突破解決電解問(wèn)題的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

■浙江省杭州市基礎(chǔ)教育研究室 陳進(jìn)前

學(xué)習(xí)電解原理和解決電解相關(guān)的問(wèn)題時(shí),每一屆都會(huì)有較多同學(xué)產(chǎn)生畏難心理,覺得課本上電解原理的內(nèi)容不多、容易理解,但課外相應(yīng)習(xí)題不好做,考試試題難度更大。造成這種情況的原因有:第一,雖然課本中相關(guān)內(nèi)容多,但由于電解原理在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用,所以相應(yīng)習(xí)題、試題往往有聯(lián)系生產(chǎn)和生活的實(shí)際情境,涉及較多的拓展性內(nèi)容;第二(也是主要原因),對(duì)電解原理的認(rèn)識(shí)還不全面,有認(rèn)識(shí)誤區(qū),遇到電解問(wèn)題時(shí)這些認(rèn)識(shí)誤區(qū)會(huì)影響同學(xué)們的思考角度、思維路徑和認(rèn)識(shí)深度,導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤。解決的方法就是要突破認(rèn)識(shí)誤區(qū),重視從各個(gè)方面收集證據(jù),提高基于證據(jù)(而不是基于記憶)作出推理判斷的能力。

一、突破關(guān)于“離子移動(dòng)”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

電解池工作時(shí),由于受電場(chǎng)影響,電解質(zhì)溶液中陰離子要向著陽(yáng)極作定向移動(dòng),陽(yáng)離子要向著陰極作定向移動(dòng),這是電解過(guò)程中電解質(zhì)溶液導(dǎo)電微觀原理。但是,若由此認(rèn)為這是電解時(shí)電解質(zhì)溶液中影響離子移動(dòng)方向的唯一因素,就是一種“以偏概全”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。實(shí)際上,在電解池(原電池也類似)的電解質(zhì)溶液中,影響離子移動(dòng)的因素有多項(xiàng),主要有:

1.電場(chǎng)作用下使陰離子向陽(yáng)極作定向移動(dòng),陽(yáng)離子向陰極作定向移動(dòng)。電場(chǎng)作用下離子的定向移動(dòng)實(shí)質(zhì)上是傳遞電荷,也就是說(shuō)只要能順利傳遞電荷,不一定每一種陰離子或每一種陽(yáng)離子都要同步發(fā)生定向移動(dòng)。如,用石墨電極電解稀硫酸溶液時(shí),主要是H+定向移動(dòng)傳遞電荷,定向移動(dòng)就不太顯著。

2.離子交換膜對(duì)離子遷移的限制作用。如,電解池中有陽(yáng)離子交換膜時(shí),陰離子的移動(dòng)就受到了限制,有質(zhì)子交換膜時(shí)其他離子的移動(dòng)就受到了限制。離子交換膜的這種特征在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用。

3.離子分布不均勻而產(chǎn)生的擴(kuò)散移動(dòng)。任何情況下,離子總是有擴(kuò)散移動(dòng)的趁勢(shì),一般來(lái)講,離子從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散的趁勢(shì)會(huì)比較明顯。

在電解相關(guān)的實(shí)際生產(chǎn)中,可以根據(jù)不同生產(chǎn)目標(biāo),綜合考慮以上各種情況來(lái)設(shè)計(jì)電解裝置。所以,遇到電解相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題,在分析電解過(guò)程中離子遷移情況時(shí)要結(jié)合題給信息,進(jìn)行綜合分析。

例1(根據(jù)2012年浙江高考試題改編)電解裝置如圖1所示,電解槽內(nèi)裝有KI-淀粉溶液,中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電,發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色,一段時(shí)間后,藍(lán)色逐漸變淺。已知:3I2+6OH-。下列說(shuō)法不正確的是( )。

A.右側(cè)發(fā)生電極反應(yīng)式:2H2O+2 e-==H2↑+2OH-,反應(yīng)生成的OH-向左側(cè)作定向移動(dòng)

B.左側(cè)發(fā)生電極反應(yīng)式:2I--2 e-==I2,生成的I2遇到遷移過(guò)來(lái)的OH-時(shí),在左側(cè)溶液中轉(zhuǎn)化為,所以右側(cè)溶液中絕不存在

圖1

例2(根據(jù)2014年全國(guó)高考試題改編)次磷酸(H3PO2)是一種精細(xì)化工產(chǎn)品,具有較強(qiáng)還原性。H3PO2可以通過(guò)“四室電滲析法”制備,工作原理如圖2所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò)),試回答:

