Question

用FeCl₃酸性溶液脫除H₂S后的廢液，通過控制電壓電解得以再生．某同學使用石墨電極，在不同電壓（x）下電解pH=1的0.1mol/L的FeCl₂溶液，研究廢液再生機理．記錄如下（a、b、c代表電壓數(shù)值）：

序號	電壓/V	陽極現(xiàn)象	檢驗陽極產物
Ⅰ	x≥a	電極附近出現(xiàn)黃色，有氣泡產生	有Fe3+、有Cl2
Ⅱ	a＞x≥b	電極附近出現(xiàn)黃色，無氣泡產生	有Fe3+、無Cl2
Ⅲ	b＞x＞0	無明顯變化	無Fe3+、無Cl2

（1）用KSCN檢驗出Fe³⁺的現(xiàn)象是

 

．
（2）Ⅰ中，F(xiàn)e³⁺產生的原因可能是Cl^-在陽極放電，生成的Cl₂將Fe²⁺氧化．寫出有關反應：

 

．
（3）由Ⅱ推測，F(xiàn)e³⁺產生的原因還可能是Fe²⁺在陽極放電，原因是Fe²⁺具有

 

性．
（4）Ⅱ中雖未檢驗出Cl₂，但Cl^-在陽極是否放電仍需進一步驗證．電解pH=1的NaCl溶液做對照實驗，記錄如下：

序號	電壓/V	陽極現(xiàn)象	檢驗陽極產物
Ⅳ	a＞x≥c	無明顯變化	有Cl2
Ⅴ	c＞x≥b	無明顯變化	無Cl2

①NaCl的濃度是

 

mol/L
②IV中檢測Cl₂的實驗方法

 

．
③與II對比，得出的結論（寫出兩點）：

 

．
（5）能量之間可以相互轉化：電解食鹽水制備Cl₂是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能．設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率．
限選材料：ZnSO₄（aq），F(xiàn)eSO₄（aq）、CuSO₄（aq），銅片，鐵片，鋅片和導線．
①完成原電池的裝置示意圖（如圖），并作相應標注．
要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素．
②銅片為電極之一，CuSO₄為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極

 

．
③根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在（5）的材料中應選

 

作陽極．

Answer 1

考點：電解原理,二價Fe離子和三價Fe離子的檢驗,設計原電池

專題：

分析：（1）依據(jù)鐵離子的檢驗方法和試劑顏色變化分析；
（2）依據(jù)電解原理，氯離子在陽極失電子生成氯氣，氯氣具有氧化性氧化亞鐵離子生成鐵離子溶液變黃色；
（3）Fe³⁺產生的原因還可能是Fe²⁺在陽極放電，依據(jù)氧化還原反應分析Fe²⁺具有還原性；
（4）①電解pH=1的0.1mol/L FeCl₂溶液，電解pH=1的NaCl溶液做對照試驗，探究氯離子是否放電，需要在難度相同的條件下進行分析判斷；
②依據(jù)檢驗氯氣的實驗方法分析；
③依據(jù)圖表數(shù)據(jù)比較可知，電解pH=1的NaCl溶液做對照試驗與Ⅱ對比，通過控制電壓證明了亞鐵離子還原性大于氯離子優(yōu)先放電，生成鐵離子的兩種可能；
（5）①依據(jù)原電池原理和鹽橋的作用，在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素，設計不同的電極為銅和鋅，電解質溶液為硫酸銅和硫酸鋅溶液；
②以銅片為電極之一，CuSO₄（aq）為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，則另一電極應比銅活潑做負極；
③從犧牲陽極的陰極保護法分析判斷．

解答： 解：（1）檢驗鐵離子的試劑是硫氰酸鉀溶液，用KSCN溶液檢測處Fe³⁺的現(xiàn)象是溶液變紅色，故答案為：溶液變紅；
（2）依據(jù)電解原理，氯離子在陽極失電子生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，氯氣具有氧化性氧化亞鐵離子生成鐵離子溶液變黃色，反應的離子方程式為：Cl₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2Cl^-；
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，Cl₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2Cl^-；
（3）由Ⅱ推測，F(xiàn)e³⁺產生的原因還可能是Fe²⁺在陽極放電，元素化合價升高，依據(jù)氧化還原反應分析Fe²⁺具有還原性，故答案為：還原性；
（4）①電解pH=1的0.1mol/L FeCl₂溶液，電解pH=1的NaCl溶液做對照試驗，探究氯離子是否放電，需要在難度相同的條件下進行，所以氯化鈉溶液的濃度為0.2mol/L，故答案為：0.2；
②依據(jù)檢驗氯氣的實驗方法分析，取少量陽極附近的溶液，滴在淀粉碘化鉀試紙上，試紙變藍色證明生成氯氣，否則無氯氣生成，
故答案為：取少量陽極附近的溶液，滴在淀粉碘化鉀試紙上，試紙變藍色；
③依據(jù)圖表數(shù)據(jù)比較可知，電解pH=1的NaCl溶液做對照試驗與Ⅱ對比，通過控制電壓證明了亞鐵離子還原性大于氯離子優(yōu)先放電，說明生成鐵離子的兩種可能，一是二價鐵失電子變成三價鐵，二是氯離子失電子變成氯氣，氯氣再氧化二價鐵變成三價鐵．對于補充的那個實驗，實驗四的電壓高，氯氣放電，實驗五電壓低，氯氣不放電，而實驗二氯氣皆放電；
故答案為：通過控制電壓，證實了產生Fe³⁺的兩種原因，通過控制電壓，驗證了Fe³⁺先于Cl^-放電．
（5）①在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素，如圖示設計原電池，鋅做負極，銅做正極，原電池的甲裝置示意圖為：
故答案為：；
②以銅片為電極之一，CuSO_4（aq）為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，依據(jù)原電池反應的原理，需要選用比銅活潑的鋅做負極，下層原電池，負極發(fā)生氧化反應，Zn-2e^-=Zn²⁺，鋅溶解，故答案為：電極逐漸溶解；
③根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，應選比鐵活潑的金屬，則為鋅，故答案為：Zn；

點評：本題考查了離子檢驗方法和現(xiàn)象分析，電解原理的分析應用，電解反應，電極產物的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．