Question

3．被稱為“智慧元素”--碘的單質及其化合物應用十分廣泛，碘化鈉常用于醫療和照相業等．某實驗小組模擬其工業制備工藝流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）操作A包括加熱濃縮、冷卻結晶、過濾；用冰水洗滌的目的是洗滌除去表面可溶性雜質，同時盡量減少NaI的溶解損失；反應②的離子方程式為2Fe+IO₃^-+3H₂O═2Fe（OH）₃+I^-．
（2）某同學推測得到的成品除含有NaI外，還可能有NaIO₃和NaOH，并設計如下方案進行檢驗，實驗結果表明其推測正確．
已知：IO₃^-+5I^-+6H⁺=3I₂+3H₂O₂；NaIO₃水溶液呈中性．
限選試劑：1mol•L^-1H₂SO₄溶液、2mol•L^-1HNO₃溶液、淀粉溶液、酚酞試液、石蕊試液、蒸餾水．其它儀器和用品自選．

實驗方案	實驗現象	結論
將白色晶體溶于水，并滴2滴淀粉溶液	得到無色溶液
取少量溶液于試管A中，加入足量的1mol•L-1H2SO4	溶液呈藍色	溶液中含IO3-
另取少量溶液于試管B中，滴入幾滴酚酞溶液	溶液變紅	溶液中含大量OH-

（3）如圖2裝置Ⅰ為一種可充電電池的示意圖，其中的離子交換膜只允許Na⁺通過，該電池充、放電的化學方程式為Na₂S₄+3NaI$?_{放電}^{充電}$2Na₂S₂+NaI₃，裝置Ⅱ為電解池的示意圖．當閉合開關S時，電極X附近溶液先變紅．此時，電極B上發生反應的電極反應式為NaI₃+2Na⁺+2e^-=3NaI．電極Y上發生氧化（填“氧化”、“還原”）反應．裝置Ⅱ溶液的體積為100mL，電解結束后若X極生成1.12L（已換算成標準狀況）氣體，則此時溶液的pH=14（假設溶液體積沒有變化）．

Answer 1

分析 由制備流程可知，碘與NaOH溶液反應生成NaI、NaIO₃，加入Fe與NaIO₃發生氧化還原反應生成NaI、氫氧化鐵，過濾后得到的NaI溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶可得到NaI，
（1）過濾后得到的NaI溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾可得到NaI；洗滌洗去碘化鈉表面附著的雜質，冰水混合物溫度低減少碘化鈉因溫度高溶解的損失；反應②是單質鐵與碘酸根離子之間的氧化還原反應，產物中生成氫氧化鐵，根據電子得失守恒書寫方程式；
（2）NaIO₃的檢驗可以根據碘酸根離子與碘離子在酸性條件下發生氧化還原反應生成碘單質，然后通過淀粉來檢驗碘單質的存在，從而確定碘酸鈉的存在；NaOH溶液的存在可以向溶液中滴加幾滴酚酞溶液，如果溶液顯紅色，說明氫氧化鈉的存在；
（3）當閉合開關S時，X極附近溶液變紅色，說明X極生成OH^-離子，為電解池的陰極，發生反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，則A為原電池的負極，B為原電池的正極，根據電池充、放電的化學反應方程式為Na₂S₄+3NaI$?_{放電}^{充電}$2Na₂S₂+NaI₃，可知，負極反應為2Na₂S₂-2e^-=2Na⁺+Na₂S₄，正極反應為NaI₃+2Na⁺+2e^-=3NaI，Y極為電解池的陽極，電極反應為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，以此解答該題．

解答 解：由制備流程可知，碘與NaOH溶液反應生成NaI、NaIO₃，加入Fe與NaIO₃發生氧化還原反應生成NaI、氫氧化鐵，過濾后得到的NaI溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶可得到NaI，
（1）過濾后得到的NaI溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾可得到NaI，洗滌洗去碘化鈉表面附著的雜質，冰水混合物溫度低減少碘化鈉因溫度高溶解的損失；反應②是單質鐵與碘酸根離子之間的氧化還原反應，產物中生成氫氧化鐵，離子方程式為2Fe+IO₃^-+3H₂O═2Fe（OH）₃+I^-，故答案為：加熱濃縮、冷卻結晶、過濾；洗滌除去表面可溶性雜質，同時盡量減少NaI的溶解損失；2Fe+IO₃^-+3H₂O═2Fe（OH）₃+I^-；
（2）NaIO₃的檢驗可以根據碘酸根離子與碘離子在酸性條件下發生氧化還原反應生成碘單質，然后通過淀粉來檢驗碘單質的存在，從而確定碘酸鈉的存在；NaOH溶液的存在可以向溶液中滴加幾滴酚酞溶液，如果溶液顯紅色，說明氫氧化鈉的存在，具體操作如下，首先將白色晶體溶于水，并滴2滴淀粉溶液，得到無色溶液，然后用兩支試管分別取兩溶液少許，在第一支試管中滴加硫酸，如果存在碘酸鈉，酸性條件下碘酸根離子與碘離子發生氧化還原反應生成碘單質，遇淀粉變藍色，在另一支試管中滴入無色的酚酞，如果溶液變紅，說明氫氧化鈉的存在，故答案為：

實驗方案	實驗現象	結論
加入足量的1 mol•L-1H2SO4
滴入幾滴酚酞溶液	溶液變紅

；
（3）當閉合開關S時，X極附近溶液變紅色，說明X極生成OH^-離子，為電解池的陰極，發生反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，則A為原電池的負極，B為原電池的正極，根據電池充、放電的化學反應方程式為Na₂S₄+3NaI$?_{放電}^{充電}$2Na₂S₂+NaI₃，可知，負極反應為2Na₂S₂-2e^-=2Na⁺+Na₂S₄，正極反應為NaI₃+2Na⁺+2e^-=3NaI，Y極為電解池的陽極，發生氧化反應，電極反應為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，裝置Ⅱ為電解食鹽水，X極發生電極反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，n（H₂）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，所以溶液中氫氧根離子的濃度為：$\frac{0.05×2}{0.1}$=1mol/L，所以溶液的pH為14，故答案為：NaI₃+2Na⁺+2e^-=3NaI；氧化； 14．

點評 本題考查物質制備實驗，明確制備流程中發生的反應及操作為解答的關鍵，涉及氧化還原反應及碘的特性，化學電源知識，注意從總反應式判斷兩極上的變化和電極反應式的書寫，注重基礎知識的考查，題目難度不大．