(1)寫出電解過(guò)程中的電極反應(yīng)式:____。

(2)產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因:____。

(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2,將“四室電滲析法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜,從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室,其缺點(diǎn)是產(chǎn)生____雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是 。

D.如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜,電解槽內(nèi)總反應(yīng)會(huì)不相同

答案：B

簡(jiǎn)析：試題以“電解KI溶液制KIO3”為背景編制,主要考查了電解反應(yīng)和“離子移動(dòng)的規(guī)律”。深入理解電解質(zhì)溶液中離子遷移規(guī)律是解答這道題的必備基礎(chǔ)。解答時(shí)要將電極反應(yīng)、溶液中其他反應(yīng)關(guān)聯(lián)起來(lái),還要將電解質(zhì)溶液中電場(chǎng)作用下離子的定向遷移、電解質(zhì)中溶液濃度因素造成的離子擴(kuò)散、電解裝置中離子交換膜等關(guān)聯(lián)起來(lái),才能突破思維定勢(shì)。

根據(jù)“左側(cè)變藍(lán)色,一段時(shí)間后藍(lán)色逐漸變淺”可判斷,左側(cè)鉑電極是陽(yáng)極,右側(cè)電極為陰極。電解過(guò)程中陽(yáng)極上先生成I2,當(dāng)陰極上OH-遷移到左側(cè)溶液中時(shí),I2分子再跟OH-反應(yīng)生成IO-3。要注意,由于中間是陰離子交換膜,且右側(cè)溶液中生成大量OH-,所以電解過(guò)程中有大量的OH-由右側(cè)定向遷移到左側(cè),也必定會(huì)有少量IO-3會(huì)從左側(cè)遷移到右側(cè)溶液中(因?yàn)樽髠?cè)溶液中IO-3濃度大)。很明顯,若是用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜,右側(cè)溶液中OH-就不會(huì)大量向

圖2

答案：(1)陰極:2H2O+2 e-==H2↑+2OH-陽(yáng)極:2H2O-4 e-==O2↑+4H+

(2)電解過(guò)程中,由于電場(chǎng)作用和離子交換膜限制,陽(yáng)極室的H+穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,原料室的穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,H+和H2PO-2在產(chǎn)品室反應(yīng)生成H3PO2

(3)H3PO4、H3PO3H3PO2有強(qiáng)還原性在陽(yáng)極易被氧化

簡(jiǎn)析：有些考生一看到試題中的新情境、復(fù)雜裝置等就犯怵。看了這道題會(huì)被其中次磷酸和“四室”“三膜”難住,找不到分析的角度和思路。題給的“電解裝置(陽(yáng)極室、產(chǎn)品室、原料室、陽(yáng)極室及三層離子交換膜)”“次磷酸具有較強(qiáng)還原性”是重要信息,課本已學(xué)過(guò)的“陽(yáng)離子交換法電解食鹽水制氫氧化鈉”等是相關(guān)知識(shí),將它們聯(lián)系起來(lái),可找到推理判斷的證據(jù)。“多層離子交換膜”是從“一層離子交換膜”衍變而來(lái),原理完全相同。

陽(yáng)極浸在稀硫酸溶液中,電解過(guò)程中生成較多H+,H+可透過(guò)陽(yáng)離子交換膜定向遷移到產(chǎn)品室。陰極浸在氫氧化鈉溶液中,電解過(guò)程中生成較多的OH-,由于陽(yáng)離子交換膜的限制,只可能是原料室中Na+定向遷移到陰極室,以使陰極室正、負(fù)電荷保持平衡。這導(dǎo)致原料室中向產(chǎn)品室定向遷移,必定會(huì)跟陽(yáng)極室遷移過(guò)來(lái)的H+反應(yīng)生成次磷酸。強(qiáng)還原性微粒容易在陽(yáng)極被氧化,若將陽(yáng)極直接浸入次磷酸溶液中,必定會(huì)有次磷酸直接被氧化成亞磷酸、磷酸等,產(chǎn)品就會(huì)有多種雜質(zhì)。

