Question

研究鐵及鐵的化合物的性質(zhì)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(guān)系而設(shè)計(jì)的裝置，該裝置化學(xué)上稱(chēng)為差異充氣電池．實(shí)驗(yàn)中觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，B（Fe）極被腐蝕，則A（Fe）極的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）常溫下，鐵可在某些強(qiáng)氧化劑溶液中形成鈍化膜而被保護(hù)．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(yīng)的離子方程式是

 

；另取1mL溶解滴入3～5滴KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液不變色．能否由此推斷鈍化膜中不含+3價(jià)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(yīng)為逆反應(yīng)，某同學(xué)設(shè)計(jì)如下方法：
[方法1]取2mL0.1mol?L^-1

 

溶液（填化學(xué)式）于試管中，然后加入0.5mL0.1mol?L^-1

 

溶液（填化學(xué)式），充分振蕩后，將混合液分成兩份．一份加入

 

溶液（填化學(xué)式），若溶液變紅色；另一份加入

 

溶液（填化學(xué)式），若溶液變藍(lán)色，證明該反應(yīng)為可逆反應(yīng)．
[方法2]設(shè)計(jì)原電池裝置如圖（II），測(cè)得電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向是電子的流動(dòng)方向．開(kāi)始觀察到電流計(jì)指針向

 

（填“A”或“B”）集團(tuán)，一段時(shí)間后，電流計(jì)指針不再偏轉(zhuǎn)．此時(shí)若要證明電池反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，可采取的方法及觀察到的現(xiàn)象為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，負(fù)極被腐蝕失電子變成離子進(jìn)入溶液：Fe-2e^-=Fe²；
（2）根據(jù)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⁺，F(xiàn)e²⁺具有還原性，能被酸性KMnO₄溶液氧化；根據(jù)Fe³⁺遇KSCN溶液時(shí)溶液為血紅色，而Fe²⁺遇KSCN溶液不變色；Fe能與Fe³⁺反應(yīng)生成Fe²⁺；
（3）Fe³⁺具有氧化性，I^-具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
[方法1]實(shí)驗(yàn)探究反應(yīng)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(guò)量，若反應(yīng)為可逆反應(yīng)，F(xiàn)e³⁺遇KSCN溶液時(shí)溶液為血紅色，淀粉遇單質(zhì)碘溶液變藍(lán)色以此來(lái)解答；
（5）根據(jù)2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂結(jié)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(fù)極，電子的流動(dòng)方向是從B流向A，計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向是電子的流動(dòng)方向；根據(jù)生成物的濃度增大，平衡逆向移動(dòng)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)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(fù)極，A（Fe）是正極，電極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，（2）Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價(jià)升高1價(jià)；MnO₄^-+→Mn²⁺，錳元素降低5價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為5，故Fe²⁺+系數(shù)為5，MnO₄^- 系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒可知Mn²⁺與Fe³⁺系數(shù)分別為1、5，根據(jù)電荷守恒可知缺項(xiàng)為H⁺，H⁺其系數(shù)為2+3×5-[2×5-1]=8，根據(jù)H元素守恒可知H₂O系數(shù)是4，所以反應(yīng)離子方程式為：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，F(xiàn)e³⁺遇KSCN溶液時(shí)溶液為血紅色，而Fe²⁺遇KSCN溶液不變色，發(fā)現(xiàn)溶液不變色，說(shuō)明溶液中無(wú)Fe³⁺，但不能由此推斷鈍化膜中不含+3價(jià)的鐵，因?yàn)镕e能與Fe³⁺反應(yīng)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(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，故答案為：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂；
[方法1]實(shí)驗(yàn)探究反應(yīng)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(guò)量，若反應(yīng)為可逆反應(yīng)，F(xiàn)e³⁺遇KSCN溶液時(shí)溶液為血紅色，淀粉遇單質(zhì)碘溶液變藍(lán)色，故答案為：KI；FeCl₃；KSCN；淀粉；
[方法2]2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂結(jié)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(fù)極，電子的流動(dòng)方向是從B流向A，而計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向是電子的流動(dòng)方向，所以電流計(jì)指針向A；根據(jù)生成物的濃度增大，平衡逆向移動(dòng)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向相反，所以向A中加入FeCl₂晶體，電流計(jì)指針偏向B，即證明電池反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故答案為：A；向A中加入FeCl₂晶體，電流計(jì)指針偏向B．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了氧化還原反應(yīng)、原電池原理、電極反應(yīng)的運(yùn)用，難度較大．