Question

【题目】某校学习小组探究不同条件对电解FeCl2溶液产物的影响。所用实验装置如下图所示，其中电极为石墨电极。

（查阅文献）i. Fe2+、Fe3+在溶液中通过与Cl-结合分别形成FeCl42-、FeCl63-，可降低正电荷。

ii. 电解过程中，外界条件(如电解液pH、离子浓度、电压、电极材料等)会影响离子的放电能力。

（实验记录）

序号	实验条件	实验现象
		阴极	阳极
I	pH=0 1 mol·L-1 FeCl2溶液 电压1.5 V	电极上产生无色气体。	①湿润淀粉碘化钾试纸始终未见变蓝。 ②取阳极附近溶液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液变红。
II	pH=4.9 1 mol·L-1 FeCl2溶液 电压1.5 V	①未观察到气泡产生，电极表面有银灰色金属光泽的固体析出。 ②电解结束后，将电极浸泡在盐酸中，观察到有大量气泡产生。	①湿润淀粉碘化钾试纸始终未见变蓝。 ②阳极附近出现红褐色浑浊。 取阳极附近浊液于试管中，先用盐酸酸化，再滴加KSCN溶液，溶液变红。

(1)结合阴极实验现象的分析

①实验I中阴极的电极反应式为________。

②用化学用语表示实验II中产生阴极现象的原因：________。

③对比实验I、II的阴极现象，可以获得的结论是________。

(2)结合阳极实验现象的分析

①甲同学认为实验I中Cl-没有放电，得出此结论依据的实验现象是________。阳极附近溶液滴加KSCN溶液变红，依据此现象分析，阳极反应可能是Fe2+ - e- === Fe3+、________。

②对比实验I、II的阳极现象，解释产生差异的原因：________。

（实验讨论）

(3)有同学提出，改变条件有可能在阳极看到“湿润淀粉碘化钾试纸变蓝”的现象，可能改变的条件是________，对应的实验方案是________。

Answer 1

【答案】2H+ + 2e- == H2↑ Fe2+ + 2e- == Fe和Fe + 2H+ == Fe2+ + H2↑ 其他条件相同时，pH=0，pH较小，c(H+)较大]时，阴极H+优先于1 mol·L-1 Fe2+放电产生H2，而pH=4.9，pH较大，c(H+)较小时，阴极1 mol·L-1Fe2+优(由pH=0变为pH=4.9，c(H+)减小，H+放电能力减弱，Fe2+放电能力增强) 湿润淀粉碘化钾试纸始终未见变蓝 FeCl42- - e- === Fe3+ + 4Cl-(或写为：FeCl42- + 2Cl- - e- === FeCl63-) 随着溶液pH的越低，c(H+)升高，抑制水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，难以生成Fe(OH)3或随着溶液pH的增大，c(H+)减小，有利于水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，生成Fe(OH)3 可改变条件1：改变c(Cl-)；可改变条件2：改变电压 保持其他条件不变，用2 mol/L FeCl2溶液和n(n>0)mol/L NaCl溶液等体积混合的溶液作为电解液[c(Fe2+)= 1 mol/L，c(Cl-)>2 mol/L]，观察阳极“湿润淀粉碘化钾试纸”上的现；保持其他条件不变，增大电压(或改变电压)，观察阳极“湿润淀粉碘化钾试纸”上的现象

【解析】

（1）①根据电解的原理，阳离子应在阴极上放电，阳离子是Fe2＋、H＋，根据I中阴极现象：电极上产生无色气体，即阴极电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；

②阴极未观察到气泡产生，电极表面有银灰色金属光泽的固体析出，即产生铁单质，电极反应式为Fe2＋＋2e－=Fe，电解结束后将电极浸泡在盐酸中，观察到有大量气泡产生，发生Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；

③对比实验I和II，不同的是H＋浓度，得出结论是：其他条件相同时，pH=0，pH较小，c(H+)较大]时，阴极H+优先于1 mol·L-1 Fe2+放电产生H2，而pH=4.9，pH较大，c(H+)较小时，阴极1 mol·L-1Fe2+优(由pH=0变为pH=4.9，c(H+)减小，H+放电能力减弱，Fe2+放电能力增强) ；

（2）①Cl－放电，产生Cl2，氯气能将I－氧化成I2，淀粉碘化钾试纸将会变蓝，但实验I中，试纸并未变蓝，即Cl－没有放电；根据查阅文献i，阳极反应可能是Fe2＋－e－=Fe3＋，FeCl42－－e－=Fe3＋＋4Cl－，FeCl42－＋Cl－－e－=FeCl63－；

②两者现象差异是实验II中，阳极附近出现红褐色浑浊，即实验II阳极附近产生Fe(OH)3，产生差异的原因是随着溶液pH的越低，c(H+)升高，抑制水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，难以生成Fe(OH)3或随着溶液pH的增大，c(H+)减小，有利于水解平衡Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，生成Fe(OH)3；

（3）根据查阅文献ii，影响离子放电能力的外界因素有电解液的pH、离子浓度、电压、电极材料等，根据题意，改变条件有可能在阳极看到“湿润淀粉碘化钾试纸变蓝”，说明Cl－放电，可以是改变c(Cl－)，设计方案是保持其他条件不变，用2 mol·L－1 FeCl2溶液和n（n>0）mol·L－1 NaCl溶液等体积混合的溶液作为电解液 NaCl溶液等体积混合的溶液作为电解液[cFe2+)= 1 mol/L，c(Cl-)>2 mol/L]，观察阳极"湿润淀粉碘化钾试纸"上的现象；或者改变电压，设计方案是保持其他条件不变，增大电压（或改变电压），观察阳极"湿润淀粉碘化钾试纸"上的现象。