二、突破關(guān)于“放電順序”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

很多課外輔導(dǎo)書給出了“陽(yáng)極上陰離子放電順序”“陰極上陽(yáng)離子放電順序”,有考生將這些“規(guī)律”當(dāng)作解決電解問(wèn)題的基本思路,這是一種認(rèn)識(shí)誤區(qū)。實(shí)際上,電解是很復(fù)雜的過(guò)程,電解產(chǎn)物的判斷既涉及微粒本身的性質(zhì),也不能脫離所處的環(huán)境(如溫度、濃度、電解質(zhì)的性質(zhì)、電極材料、電流密度等)。雖然中學(xué)階段不要求同學(xué)了解這些內(nèi)容,但千萬(wàn)不能將在一定條件的反應(yīng)變成絕對(duì)化的“規(guī)律”。如,工業(yè)電解飽和食鹽水的條件下,陽(yáng)極上是Cl-比OH-優(yōu)先放電生成Cl2,并不能由此推出放電能力Cl-一定比OH-強(qiáng),更不能認(rèn)為所有條件下電解食鹽水陽(yáng)極上一定是Cl-放電生成Cl2,因?yàn)镃l-、OH-在陽(yáng)極上的放電受多種因素影響,有時(shí)也可以是OH-優(yōu)先放電,有些情況下還可以是兩種離子同時(shí)放電。其他離子之間也有類似情況,當(dāng)然中學(xué)階段還不對(duì)這些內(nèi)容作要求。

例3(新編題)在如圖3所示裝置中進(jìn)行電解(用鉛筆芯作電極),3min后,將濕潤(rùn)的淀粉-KI試紙靠近陽(yáng)極處不變藍(lán),用帶火星木條靠近陽(yáng)極,木條復(fù)燃。寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式:____。

答案：4OH--4 e-==O2↑+2H2O

簡(jiǎn)析：有考生會(huì)根據(jù)所謂的“放電順序規(guī)律”,不加分析就判斷是Cl-在陽(yáng)極上被氧化生成Cl2,導(dǎo)致本可避免的錯(cuò)誤。題中給出的“陽(yáng)極生成氣體不能使淀粉-KI試紙變藍(lán),能使帶火星木條復(fù)燃”是重要信息,可轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵證據(jù)并判斷出陽(yáng)極生成的氣體是氧氣,所以該實(shí)驗(yàn)條件下是OH-在陽(yáng)極上優(yōu)先放電。

圖3

例4(改編題)水銀法電解食鹽水曾是氯堿工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的重要里程碑,以制得堿液純度高、質(zhì)量好著稱,其生產(chǎn)原理如圖4所示。

圖4

(1)寫出電解池中陰極上的電極反應(yīng)式和解汞室中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:___。

(2)20世紀(jì)60年代,氯堿生產(chǎn)采用離子膜法,水銀法逐漸被淘汰,被淘汰的主要原因是____。

答案：(1)Na++e-==Na,2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑

(2)因?yàn)楣拘詮?qiáng),易造成污染

簡(jiǎn)析：遇到這樣的試題,有很多考生總是不重視從試題中尋找信息,死板地用所謂的“陽(yáng)離子放電順序”來(lái)判斷,認(rèn)為H+比Na+更容易在陰極上放電,導(dǎo)致錯(cuò)誤答案。事實(shí)上,只要觀察題給示意圖,就能找到三條重要信息:①電解室中陰極上是Na+放電,②鈉汞合金從電解室流到解汞室,③解汞室里是Na→Na+,根據(jù)其中任何一條都可判斷出該生產(chǎn)條件下電解室中陰極上是Na+比H+優(yōu)先放電。從中也可以看出平時(shí)學(xué)習(xí)中形成的“認(rèn)識(shí)誤區(qū)”是那么頑固,要克服其影響是那么難!

再?gòu)?qiáng)調(diào)一下,中學(xué)化學(xué)中,考慮到考生的知識(shí)和認(rèn)識(shí)基礎(chǔ),對(duì)某些問(wèn)題作簡(jiǎn)單化處理是合理的,對(duì)一些共性的東西進(jìn)行總結(jié)也是必要的,但絕不能將簡(jiǎn)化的內(nèi)容擴(kuò)大化,將總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)泛規(guī)律化,要防止所謂的“規(guī)律”束縛你的認(rèn)識(shí)。

三、突破關(guān)于“陰極、陽(yáng)極放電離子種類”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

