Question

某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如下。

(1)实验1：用KCl作电解质，一定电压下，按图1装置电解，现象如下：石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。5 min后U型管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固体，10 min后断开K．按图2进行实验。

①石墨电极上的电极反应式是_____。

②确认灰绿色固体中含有Fe²⁺的实验现象是_____。

③灼烧晶体X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色。结合平衡移动原理，解释“试管i中析出白色晶体”的原因是_____。

(2)实验2：其他条件不变时，用图3装置重复实验，10 min后铁电极附近溶液依然澄清，断开K，按图4进行实验

①结合图1和图2装置中现象的差异说明盐桥的作用是_____。

②对比图2和图4的现象，解释实验1和2中阳极附近实验现象不同的原因是：_____。

(3)实验3：用KOH作电解质

用图1装置电解浓KOH溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液逐渐变为淡紫色()，没有沉淀产生。

①铁电极上OH^-能够放电的原因是_____。

②阳极生成FeO的总电极反应式是_____。

③某同学推测生成的必要条件是浓碱环境，将图5中的实验方案补充完整，证实推测成立。试剂a：_____、现象b：_____。

(4)根据上述实验，“铁作阳极”时发生反应的多样性与_____有关。

Answer

2H++2e-＝H2↑（或2H2O+2e-＝2OH-+H2↑） 试管iii中生成蓝色沉淀，试管v中没有蓝色沉淀 试管i中存在溶解平衡：KCl(s)⇌K+(aq)+Cl-(aq)，滴加12 mol/L的盐酸，增大c(Cl-)，平衡逆向移动，析出KCl晶体 阻碍OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成 本实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+，Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+ c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电） Fe﹣6e-+8OH-＝+4H2O 水 紫色消失 OH-的浓度

【解析】

（1）①石墨电极是电解池的阴极，电极上的电极反应是氢离子得到电子发生还原反应生成氢气；

②灰绿色固体用盐酸溶解后的溶液中加入铁氰化钾溶液生成蓝色蓝色沉淀，灰绿色悬浊液过滤后的溶液中加入铁氰化钾溶液无蓝色沉淀生成；

③灼烧固体X透过蓝色钴玻璃观察到火焰为紫色，说明含钾元素，是因为试管i中存在溶解平衡：KCl（s）⇌K+ （aq）+Cl﹣（aq），滴加12mol/L的盐酸，增大c（Cl﹣），平衡逆向移动；

（2）①盐桥中的氯离子代替氢氧根离子向阳极移动，避免氢氧化亚铁的生成；

②依据实验Ⅰ中的vi、vii与ii～v中的实验现象比较可知，vii中加溶液入铁氰化钾溶液后生成大量蓝色沉淀，说明在使用盐桥的实验条件下，铁在阳极区的产物为亚铁离子，vi中溶液中加入KSCN溶液后溶液呈浅红色；

II．KOH作电解质

（3）①氢氧根离子浓度增大，反应速率加快，氢氧根离子会放电生成氧气；

②阳极上生成的氧气能够将亚铁离子氧化为FeO；

③推测生成FeO的必要条件是浓碱环境，只需要改变溶液碱性看是否仍然生成FeO；

（4）根据以上实验现象分析“铁作阳极”时影响反应产物的因素。

（1）①石墨电极为阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应式为：2H++2e﹣＝H2↑或2H2O+2e﹣＝2OH﹣+H2↑，故答案为：2H++2e﹣＝H2↑（或2H2O+2e﹣＝2OH﹣+H2↑）；

②灰绿色固体用盐酸溶解后的溶液中加入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，灰绿色悬浊液过滤后的溶液中加入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成，说明灰绿色悬浊液中含有Fe2+，故答案为：试管iii中生成蓝色沉淀，试管v中没有蓝色沉淀；

③灼烧晶体X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色，说明含有钾元素，是因为试管i中存在溶解平衡：KCl（s）⇌K+（aq）+Cl﹣（aq），滴加12 mol/L的盐酸，增大c（Cl﹣），平衡逆向移动，析出KCl晶体，白色晶体为氯化钾晶体，故答案为：试管i中存在溶解平衡：KCl（s）⇌K+（aq）+Cl﹣（aq），滴加12 mol/L的盐酸，增大c（Cl﹣），平衡逆向移动，析出KCl晶体；

（2）①盐桥中的氯离子代替氢氧根离子向阳极移动，避免灰绿色固体生成，故答案为：阻碍OH﹣向阳极迁移，避免灰绿色固体生成；

②根据实验I中vi、vii与ii～v中的现象比较可知，vii中加入铁氰化钾溶液后生成大量蓝色沉淀，说明在使用盐桥的实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+，vi中溶液在加入KSCN溶液后呈浅红色，说明Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+，故答案为：本实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+，Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+；

（3）①c（OH﹣）增大，反应速率加快，使得铁电极上OH﹣能够放电，故答案为：c（OH﹣）增大，反应速率加快（更容易放电）；

②阳极上生成的氧气能够将亚铁离子氧化生成FeO，反应的总电极反应式为：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO+4H2O，故答案为：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO+4H2O；

③要推测生成FeO的必要条件是浓碱环境，只需要改变溶液的碱性，看是否仍然生成FeO即可，实验方案为：将淡紫色（FeO42﹣）溶液加入水中稀释，使溶液的碱性减弱，则发生反应4FeO+10H2O⇌4Fe（OH）3↓+8OH﹣+3O2↑，看到紫色消失，生成红褐色沉淀和无色气体，说明生成FeO的必要条件是浓碱环境，故答案为：水；紫色消失；

（4）根据上述实验可知，“铁作阳极”时发生反应的多样性与OH﹣的浓度有关，故答案为：OH﹣的浓度。