Question

研究鐵及鐵的化合物的性質具有重要意義．
（1）如圖（I）是為研究鋼鐵腐蝕部位與水中O₂濃度的關系而設計的裝置，該裝置化學上稱為差異充氣電池．實驗中觀察到電流計指針偏轉，B（Fe）極被腐蝕，則A（Fe）極的電極反應式為

 

．
（2）常溫下，鐵可在某些強氧化劑溶液中形成鈍化膜而被保護．為探究鈍化膜的成分，取一小段鈍化后的鐵片放入稀硫酸中加熱，使鐵片完全溶解．取1mL溶解液滴入3～5滴KmnO₄溶液，觀察到溶液紫色逐漸退去，則該反應的離子方程式是

 

；另取1mL溶解滴入3～5滴KSCN溶液，發現溶液不變色．能否由此推斷鈍化膜中不含+3價的鐵？

 

（填“能”或“不能”），理由是

 

（用離子方程式表示）．
（3）FeC1₃溶液與KI溶液混合，離子方程式為

 

．若要證明該反應為逆反應，某同學設計如下方法：
[方法1]取2mL0.1mol?L^-1

 

溶液（填化學式）于試管中，然后加入0.5mL0.1mol?L^-1

 

溶液（填化學式），充分振蕩后，將混合液分成兩份．一份加入

 

溶液（填化學式），若溶液變紅色；另一份加入

 

溶液（填化學式），若溶液變藍色，證明該反應為可逆反應．
[方法2]設計原電池裝置如圖（II），測得電流計指針偏轉方向是電子的流動方向．開始觀察到電流計指針向

 

（填“A”或“B”）集團，一段時間后，電流計指針不再偏轉．此時若要證明電池反應達到平衡狀態，可采取的方法及觀察到的現象為

 

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Answer 1

分析：（1）根據鋼鐵發生吸氧腐蝕時，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，負極被腐蝕失電子變成離子進入溶液：Fe-2e^-=Fe²；
（2）根據取一小段鈍化后的鐵片放入稀硫酸中加熱，使鐵片完全溶解，生成Fe²⁺，Fe²⁺具有還原性，能被酸性KMnO₄溶液氧化；根據Fe³⁺遇KSCN溶液時溶液為血紅色，而Fe²⁺遇KSCN溶液不變色；Fe能與Fe³⁺反應生成Fe²⁺；
（3）Fe³⁺具有氧化性，I^-具有還原性，兩者發生氧化還原反應；
[方法1]實驗探究反應2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂的可逆性，5mL 0.1mol?L^-1KI溶液倒入試管，并滴加0.1mol?L^-1FeCl₃溶液5～6滴，KI過量，若反應為可逆反應，Fe³⁺遇KSCN溶液時溶液為血紅色，淀粉遇單質碘溶液變藍色以此來解答；
（5）根據2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂結合原電池原理可知：A中的石墨棒為正極，B中的石墨棒為負極，電子的流動方向是從B流向A，計指針偏轉方向是電子的流動方向；根據生成物的濃度增大，平衡逆向移動，電流計指針偏轉方向相反．

解答：解：（1）圖（I）是金屬的吸氧腐蝕，B（Fe）極被腐蝕，則B（Fe）為負極，A（Fe）是正極，電極反應式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，（2）Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價升高1價；MnO₄^-+→Mn²⁺，錳元素降低5價，化合價升降最小公倍數為5，故Fe²⁺+系數為5，MnO₄^- 系數為1，根據元素守恒可知Mn²⁺與Fe³⁺系數分別為1、5，根據電荷守恒可知缺項為H⁺，H⁺其系數為2+3×5-[2×5-1]=8，根據H元素守恒可知H₂O系數是4，所以反應離子方程式為：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，Fe³⁺遇KSCN溶液時溶液為血紅色，而Fe²⁺遇KSCN溶液不變色，發現溶液不變色，說明溶液中無Fe³⁺，但不能由此推斷鈍化膜中不含+3價的鐵，因為Fe能與Fe³⁺反應生成Fe²⁺：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；不能；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（3）Fe³⁺具有氧化性，I^-具有還原性，兩者發生氧化還原反應：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，故答案為：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂；
[方法1]實驗探究反應2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂的可逆性，5mL 0.1mol?L^-1KI溶液倒入試管，并滴加0.1mol?L^-1FeCl₃溶液5～6滴，KI過量，若反應為可逆反應，Fe³⁺遇KSCN溶液時溶液為血紅色，淀粉遇單質碘溶液變藍色，故答案為：KI；FeCl₃；KSCN；淀粉；
[方法2]2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂結合原電池原理可知：A中的石墨棒為正極，B中的石墨棒為負極，電子的流動方向是從B流向A，而計指針偏轉方向是電子的流動方向，所以電流計指針向A；根據生成物的濃度增大，平衡逆向移動，電流計指針偏轉方向相反，所以向A中加入FeCl₂晶體，電流計指針偏向B，即證明電池反應達到平衡狀態，故答案為：A；向A中加入FeCl₂晶體，電流計指針偏向B．

點評：本題主要考查了氧化還原反應、原電池原理、電極反應的運用，難度較大．