學(xué)習(xí)電解原理時(shí),有較多同學(xué)會(huì)有“電解時(shí)陽(yáng)極上一定是陰離子放電(或者陽(yáng)離子不會(huì)在陽(yáng)極上放電),陰極上一定是陽(yáng)離子放電(或者陰離子不會(huì)在陰極上放電)”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),帶著這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)去解決有關(guān)電解問(wèn)題,在思考過(guò)程中會(huì)走很多彎路,甚至引來(lái)不可避免的錯(cuò)誤。實(shí)際上,電解過(guò)程中,陰極上有電子流入(外電源負(fù)極上電子流向陰極),此時(shí)陰極相當(dāng)于是極強(qiáng)的還原劑,多種微粒會(huì)被還原(絕不僅僅是陽(yáng)離子才可以在陰極上被還原);相應(yīng)地,陽(yáng)極要流出電子(這些電子流向外電源正極),此時(shí)陽(yáng)極相當(dāng)于強(qiáng)氧化劑,多種微粒會(huì)被氧化(絕不僅僅是陰離子才可能在陽(yáng)極上被氧化)。

例5(新編題)吸收工業(yè)尾氣SO2和NO可獲得Na2S2O4和NH4NO3產(chǎn)品,其中關(guān)鍵的一步是在圖5所示裝置中完成的(Ce為鈰元素),已知電解過(guò)程中濃度沒(méi)有變化。

圖5

(1)圖5所示裝置中a是電源____。(選填“正極”或者“負(fù)極”)

(2)寫出其中的電極反應(yīng)式:____。

(3)裝置中“質(zhì)子交換膜”的作用是____。

答案：(1)正極

(3)加上質(zhì)子交換膜就只能讓H+遷移,可防止 Ce3+、Ce4+遷移,使 Ce3+、Ce4+與等不能直接接觸發(fā)生反應(yīng)

簡(jiǎn)析：觀察裝置左側(cè)加入溶液中含有,流出的溶液中含有 Ce4+、,說(shuō)明左側(cè)發(fā)生了氧化反應(yīng);同樣右側(cè)變化是,發(fā)生了還原反應(yīng)。這些信息可作為判斷電極反應(yīng)的證據(jù),左側(cè)是陽(yáng)極,右側(cè)是陰極,進(jìn)而寫出電極反應(yīng)式。要特別注意該電解過(guò)程中陽(yáng)離子Ce3+在陽(yáng)極上被氧化,陰離子在陰極上被還原,與常見的電解反應(yīng)比較有一定的特殊性,分析時(shí)不要被所謂“常識(shí)”所迷惑,這就是突破認(rèn)識(shí)誤區(qū)。事實(shí)上,只要抓住電極反應(yīng)的本質(zhì)要素,就不會(huì)被“常識(shí)”或“特殊”所迷惑。

例6(根據(jù)學(xué)軍中學(xué)高三化學(xué)期中考試題改編)多晶硅是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的重要原料。

(1)由石英砂可制取粗硅,其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:

SiO2(s)+C(s)==SiO(g)+CO(g)ΔH=akJ·mol-1

2SiO(g)==Si(s)+SiO2(s) ΔH=bkJ·mol-1

反應(yīng)SiO2(s)+2C(s)==Si(s)+2CO(g)的 ΔH=____kJ·mol-1(用含a、b的代數(shù)式表示)。SiO是反應(yīng)過(guò)程中的中間產(chǎn)物。隔絕空氣時(shí),SiO與NaOH溶液反應(yīng)(產(chǎn)物中硅顯最高價(jià))的化學(xué)方程式是____。

(2)粗硅提純常見方法之一是先將粗硅與HCl制得SiHCl3,經(jīng)提純后再用H2還原:

不同溫度及不同n(H2)/n(SiHCl3)時(shí),反應(yīng)物X的平衡轉(zhuǎn)化率關(guān)系如下頁(yè)圖6。

X是____(選填“H2”或“SiHCl3”);上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K(1150℃)____K(950℃)(選填“＞”“＜”或“=”)。

(3)SiH4(硅烷)法生產(chǎn)高純多晶硅是非常優(yōu)異的方法。用粗硅作原料,熔融電解法制取硅烷原理如下頁(yè)圖7,電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為____。

