Question

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

(1)實驗1：用KCl作電解質，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。5 min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，10 min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)實驗2：其他條件不變時，用圖3裝置重復實驗，10 min后鐵電極附近溶液依然澄清，斷開K，按圖4進行實驗

①結合圖1和圖2裝置中現象的差異說明鹽橋的作用是_____。

②對比圖2和圖4的現象，解釋實驗1和2中陽極附近實驗現象不同的原因是：_____。

(3)實驗3：用KOH作電解質

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，附近溶液逐漸變為淡紫色()，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FeO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境，將圖5中的實驗方案補充完整，證實推測成立。試劑a：_____、現象b：_____。

(4)根據上述實驗，“鐵作陽極”時發生反應的多樣性與_____有關。

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-＝+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，電極上的電極反應是氫離子得到電子發生還原反應生成氫氣；

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色藍色沉淀，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；

③灼燒固體X透過藍色鈷玻璃觀察到火焰為紫色，說明含鉀元素，是因為試管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；

（2）①鹽橋中的氯離子代替氫氧根離子向陽極移動，避免氫氧化亞鐵的生成；

②依據實驗Ⅰ中的vi、vii與ii～v中的實驗現象比較可知，vii中加溶液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，鐵在陽極區的產物為亞鐵離子，vi中溶液中加入KSCN溶液后溶液呈淺紅色；

II．KOH作電解質

（3）①氫氧根離子濃度增大，反應速率加快，氫氧根離子會放電生成氧氣；

②陽極上生成的氧氣能夠將亞鐵離子氧化為FeO；

③推測生成FeO的必要條件是濃堿環境，只需要改變溶液堿性看是否仍然生成FeO；

（4）根據以上實驗現象分析“鐵作陽極”時影響反應產物的因素。

（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，vii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FeO，反應的總電極反應式為：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO+4H2O，故答案為：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO+4H2O；

③要推測生成FeO的必要條件是濃堿環境，只需要改變溶液的堿性，看是否仍然生成FeO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，則發生反應4FeO+10H2O4Fe（OH）3↓+8OH﹣+3O2↑，看到紫色消失，生成紅褐色沉淀和無色氣體，說明生成FeO的必要條件是濃堿環境，故答案為：水；紫色消失；

（4）根據上述實驗可知，“鐵作陽極”時發生反應的多樣性與OH﹣的濃度有關，故答案為：OH﹣的濃度。