Question

16．碘被稱為“智力元素”科學合理地補充碘可防止碘缺乏病．碘酸鉀（KIO₃）是國家規(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驗裝置如圖所示．
（1）碘是紫黑色（填顏色）固體物質(zhì)，實驗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，溶解時發(fā)生反應：3I₂+6KOH═5KI+KIO₃+3H₂O，將該溶液加入陽極區(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，陽極上發(fā)生反應的電極反應式為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驗的電源，請分析電池反應：
①鉛蓄電池總反應的化學方程式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2H₂O+2H₂SO₄，則它在充電時的陽極反應為PbSO₄（s）+2H₂O-2e^-═PbO₂+4H⁺+SO₄^2-；
②MnO₂-Zn組成堿性干電池在放電時的負極反應為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，負極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，電池總反應方程式為：C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O．則該電池正極的電極反應為O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
④當產(chǎn)生相同質(zhì)量的KIO₃時，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，需檢驗電解液中是否有I^-．請設計一個檢驗電解液中是否有I^-的實驗方案，要求填寫下表．
要求：所需藥品只能從下列試劑中選擇，實驗儀器及相關(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．

試驗方法	實驗現(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驗過程如下：□→□→□→□→□→□→□
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；加熱時碘易升華；
（2）電解時，陽極上發(fā)生氧化反應，碘離子向陽極移動，在陽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變化計算；
（3）①充電時，陽極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應；
②鋅錳堿性干電池中，鋅易失電子作負極，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生成碳酸根離子；
④根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等進行計算；
（4）酸性條件下，碘離子和碘酸根離子能發(fā)生氧化還原反應生成碘單質(zhì)，淀粉遇碘變藍色，根據(jù)溶液是否變藍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）陽極附近吸附陰離子，電解過程中，陽極上發(fā)生氧化反應，碘離子向陽極移動，在陽極上失去電子生成碘酸根離子，電極反應式為I^-+6OH^--6e^-=IO₃^-+3H₂O，陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應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，陽極上硫酸鉛失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為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，鋅易失電子作負極，二氧化錳作正極，負極上電極反應式為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生成碳酸根離子，電極反應式為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)生氧化還原反應生成碘單質(zhì)，淀粉溶液遇碘變藍色，所以實驗方法是：取少量陽極區(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；如果陽極區(qū)含有碘離子，加入稀硫酸后就有碘單質(zhì)生成，淀粉溶液就會變藍色，否則不變色．
故答案為：取少量陽極區(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；如果不變藍，說明無I^-，如果變藍，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)．

點評 本題考查了碘的物理性質(zhì)、電解原理、碘離子的檢驗等性質(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．