Question

16．碘被稱為“智力元素”科學(xué)合理地補(bǔ)充碘可防止碘缺乏病．碘酸鉀（KIO₃）是國(guó)家規(guī)定的食鹽加碘劑，它的晶體為白色，可溶于水．碘酸鉀在酸性介質(zhì)中與過氧化氫或碘化物作用均生成單質(zhì)碘．以碘為原料，通過電解制備碘酸鉀的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．
（1）碘是紫黑色（填顏色）固體物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室常用升華的方法來分離提純含有少量雜質(zhì)的固體碘．
（2）電解前，先將一定量的精制碘溶于過量氫氧化鉀溶液，溶解時(shí)發(fā)生反應(yīng)：3I₂+6KOH═5KI+KIO₃+3H₂O，將該溶液加入陽(yáng)極區(qū)，另將氫氧化鉀溶液加入陰極區(qū)，電解槽用水冷卻．電解時(shí)，陽(yáng)極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2I^--2e^-=I₂；每生成1molKIO₃，電路中通過的電子的物質(zhì)的量為6mol．
（3）若用不同種電池作為上述實(shí)驗(yàn)的電源，請(qǐng)分析電池反應(yīng)：
①鉛蓄電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2H₂O+2H₂SO₄，則它在充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)為PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-═PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
②MnO₂-Zn組成堿性干電池在放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂；
③以丙烷為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負(fù)極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，電池總反應(yīng)方程式為：C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O．則該電池正極的電極反應(yīng)為O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
④當(dāng)產(chǎn)生相同質(zhì)量的KIO₃時(shí)，理論上，上述三種電池中分別消耗的Pb．Zn、丙烷的物質(zhì)的量之比是10：10：1；
（4）電解過程中，為確定電解是否完成，需檢驗(yàn)電解液中是否有I^-．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)檢驗(yàn)電解液中是否有I^-的實(shí)驗(yàn)方案，要求填寫下表．
要求：所需藥品只能從下列試劑中選擇，實(shí)驗(yàn)儀器及相關(guān)用品自選．
試劑：淀粉溶液、淀粉-KI試紙、過氧化氫溶液、稀硫酸．

試驗(yàn)方法	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

（5）電解完畢，從電解液中得到碘酸鉀晶體的實(shí)驗(yàn)過程如下：□→□→□→□→□→□→□
步驟②的操作名稱是冷卻結(jié)晶，步驟⑤的操作名稱是干燥．步驟④洗滌晶體的目的是洗去吸附在碘酸鉀晶體上的氫氧化鉀等雜質(zhì)．

Answer 1

分析 （1）碘是紫黑色固體；加熱時(shí)碘易升華；
（2）電解時(shí)，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，碘離子向陽(yáng)極移動(dòng)，在陽(yáng)極上失去電子生成碘酸根離子，根據(jù)碘酸鉀中碘的化合價(jià)變化計(jì)算；
（3）①充電時(shí)，陽(yáng)極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②鋅錳堿性干電池中，鋅易失電子作負(fù)極，二氧化錳作正極；
③丙烷燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子；
④根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等進(jìn)行計(jì)算；
（4）酸性條件下，碘離子和碘酸根離子能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘單質(zhì)，淀粉遇碘變藍(lán)色，根據(jù)溶液是否變藍(lán)判斷是否含有碘離子．
（5）從熱溶液中析出晶體的方法是冷卻結(jié)晶；洗滌后的晶體要進(jìn)行干燥；洗滌晶體的目的：洗去吸附在碘酸鉀晶體上的氫氧化鉀等雜質(zhì)．

解答 解：（1）碘是紫黑色固體；加熱條件下碘易升華，雜質(zhì)不易升華，所以采用升華的方法分離碘單質(zhì)．
故答案為：紫黑色；升華；
（2）陽(yáng)極附近吸附陰離子，電解過程中，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，碘離子向陽(yáng)極移動(dòng)，在陽(yáng)極上失去電子生成碘酸根離子，電極反應(yīng)式為I^-+6OH^--6e^-=IO₃^-+3H₂O，陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑；陰極上氫離子放電生成氫氣，每生成1mol KIO₃，電路中通過電子的物質(zhì)的量=1mol×[5-（-1）]=6mol，
故答案為：2I^--2e^-=I₂；6mol；
（3）①充電時(shí)，陽(yáng)極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-═PbO₂+4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-═PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
②鋅錳堿性干電池中，鋅易失電子作負(fù)極，二氧化錳作正極，負(fù)極上電極反應(yīng)式為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂；
③丙烷燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
④1mol Pb、Cd、丙烷失去的電子分別為2mol、2mol、20mol，所以根據(jù)得失電子守恒可知，Pb、Cd、丙烷的物質(zhì)的量之比是10：10：1，
故答案為：10：10：1；
（4）電解后的溶液區(qū)含有碘酸根離子，酸性條件下，碘離子和碘酸根離子能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘單質(zhì)，淀粉溶液遇碘變藍(lán)色，所以實(shí)驗(yàn)方法是：取少量陽(yáng)極區(qū)電解液于試管中，加稀硫酸酸化后加入幾滴淀粉溶液，觀察是否變藍(lán)；如果陽(yáng)極區(qū)含有碘離子，加入稀硫酸后就有碘單質(zhì)生成，淀粉溶液就會(huì)變藍(lán)色，否則不變色．
故答案為：取少量陽(yáng)極區(qū)電解液于試管中，加稀硫酸酸化后加入幾滴淀粉溶液，觀察是否變藍(lán)；如果不變藍(lán)，說明無I^-，如果變藍(lán)，說明有I^-；
（5）從熱溶液中析出晶體的方法是：冷卻結(jié)晶；洗滌后的晶體有水分，所以要進(jìn)行干燥；過濾后得到的晶體上吸附部分氫氧化鉀等雜質(zhì)，為得到較純凈的碘酸鉀晶體，所以要進(jìn)行洗滌．
故答案為：冷卻結(jié)晶；干燥；洗去吸附在碘酸鉀晶體上的氫氧化鉀等雜質(zhì)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了碘的物理性質(zhì)、電解原理、碘離子的檢驗(yàn)等性質(zhì)，明確酸性條件下碘離子和碘酸根離子能生成碘單質(zhì)，堿性條件下，碘能和氫氧根離子生成碘離子和碘酸根離子是解答關(guān)鍵，題目難度中等．