圖6

圖7

答案：(1)2a+bSiO+2NaOH==Na2SiO3+H2↑

(2)SiHCl3＞

(3)Si-4 e-+4H-==SiH4↑

簡(jiǎn)析：第(1)小題是考查氧化還原反應(yīng)原理。將重要信息“SiO與NaOH溶液反應(yīng)生成最高價(jià)硅的化合物”轉(zhuǎn)化為證據(jù),可判斷反應(yīng)產(chǎn)物必定還有一種還原產(chǎn)物H2。第(2)問(wèn)是考查化學(xué)平衡。對(duì)于第(3)問(wèn),研究對(duì)象是電解池,要從電極反應(yīng)角度分析。有考生會(huì)憑記憶,被所謂的“規(guī)律”誤導(dǎo),作出“熔融鹽中有Cl-,陽(yáng)極上是Cl-被氧化生成Cl2”的錯(cuò)誤判斷。先全面收集題給信息:生產(chǎn)目的是制取SiH4;熔融鹽有H-和Cl-兩種陰離子、Li+和K+兩種陽(yáng)離子;粗硅轉(zhuǎn)化為SiH4。再根據(jù)電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)這一要素就可以寫出所要求的電極反應(yīng)式了。與其他電解池相比,這里陽(yáng)極上是非金屬硅被氧化,這一點(diǎn)比較特殊。

四、突破“電解的分析思路”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

不同的考生對(duì)電解問(wèn)題的分析思路不同,但可歸結(jié)為如下兩種:

第一種稱為“放電遷移模型”,核心是放電,即先分析微粒放電,放電后再分析離子遷移。具體步驟為:①分析溶液中還原性、氧化性的微粒;②電源正極相當(dāng)于強(qiáng)氧化劑,還原性微粒在陽(yáng)極上被氧化,電源負(fù)極相當(dāng)于是強(qiáng)還原劑,氧化性微粒在陰極上被還原;③放電后使溶液中電荷不平衡,導(dǎo)致離子發(fā)生遷移。

第二種稱為“遷移放電模型”,核心是離子遷移,即先分析離子遷移,遷移后再分析離子放電。具體步驟為:①分析溶液中的離子;②離子遷移的方向和終點(diǎn)(陰離子遷移到陽(yáng)極,陽(yáng)離子遷移到陰極);③根據(jù)電極表面富集離子放電順序判斷放電。

我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)有較多考生(也有一些老師)習(xí)慣于用“遷移放電模型”分析電解問(wèn)題,這就落入了分析思路的誤區(qū)。實(shí)質(zhì)上,電解時(shí)外電源是決定性因素,接通外電源后首先發(fā)生電極反應(yīng),是電極反應(yīng)的結(jié)果影響著離子遷移,應(yīng)該用“放電遷移模型”來(lái)分析電解問(wèn)題。當(dāng)然,有些情況下,用上述兩種思路分析會(huì)得出相同結(jié)果,但有時(shí)結(jié)果會(huì)不一樣,實(shí)驗(yàn)證明“放電遷移模型”對(duì)電解問(wèn)題有更強(qiáng)的解釋功能和預(yù)測(cè)功能。

例7(新編題)用石墨電極電解硫酸鈉溶液的過(guò)程中,陰、陽(yáng)極附近溶液的pH會(huì)發(fā)生明顯變化。甲同學(xué)對(duì)pH變化分別提出下列假設(shè):

假設(shè)1:通電時(shí),H+向陰極定向移動(dòng),OH-向陽(yáng)極定向移動(dòng),所以陰極附近pH降低,陽(yáng)極附近pH升高。

假設(shè)2:通電電解時(shí)電極反應(yīng)為:4H2O+4 e-==2H2↑+4OH-(陰極),2H2O-4 e-==O2↑+4H+(陽(yáng)極),所以陰極附近pH升高,陽(yáng)極附近pH降低。

乙同學(xué)要通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究來(lái)驗(yàn)證上述假設(shè),設(shè)計(jì)了如圖8所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),現(xiàn)象為:

①開始一會(huì)兒就見a側(cè)電極附近變藍(lán)色,藍(lán)色區(qū)域慢慢向下擴(kuò)展;

②開始一會(huì)兒就見b側(cè)電極附近變紅色,紅色區(qū)域慢慢向下擴(kuò)展(幾乎與①現(xiàn)象同步);

③c區(qū)域一直沒(méi)有明顯變紅或變藍(lán)現(xiàn)象出現(xiàn)。

由此,乙同學(xué)認(rèn)為甲同學(xué)的兩種假設(shè)都不完整,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出重新解釋。你認(rèn)為乙同學(xué)的解釋是____。

圖8

答案：電解硫酸鈉溶液過(guò)程中陰、陽(yáng)極附近溶液pH的變化,受到“H+、OH-在電場(chǎng)中

③Ⅳ中檢測(cè)Cl2的實(shí)驗(yàn)方法:____。

④與Ⅱ?qū)Ρ?得出的結(jié)論(寫出兩點(diǎn)):____。定向移動(dòng)”和“電極反應(yīng)生成H+、OH-”兩個(gè)因素影響,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,電極反應(yīng)比離子定向遷移速率明顯要快,所以電極反應(yīng)對(duì)電極附近pH的影響是主要因素

