Question

【題目】某校學習小組探究不同條件對電解FeCl2溶液產物的影響。所用實驗裝置如下圖所示，其中電極為石墨電極。

（查閱文獻）i. Fe2+、Fe3+在溶液中通過與Cl-結合分別形成FeCl42-、FeCl63-，可降低正電荷。

ii. 電解過程中，外界條件(如電解液pH、離子濃度、電壓、電極材料等)會影響離子的放電能力。

（實驗記錄）

序號	實驗條件	實驗現象
		陰極	陽極
I	pH=0 1 mol·L-1 FeCl2溶液 電壓1.5 V	電極上產生無色氣體。	①濕潤淀粉碘化鉀試紙始終未見變藍。 ②取陽極附近溶液于試管中，滴加KSCN溶液，溶液變紅。
II	pH=4.9 1 mol·L-1 FeCl2溶液 電壓1.5 V	①未觀察到氣泡產生，電極表面有銀灰色金屬光澤的固體析出。 ②電解結束后，將電極浸泡在鹽酸中，觀察到有大量氣泡產生。	①濕潤淀粉碘化鉀試紙始終未見變藍。 ②陽極附近出現紅褐色渾濁。 取陽極附近濁液于試管中，先用鹽酸酸化，再滴加KSCN溶液，溶液變紅。

(1)結合陰極實驗現象的分析

①實驗I中陰極的電極反應式為________。

②用化學用語表示實驗II中產生陰極現象的原因：________。

③對比實驗I、II的陰極現象，可以獲得的結論是________。

(2)結合陽極實驗現象的分析

①甲同學認為實驗I中Cl-沒有放電，得出此結論依據的實驗現象是________。陽極附近溶液滴加KSCN溶液變紅，依據此現象分析，陽極反應可能是Fe2+ - e- === Fe3+、________。

②對比實驗I、II的陽極現象，解釋產生差異的原因：________。

（實驗討論）

(3)有同學提出，改變條件有可能在陽極看到“濕潤淀粉碘化鉀試紙變藍”的現象，可能改變的條件是________，對應的實驗方案是________。

Answer 1

【答案】2H+ + 2e- == H2↑ Fe2+ + 2e- == Fe和Fe + 2H+ == Fe2+ + H2↑ 其他條件相同時，pH=0，pH較小，c(H+)較大]時，陰極H+優(yōu)先于1 mol·L-1 Fe2+放電產生H2，而pH=4.9，pH較大，c(H+)較小時，陰極1 mol·L-1Fe2+優(yōu)(由pH=0變?yōu)?/span>pH=4.9，c(H+)減小，H+放電能力減弱，Fe2+放電能力增強) 濕潤淀粉碘化鉀試紙始終未見變藍 FeCl42- - e- === Fe3+ + 4Cl-(或寫為：FeCl42- + 2Cl- - e- === FeCl63-) 隨著溶液pH的越低，c(H+)升高，抑制水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，難以生成Fe(OH)3或隨著溶液pH的增大，c(H+)減小，有利于水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，生成Fe(OH)3 可改變條件1：改變c(Cl-)；可改變條件2：改變電壓 保持其他條件不變，用2 mol/L FeCl2溶液和n(n>0)mol/L NaCl溶液等體積混合的溶液作為電解液[c(Fe2+)= 1 mol/L，c(Cl-)>2 mol/L]，觀察陽極“濕潤淀粉碘化鉀試紙”上的現；保持其他條件不變，增大電壓(或改變電壓)，觀察陽極“濕潤淀粉碘化鉀試紙”上的現象

【解析】

（1）①根據電解的原理，陽離子應在陰極上放電，陽離子是Fe2＋、H＋，根據I中陰極現象：電極上產生無色氣體，即陰極電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑；

②陰極未觀察到氣泡產生，電極表面有銀灰色金屬光澤的固體析出，即產生鐵單質，電極反應式為Fe2＋＋2e－=Fe，電解結束后將電極浸泡在鹽酸中，觀察到有大量氣泡產生，發(fā)生Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；

③對比實驗I和II，不同的是H＋濃度，得出結論是：其他條件相同時，pH=0，pH較小，c(H+)較大]時，陰極H+優(yōu)先于1 mol·L-1 Fe2+放電產生H2，而pH=4.9，pH較大，c(H+)較小時，陰極1 mol·L-1Fe2+優(yōu)(由pH=0變?yōu)?/span>pH=4.9，c(H+)減小，H+放電能力減弱，Fe2+放電能力增強) ；

（2）①Cl－放電，產生Cl2，氯氣能將I－氧化成I2，淀粉碘化鉀試紙將會變藍，但實驗I中，試紙并未變藍，即Cl－沒有放電；根據查閱文獻i，陽極反應可能是Fe2＋－e－=Fe3＋，FeCl42－－e－=Fe3＋＋4Cl－，FeCl42－＋Cl－－e－=FeCl63－；

②兩者現象差異是實驗II中，陽極附近出現紅褐色渾濁，即實驗II陽極附近產生Fe(OH)3，產生差異的原因是隨著溶液pH的越低，c(H+)升高，抑制水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，難以生成Fe(OH)3或隨著溶液pH的增大，c(H+)減小，有利于水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，生成Fe(OH)3；

（3）根據查閱文獻ii，影響離子放電能力的外界因素有電解液的pH、離子濃度、電壓、電極材料等，根據題意，改變條件有可能在陽極看到“濕潤淀粉碘化鉀試紙變藍”，說明Cl－放電，可以是改變c(Cl－)，設計方案是保持其他條件不變，用2 mol·L－1 FeCl2溶液和n（n>0）mol·L－1 NaCl溶液等體積混合的溶液作為電解液 NaCl溶液等體積混合的溶液作為電解液[cFe2+)= 1 mol/L，c(Cl-)>2 mol/L]，觀察陽極"濕潤淀粉碘化鉀試紙"上的現象；或者改變電壓，設計方案是保持其他條件不變，增大電壓（或改變電壓），觀察陽極"濕潤淀粉碘化鉀試紙"上的現象。