Question

研究铁及铁的化合物的性质具有重要意义．
（1）如图（I）是为研究钢铁腐蚀部位与水中O₂浓度的关系而设计的装置，该装置化学上称为差异充气电池．实验中观察到电流计指针偏转，B（Fe）极被腐蚀，则A（Fe）极的电极反应式为

 

．
（2）常温下，铁可在某些强氧化剂溶液中形成钝化膜而被保护．为探究钝化膜的成分，取一小段钝化后的铁片放入稀硫酸中加热，使铁片完全溶解．取1mL溶解液滴入3～5滴KmnO₄溶液，观察到溶液紫色逐渐退去，则该反应的离子方程式是

 

；另取1mL溶解滴入3～5滴KSCN溶液，发现溶液不变色．能否由此推断钝化膜中不含+3价的铁？

 

（填“能”或“不能”），理由是

 

（用离子方程式表示）．
（3）FeC1₃溶液与KI溶液混合，离子方程式为

 

．若要证明该反应为逆反应，某同学设计如下方法：
[方法1]取2mL0.1mol?L^-1

 

溶液（填化学式）于试管中，然后加入0.5mL0.1mol?L^-1

 

溶液（填化学式），充分振荡后，将混合液分成两份．一份加入

 

溶液（填化学式），若溶液变红色；另一份加入

 

溶液（填化学式），若溶液变蓝色，证明该反应为可逆反应．
[方法2]设计原电池装置如图（II），测得电流计指针偏转方向是电子的流动方向．开始观察到电流计指针向

 

（填“A”或“B”）集团，一段时间后，电流计指针不再偏转．此时若要证明电池反应达到平衡状态，可采取的方法及观察到的现象为

 

．

Answer 1

分析：（1）根据钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，负极被腐蚀失电子变成离子进入溶液：Fe-2e^-=Fe²；
（2）根据取一小段钝化后的铁片放入稀硫酸中加热，使铁片完全溶解，生成Fe²⁺，Fe²⁺具有还原性，能被酸性KMnO₄溶液氧化；根据Fe³⁺遇KSCN溶液时溶液为血红色，而Fe²⁺遇KSCN溶液不变色；Fe能与Fe³⁺反应生成Fe²⁺；
（3）Fe³⁺具有氧化性，I^-具有还原性，两者发生氧化还原反应；
[方法1]实验探究反应2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂的可逆性，5mL 0.1mol?L^-1KI溶液倒入试管，并滴加0.1mol?L^-1FeCl₃溶液5～6滴，KI过量，若反应为可逆反应，Fe³⁺遇KSCN溶液时溶液为血红色，淀粉遇单质碘溶液变蓝色以此来解答；
（5）根据2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂结合原电池原理可知：A中的石墨棒为正极，B中的石墨棒为负极，电子的流动方向是从B流向A，计指针偏转方向是电子的流动方向；根据生成物的浓度增大，平衡逆向移动，电流计指针偏转方向相反．

解答：解：（1）图（I）是金属的吸氧腐蚀，B（Fe）极被腐蚀，则B（Fe）为负极，A（Fe）是正极，电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，（2）Fe²⁺→Fe³⁺，铁元素化合价升高1价；MnO₄^-+→Mn²⁺，锰元素降低5价，化合价升降最小公倍数为5，故Fe²⁺+系数为5，MnO₄^- 系数为1，根据元素守恒可知Mn²⁺与Fe³⁺系数分别为1、5，根据电荷守恒可知缺项为H⁺，H⁺其系数为2+3×5-[2×5-1]=8，根据H元素守恒可知H₂O系数是4，所以反应离子方程式为：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，Fe³⁺遇KSCN溶液时溶液为血红色，而Fe²⁺遇KSCN溶液不变色，发现溶液不变色，说明溶液中无Fe³⁺，但不能由此推断钝化膜中不含+3价的铁，因为Fe能与Fe³⁺反应生成Fe²⁺：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案为：2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-；5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；不能；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（3）Fe³⁺具有氧化性，I^-具有还原性，两者发生氧化还原反应：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，故答案为：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂；
[方法1]实验探究反应2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂的可逆性，5mL 0.1mol?L^-1KI溶液倒入试管，并滴加0.1mol?L^-1FeCl₃溶液5～6滴，KI过量，若反应为可逆反应，Fe³⁺遇KSCN溶液时溶液为血红色，淀粉遇单质碘溶液变蓝色，故答案为：KI；FeCl₃；KSCN；淀粉；
[方法2]2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂结合原电池原理可知：A中的石墨棒为正极，B中的石墨棒为负极，电子的流动方向是从B流向A，而计指针偏转方向是电子的流动方向，所以电流计指针向A；根据生成物的浓度增大，平衡逆向移动，电流计指针偏转方向相反，所以向A中加入FeCl₂晶体，电流计指针偏向B，即证明电池反应达到平衡状态，故答案为：A；向A中加入FeCl₂晶体，电流计指针偏向B．

点评：本题主要考查了氧化还原反应、原电池原理、电极反应的运用，难度较大．