簡(jiǎn)析：硫酸鈉溶液存在H2O、Na+、和極少量的H+、OH-,通電時(shí)陽(yáng)極上OH-(實(shí)質(zhì)上可看作是H2O)被氧化導(dǎo)致H+濃度增大,陰極上H+(實(shí)質(zhì)上也可看作是H2O)被氧化導(dǎo)致OH-濃度增大,同時(shí)H+向陰極定向移動(dòng),OH-向陽(yáng)極定向移動(dòng),但電極反應(yīng)的影響明顯占主導(dǎo)。

例8(根據(jù)2014年北京高考試題改編)某同學(xué)使用石墨電極在不同電壓(x)下電解pH=1的0.1mol·L-1FeCl2溶液,記錄如表1。(a、b、c代表電壓值)

表1

(1)用KSCN溶液檢驗(yàn)出Fe3+的現(xiàn)象是____。

(2)針對(duì)實(shí)驗(yàn)Ⅰ,有同學(xué)提出“Fe3+產(chǎn)生的原因可能是Cl-在陽(yáng)極放電,生成的Cl2將Fe2+氧化”,寫出能支持這種假設(shè)的理由和相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:___。

(3)由Ⅱ推測(cè),Fe3+產(chǎn)生的原因還可能是Fe2+在陽(yáng)極放電,原因是Fe2+具有____性。

(4)Ⅱ中雖未檢測(cè)出Cl2,但Cl-在陽(yáng)極是否放電仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。電解pH=1的NaCl溶液做對(duì)照實(shí)驗(yàn),記錄如表2。

表2

①“未檢測(cè)出Cl2,但Cl-在陽(yáng)極是否放電仍需進(jìn)一步驗(yàn)證”的理由是____。

②NaCl溶液的濃度是____mol·L-1。

答案：(1)溶液變?yōu)檠t色

(2)FeCl2溶液中Cl-、Fe2+、OH-等離子都可能在陽(yáng)極上被氧化,若在該條件下(x≥a)Cl-放電最強(qiáng),就可能只是Cl-放電生成Cl2,生成的Cl2再將Fe2+氧化。反應(yīng)的方程式為:2Cl--2 e-==Cl2,2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-

(3)還原

(4)①因?yàn)檫€可能是Cl-放電生成的Cl2已全部跟Fe2+發(fā)生反應(yīng) ②0.2 ③取少量陽(yáng)極附近的溶液,滴在淀粉-KI試紙上,試紙變藍(lán) ④通過(guò)控制電壓,證實(shí)了產(chǎn)生Fe3+的兩種原因都成立;通過(guò)控制電壓,驗(yàn)證了Fe2+先于Cl-放電

簡(jiǎn)析：通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證時(shí),關(guān)鍵是控制實(shí)驗(yàn)條件,本實(shí)驗(yàn)中必須控制氯化鈉溶液中氯離子的濃度跟前實(shí)驗(yàn)中氯化亞鐵中氯離子濃度相等。

第(2)(3)問(wèn),都是考查運(yùn)用化學(xué)知識(shí)得出合理假設(shè)的能力,要求分析提出假設(shè)的理由,找到該假設(shè)的化學(xué)知識(shí)依據(jù)。

第(4)問(wèn)的第①小題,考查“證據(jù)推理”的嚴(yán)密性,電解時(shí)陽(yáng)極附近溶液檢測(cè)不出Cl2,也可能是生成的Cl2全部跟Fe2+發(fā)生反應(yīng),還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。第②小題,考查控制變量、設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的能力。實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ是對(duì)比實(shí)驗(yàn),所以其中c(Cl-)濃度必須相等。第④小題是考查分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論的能力。對(duì)比實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅴ所獲得的現(xiàn)象,可得出Fe2+先于Cl-放電;對(duì)比實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅳ所獲得的現(xiàn)象,將電壓控制在一定范圍內(nèi),Fe2+、Cl-可能同時(shí)放電,也可能是Cl-放電生成Cl2,Cl2再將Fe2+氧化。

總之,解決電解問(wèn)題過(guò)程中,基于證據(jù)推理是突破認(rèn)識(shí)誤區(qū)的一種有效方法,其基本的步驟為“提取題給信息→轉(zhuǎn)換成證據(jù)→根據(jù)證據(jù)等建立邏輯關(guān)系→推理判斷→獲得解決”。