题目内容

16．碘被称为“智力元素”科学合理地补充碘可防止碘缺乏病．碘酸钾（KIO3）是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水．碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘．以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示．
（1）碘是紫黑色（填颜色）固体物质，实验室常用升华的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘．
（2）电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：3I2+6KOH═5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却．电解时，阳极上发生反应的电极反应式为2I--2e-=I2；每生成1molKIO3，电路中通过的电子的物质的量为6mol．
（3）若用不同种电池作为上述实验的电源，请分析电池反应：
①铅蓄电池总反应的化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO4$?_{充电}^{放电}$2H2O+2H2SO4，则它在充电时的阳极反应为PbSO4（s）+2H2O-2e-═PbO2+4H++SO42-；
②MnO2-Zn组成碱性干电池在放电时的负极反应为Zn-2e-+2OH-═Zn（OH）2；
③以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐，电池总反应方程式为：C3H8+5O2=3CO2+4H2O．则该电池正极的电极反应为O2+2CO2+4e-═2CO32-；
④当产生相同质量的KIO3时，理论上，上述三种电池中分别消耗的Pb．Zn、丙烷的物质的量之比是10：10：1；
（4）电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I-．请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案，要求填写下表．
要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选．
试剂：淀粉溶液、淀粉-KI试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸．
试验方法实验现象及结论
（5）电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：□→□→□→□→□→□→□
步骤②的操作名称是冷却结晶，步骤⑤的操作名称是干燥．步骤④洗涤晶体的目的是洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质．

分析 （1）碘是紫黑色固体；加热时碘易升华；
（2）电解时，阳极上发生氧化反应，碘离子向阳极移动，在阳极上失去电子生成碘酸根离子，根据碘酸钾中碘的化合价变化计算；
（3）①充电时，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应；
②锌锰碱性干电池中，锌易失电子作负极，二氧化锰作正极；
③丙烷燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子；
④根据转移电子相等进行计算；
（4）酸性条件下，碘离子和碘酸根离子能发生氧化还原反应生成碘单质，淀粉遇碘变蓝色，根据溶液是否变蓝判断是否含有碘离子．
（5）从热溶液中析出晶体的方法是冷却结晶；洗涤后的晶体要进行干燥；洗涤晶体的目的：洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质．

解答 解：（1）碘是紫黑色固体；加热条件下碘易升华，杂质不易升华，所以采用升华的方法分离碘单质．
故答案为：紫黑色；升华；
（2）阳极附近吸附阴离子，电解过程中，阳极上发生氧化反应，碘离子向阳极移动，在阳极上失去电子生成碘酸根离子，电极反应式为I-+6OH--6e-=IO3-+3H2O，阴极上氢离子放电生成氢气，电极反应2H++2e-=H2↑；阴极上氢离子放电生成氢气，每生成1mol KIO3，电路中通过电子的物质的量=1mol×[5-（-1）]=6mol，
故答案为：2I--2e-=I2；6mol；
（3）①充电时，阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应，电极反应式为PbSO4（s）+2H2O-2e-═PbO2+4H++SO42-，
故答案为：PbSO4（s）+2H2O-2e-═PbO2+4H++SO42-；
②锌锰碱性干电池中，锌易失电子作负极，二氧化锰作正极，负极上电极反应式为Zn-2e-+2OH-═Zn（OH）2，
故答案为：Zn-2e-+2OH-═Zn（OH）2；
③丙烷燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO32-，
故答案为：O2+2CO2+4e-═2CO32-；
④1mol Pb、Cd、丙烷失去的电子分别为2mol、2mol、20mol，所以根据得失电子守恒可知，Pb、Cd、丙烷的物质的量之比是10：10：1，
故答案为：10：10：1；
（4）电解后的溶液区含有碘酸根离子，酸性条件下，碘离子和碘酸根离子能发生氧化还原反应生成碘单质，淀粉溶液遇碘变蓝色，所以实验方法是：取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液，观察是否变蓝；如果阳极区含有碘离子，加入稀硫酸后就有碘单质生成，淀粉溶液就会变蓝色，否则不变色．
故答案为：取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液，观察是否变蓝；如果不变蓝，说明无I-，如果变蓝，说明有I-；
（5）从热溶液中析出晶体的方法是：冷却结晶；洗涤后的晶体有水分，所以要进行干燥；过滤后得到的晶体上吸附部分氢氧化钾等杂质，为得到较纯净的碘酸钾晶体，所以要进行洗涤．
故答案为：冷却结晶；干燥；洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质．

点评 本题考查了碘的物理性质、电解原理、碘离子的检验等性质，明确酸性条件下碘离子和碘酸根离子能生成碘单质，碱性条件下，碘能和氢氧根离子生成碘离子和碘酸根离子是解答关键，题目难度中等．

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④在各溶液中加入硝酸钡溶液，再加过量稀硝酸，A中放出无色气体，C、D中都能产生白色沉淀：
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根据上述实验填空：
（1）写出C、D的化学式：CKAl（SO4）2，DCuSO4．
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