Question

用FeCl₃酸性溶液脱除H₂S后的废液，通过控制电压电解得以再生．某同学使用石墨电极，在不同电压（x）下电解pH=1的0.1mol/L的FeCl₂溶液，研究废液再生机理．记录如下（a、b、c代表电压数值）：

序号	电压/V	阳极现象	检验阳极产物
Ⅰ	x≥a	电极附近出现黄色，有气泡产生	有Fe3+、有Cl2
Ⅱ	a＞x≥b	电极附近出现黄色，无气泡产生	有Fe3+、无Cl2
Ⅲ	b＞x＞0	无明显变化	无Fe3+、无Cl2

（1）用KSCN检验出Fe³⁺的现象是

 

．
（2）Ⅰ中，Fe³⁺产生的原因可能是Cl^-在阳极放电，生成的Cl₂将Fe²⁺氧化．写出有关反应：

 

．
（3）由Ⅱ推测，Fe³⁺产生的原因还可能是Fe²⁺在阳极放电，原因是Fe²⁺具有

 

性．
（4）Ⅱ中虽未检验出Cl₂，但Cl^-在阳极是否放电仍需进一步验证．电解pH=1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：

序号	电压/V	阳极现象	检验阳极产物
Ⅳ	a＞x≥c	无明显变化	有Cl2
Ⅴ	c＞x≥b	无明显变化	无Cl2

①NaCl的浓度是

 

mol/L
②IV中检测Cl₂的实验方法

 

．
③与II对比，得出的结论（写出两点）：

 

．
（5）能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl₂是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能．设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率．
限选材料：ZnSO₄（aq），FeSO₄（aq）、CuSO₄（aq），铜片，铁片，锌片和导线．
①完成原电池的装置示意图（如图），并作相应标注．
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素．
②铜片为电极之一，CuSO₄为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极

 

．
③根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在（5）的材料中应选

 

作阳极．

Answer 1

考点：电解原理,二价Fe离子和三价Fe离子的检验,设计原电池

专题：

分析：（1）依据铁离子的检验方法和试剂颜色变化分析；
（2）依据电解原理，氯离子在阳极失电子生成氯气，氯气具有氧化性氧化亚铁离子生成铁离子溶液变黄色；
（3）Fe³⁺产生的原因还可能是Fe²⁺在阳极放电，依据氧化还原反应分析Fe²⁺具有还原性；
（4）①电解pH=1的0.1mol/L FeCl₂溶液，电解pH=1的NaCl溶液做对照试验，探究氯离子是否放电，需要在难度相同的条件下进行分析判断；
②依据检验氯气的实验方法分析；
③依据图表数据比较可知，电解pH=1的NaCl溶液做对照试验与Ⅱ对比，通过控制电压证明了亚铁离子还原性大于氯离子优先放电，生成铁离子的两种可能；
（5）①依据原电池原理和盐桥的作用，在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，设计不同的电极为铜和锌，电解质溶液为硫酸铜和硫酸锌溶液；
②以铜片为电极之一，CuSO₄（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，则另一电极应比铜活泼做负极；
③从牺牲阳极的阴极保护法分析判断．

解答： 解：（1）检验铁离子的试剂是硫氰酸钾溶液，用KSCN溶液检测处Fe³⁺的现象是溶液变红色，故答案为：溶液变红；
（2）依据电解原理，氯离子在阳极失电子生成氯气，电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，氯气具有氧化性氧化亚铁离子生成铁离子溶液变黄色，反应的离子方程式为：Cl₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2Cl^-；
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，Cl₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2Cl^-；
（3）由Ⅱ推测，Fe³⁺产生的原因还可能是Fe²⁺在阳极放电，元素化合价升高，依据氧化还原反应分析Fe²⁺具有还原性，故答案为：还原性；
（4）①电解pH=1的0.1mol/L FeCl₂溶液，电解pH=1的NaCl溶液做对照试验，探究氯离子是否放电，需要在难度相同的条件下进行，所以氯化钠溶液的浓度为0.2mol/L，故答案为：0.2；
②依据检验氯气的实验方法分析，取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉碘化钾试纸上，试纸变蓝色证明生成氯气，否则无氯气生成，
故答案为：取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉碘化钾试纸上，试纸变蓝色；
③依据图表数据比较可知，电解pH=1的NaCl溶液做对照试验与Ⅱ对比，通过控制电压证明了亚铁离子还原性大于氯离子优先放电，说明生成铁离子的两种可能，一是二价铁失电子变成三价铁，二是氯离子失电子变成氯气，氯气再氧化二价铁变成三价铁．对于补充的那个实验，实验四的电压高，氯气放电，实验五电压低，氯气不放电，而实验二氯气皆放电；
故答案为：通过控制电压，证实了产生Fe³⁺的两种原因，通过控制电压，验证了Fe³⁺先于Cl^-放电．
（5）①在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，如图示设计原电池，锌做负极，铜做正极，原电池的甲装置示意图为：
故答案为：；
②以铜片为电极之一，CuSO_4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，依据原电池反应的原理，需要选用比铜活泼的锌做负极，下层原电池，负极发生氧化反应，Zn-2e^-=Zn²⁺，锌溶解，故答案为：电极逐渐溶解；
③根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，应选比铁活泼的金属，则为锌，故答案为：Zn；

点评：本题考查了离子检验方法和现象分析，电解原理的分析应用，电解反应，电极产物的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．