Question

【題目】某興趣小組利用電解裝置，探究“鐵作陽(yáng)極”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的多樣性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。

(1)實(shí)驗(yàn)1：用KCl作電解質(zhì)，一定電壓下，按圖1裝置電解，現(xiàn)象如下：石墨電極上迅速產(chǎn)生無(wú)色氣體，鐵電極上無(wú)氣體生成，鐵逐漸溶解。5 min后U型管下部出現(xiàn)灰綠色固體，之后鐵電極附近也出現(xiàn)灰綠色固體，10 min后斷開(kāi)K．按圖2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

①石墨電極上的電極反應(yīng)式是_____。

②確認(rèn)灰綠色固體中含有Fe2+的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____。

③灼燒晶體X，透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察到火焰呈紫色。結(jié)合平衡移動(dòng)原理，解釋“試管i中析出白色晶體”的原因是_____。

(2)實(shí)驗(yàn)2：其他條件不變時(shí)，用圖3裝置重復(fù)實(shí)驗(yàn)，10 min后鐵電極附近溶液依然澄清，斷開(kāi)K，按圖4進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

①結(jié)合圖1和圖2裝置中現(xiàn)象的差異說(shuō)明鹽橋的作用是_____。

②對(duì)比圖2和圖4的現(xiàn)象，解釋實(shí)驗(yàn)1和2中陽(yáng)極附近實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的原因是：_____。

(3)實(shí)驗(yàn)3：用KOH作電解質(zhì)

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�?/span>()，沒(méi)有沉淀產(chǎn)生。

①鐵電極上OH-能夠放電的原因是_____。

②陽(yáng)極生成FeO的總電極反應(yīng)式是_____。

③某同學(xué)推測(cè)生成的必要條件是濃堿環(huán)境，將圖5中的實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整，證實(shí)推測(cè)成立。試劑a：_____、現(xiàn)象b：_____。

(4)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，“鐵作陽(yáng)極”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的多樣性與_____有關(guān)。

Answer 1

【答案】2H++2e-＝H2↑（或2H2O+2e-＝2OH-+H2↑） 試管iii中生成藍(lán)色沉淀，試管v中沒(méi)有藍(lán)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(dòng)，析出KCl晶體 阻礙OH-向陽(yáng)極遷移，避免灰綠色固體生成 本實(shí)驗(yàn)條件下鐵在陽(yáng)極區(qū)的產(chǎn)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(yīng)速率加快（更容易放電） Fe﹣6e-+8OH-＝+4H2O 水 紫色消失 OH-的濃度

【解析】

（1）①石墨電極是電解池的陰極，電極上的電極反應(yīng)是氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣；

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(lán)色藍(lán)色沉淀，灰綠色懸濁液過(guò)濾后的溶液中加入鐵氰化鉀溶液無(wú)藍(lán)色沉淀生成；

③灼燒固體X透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察到火焰為紫色，說(shuō)明含鉀元素，是因?yàn)樵嚬?/span>i中存在溶解平衡：KCl（s）K+ （aq）+Cl﹣（aq），滴加12mol/L的鹽酸，增大c（Cl﹣），平衡逆向移動(dòng)；

（2）①鹽橋中的氯離子代替氫氧根離子向陽(yáng)極移動(dòng)，避免氫氧化亞鐵的生成；

②依據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中的vi、vii與ii～v中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較可知，vii中加溶液入鐵氰化鉀溶液后生成大量藍(lán)色沉淀，說(shuō)明在使用鹽橋的實(shí)驗(yàn)條件下，鐵在陽(yáng)極區(qū)的產(chǎn)物為亞鐵離子，vi中溶液中加入KSCN溶液后溶液呈淺紅色；

II．KOH作電解質(zhì)

（3）①氫氧根離子濃度增大，反應(yīng)速率加快，氫氧根離子會(huì)放電生成氧氣；

②陽(yáng)極上生成的氧氣能夠?qū)�亞鐵離子氧化為FeO；

③推測(cè)生成FeO的必要條件是濃堿環(huán)境，只需要改變?nèi)芤簤A性看是否仍然生成FeO；

（4）根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析“鐵作陽(yáng)極”時(shí)影響反應(yīng)產(chǎn)物的因素。

（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(yīng)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(lán)色沉淀，灰綠色懸濁液過(guò)濾后的溶液中加入鐵氰化鉀溶液，無(wú)藍(lán)色沉淀生成，說(shuō)明灰綠色懸濁液中含有Fe2+，故答案為：試管iii中生成藍(lán)色沉淀，試管v中沒(méi)有藍(lán)色沉淀；

③灼燒晶體X，透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察到火焰呈紫色，說(shuō)明含有鉀元素，是因?yàn)樵嚬?/span>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(dòng)，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(dòng)，析出KCl晶體；

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

②根據(jù)實(shí)驗(yàn)I中vi、vii與ii～v中的現(xiàn)象比較可知，vii中加入鐵氰化鉀溶液后生成大量藍(lán)色沉淀，說(shuō)明在使用鹽橋的實(shí)驗(yàn)條件下鐵在陽(yáng)極區(qū)的產(chǎn)物主要為Fe2+，vi中溶液在加入KSCN溶液后呈淺紅色，說(shuō)明Fe2+在堿性條件下更容易被氧化為Fe3+，故答案為：本實(shí)驗(yàn)條件下鐵在陽(yáng)極區(qū)的產(chǎn)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(yīng)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(yīng)速率加快（更容易放電）；

②陽(yáng)極上生成的氧氣能夠?qū)�亞鐵離子氧化生成FeO，反應(yīng)的總電極反應(yīng)式為：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO+4H2O，故答案為：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO+4H2O；

③要推測(cè)生成FeO的必要條件是濃堿環(huán)境，只需要改變?nèi)芤旱膲A性，看是否仍然生成FeO即可，實(shí)驗(yàn)方案為：將淡紫色（FeO42﹣）溶液加入水中稀釋，使溶液的堿性減弱，則發(fā)生反應(yīng)4FeO+10H2O4Fe（OH）3↓+8OH﹣+3O2↑，看到紫色消失，生成紅褐色沉淀和無(wú)色氣體，說(shuō)明生成FeO的必要條件是濃堿環(huán)境，故答案為：水；紫色消失；

（4）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)可知，“鐵作陽(yáng)極”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的多樣性與OH﹣的濃度有關(guān)，故答案為：OH﹣的濃度。