2H+ + 2e－= H2↑(或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑)；

②灰綠色固體用鹽酸溶解后的溶液中加入鐵氰化鉀溶液，生成藍色沉淀，灰綠色懸濁液過濾后的溶液中加入鐵氰化鉀溶液，無藍色沉淀生成，說明灰綠色懸濁液中含有Fe2+，故答案為：試管iii中生成藍色沉淀，試管v中沒有藍色沉淀；

③灼燒晶體X，透過藍色鈷玻璃觀察到火焰呈紫色，說明含有鉀元素，是因為試管i中存在溶解平衡：KCl(s) K+ (aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的鹽酸， 增大c(Cl－)，平衡逆向移動，析出KCl晶體，白色晶體為氯化鉀晶體，故答案為：試管i中存在溶解平衡：KCl(s) K+ (aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的鹽酸， 增大c(Cl－)，平衡逆向移動，析出KCl晶體；

(2)①鹽橋中的氯離子代替氫氧根離子向陽極移動，避免灰綠色固體生成，故答案為：阻礙OH－向陽極遷移，避免灰綠色固體生成；

②根據實驗I中vi、vii與ii~v中的現象比較可知，①vii中加入鐵氰化鉀溶液后生成大量藍色沉淀，說明在使用鹽橋的實驗條件下鐵在陽極區(qū)的產物主要為Fe2+ ，vi中溶液在加入KSCN溶液后呈淺紅色，說明Fe2+在堿性條件下更容易被氧化為Fe3+，故答案為：本實驗條件下鐵在陽極區(qū)的產物主要為Fe2+ ；Fe2+在堿性條件下更容易被氧化為Fe3+；

(3)①c(OH－)增大，反應速率加快，使得鐵電極上OH-能夠放電，故答案為：c(OH－)增大，反應速率加快(更容易放電)；

②陽極上生成的氧氣能夠將亞鐵離子氧化生成FeO42-，反應的總電極反應式為Fe －6e－ + 8OH－ = FeO42- +4H2O，故答案為：Fe －6e－ + 8OH－ = FeO42- +4H2O；

③要推測生成FeO42-的必要條件是濃堿環(huán)境，只需要改變溶液的堿性，看是否仍然生成FeO42-即可，實驗方案為：將淡紫色(FeO42-)溶液加入水中稀釋，使溶液的堿性減弱，4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3↓+8OH-+3O2↑，看到生成紅褐色沉淀和無色氣體，即可說明生成FeO42-的必要條件是濃堿環(huán)境，故答案為：水；生成紅褐色沉淀和無色氣體。