第4章 电化学基础与金属腐蚀(课后习题及参考答案)Yao.docx

第四章 电化学基础与金属腐蚀1）查出下列电对的标准电极电势值，判断各组中哪种物质是最强的氧化剂？哪种物质是最强的还原剂？ MnO/Mn, Fe/Fe; Cr2O/Cr，CrO/Cr ; Cu/Cu，Fe/Fe，Fe/Fe。解： MnO/Mn, Fe/Fe (MnO/Mn) = 1.51 V ; (Fe/Fe) = 0.771 MnO4- (+ H+)是最强的氧化剂，Fe2+是最强的还原剂。 Cr2O/Cr，CrO/Cr (Cr2O/Cr) = 1.232 V ; ( CrO/Cr) = 1.2 V Cr2O72- (+ H+)是最强的氧化剂，Cr是最强的还原剂。 Cu/Cu，Fe/Fe，Fe/Fe (Cu/Cu) = 0.3419 V ; (Fe/Fe) = 0.771 V ; (Fe/Fe) = 0.447 V Fe3+是最强的氧化剂，Fe是最强的还原剂。2）对于下列氧化还原反应： 指出哪个物质是氧化剂，哪个物质是还原剂? 写出氧化反应以及还原反应的半反应式(需配平)。 根据这些反应组成原电池，分别写出各原电池表示式。 (a) 2Ag+ Cu(s) 2Ag(s) + Cu (b) Ni(s) + Sn Ni+ Sn (c) 2I+ 2FeI2 + 2Fe(d) Pb(s) +2H+ 2Cl PbCl2(s) + H2(g)解: (a) 2Ag+ Cu(s) 2Ag(s) + Cu Ag是氧化剂，Cu(s) 是还原剂。 半反应：还原反应 Ag+ e = Ag 氧化反应 Cu = Cu+ 2e 原电池符号：) CuCu AgAg (+ (b) Ni(s) + Sn Ni+ Sn Sn是氧化剂，Ni(s) 是还原剂。 半反应：还原反应 Sn + 2e= Sn 氧化反应 Ni(s) = Ni+ 2e 原电池符号：) NiNi Sn, SnPt (+ (c) 2I+ 2FeI2 + 2Fe Fe是氧化剂，I是还原剂。 半反应：还原反应 Fe+ e= Fe 氧化反应 2II2 + 2e 原电池符号：) Pt, I2I Fe, FePt (+ (d) Pb(s) +2H+ 2Cl PbCl2(s) + H2(g) H是氧化剂，Pb(s)是还原剂。 半反应：还原反应 2H+ 2e= H2(g) 氧化反应 Pb(s) + 2ClPbCl2(s) + 2e 原电池符号：) Pb, PbCl2Cl HH2，Pt (+3）根据电对Cu/Cu、Fe/Fe、Fe/Fe的标准电极电势值，指出下列各组物质中，哪些可以共存，哪些不能共存，并说明理由。 Cu, Fe; Fe, Fe; Cu, Fe; Fe, Cu; Cu , Fe。 解：(Cu/Cu) = 0.3419 V ; (Fe/Fe) = 0.771 V ; (Fe/Fe) = 0.447 V (1)，(5)能共存，(2)，(3)，(4)不能共存。理由： 电对之间会发生反应。4）求下列电极在25时的电极反应的电势。 金属铜放在0.50 molL-1Cu2+离子溶液中； 在上述的溶液中加入固体Na2S，使溶液中的= 1.0 molL-1 (忽略加入固体引起的溶液体积变化)。解: 电极反应为 Cu2+ + 2e Cu (Cu/Cu) =(Cu/Cu) +lg = 0.3419+lg 0.5 = 0.333 0V (Cu/Cu) =(Cu/Cu) + lg = 1.0 molL-1， = (CuS)，则： (Cu/Cu) =(Cu/Cu) + lg(CuS) = 0.3419V + lg(6.310) = 0.6995 V5）写出下列原电池的电极反应和电池反应 （）Ag , AgCl(s)Cl Fe, FePt （）; （）PtFe, Fe MnO, Mn, HPt （）。解： 电极反应为： （）Ag + Cl= AgCl(s) + e （）Fe+ e= Fe 电池反应为：Ag + Fe+ Cl= AgCl(s) + Fe 电极反应为： （）Fe= Fe+ e （）MnO+ 8H+ 5e= Mn+ 4 H2O 电池反应为：MnO+ 5Fe+ 8H= Mn+ 5Fe+ 4H2O6）将下列反应设计成原电池 Sn+2 Fe 2Fe+ Sn4+ 计算原电池的标准电动势； 计算反应的标准摩尔吉布斯函数变； 写出此电池表示式； 计算=1.0010-2 molL-1以及 时，原电池的电动势。解：= 0.771V 0.151V =0.620 V = 2964850.620 =119.64 kJ mol 此电池表示式为：（）PtSn, Sn Fe, FePt （） + lg= 0.151V + lg = 0.2102 V + lg= 0.771V + lg= 0.7118V 0.7118V 0.2102 V = 0.5016 V7）由钴电极和标准氢电极组成原电池。若=0.0100 molL-1时，原电池的电动势为0.339 V，其中钴为负极，计算钴电极的标准电极电势。 解：=0.339V = + lg=0.339V 又 = 0.0100 molL-1， = 0.2798V8）已知原电池 （）Pt，H2 (100 kPa)H(0.10 molL-1) H(x molL-1) H2 (100 kPa), Pt （）的电动势为0.016 V。求H+离子的浓度x值为多少？ 解：= 0.016 V = + lg= 0 + lg = 0.05917V lg x = + lg= 0 + lg = 0.005917 V = 0.05917V lg x+ 0.005917 V =0.016 V x = 0.1863 molL-19）计算25 时下列电对的标准电极电势 Ag2CrO4 + 2e 2Ag + CrO Fe(OH)3 + e Fe(OH)2 + OH解: lg = 1.0 molL-1， 查表得 ， + lg =0.4460V lg = 1.0 molL-1， ， 查表得 ， lg =0.545V10）判断下列氧化还原反应进行的方向（设离子浓度均为 1 molL-1）： Sn+2Fe Sn4+ + 2Fe 2Cr+3I2 + 7H2O Cr2O + 6I +14H+ Cu + 2FeCl3 CuCl2 + FeCl2解： Sn+2Fe Sn4+ + 2Fe (Fe/Fe) = 0.771 V(Sn/Sn) = 0.151 V 此反应正向进行。 2Cr+3I2 + 7H2O Cr2O + 6I +14H+ ( Cr2O/ Cr) = 1.232 V( I2/ I) = 0.5353 V 此反应逆向进行。 Cu + 2FeCl3 CuCl2 + FeCl2 (Fe/Fe) = 0.771 V(Cu/Cu) = 0.3419 V 此反应正向进行。11）在pH=3.0时，下列反应能否自发进行？试通过计算说明之(除H+外，其它物质均处于标准状态下)。 Cr2O + H+ + Br Br2 + Cr+ H2O MnO + H+ + Cl Cl2 + Mn+ H2O解： Cr2O + H+ + Br Br2 + Cr+ H2O 氧化反应: 2Br = Br2 + 2e ( Br2/ Br) =( Br2/ Br) =1.066V 还原反应: Cr2O + 14H+ + 6e = 2Cr+ 7 H2O (Cr2O/ Cr) =( Cr2O/ Cr) + lg = 1.232V + lg(10-3)14 = 0.8178V (Cr2O/ Cr) ( Br2/ Br) 反应不能自发向右进行。 MnO + H+ + Cl Cl2 + Mn+ H2O 氧化反应: 2Cl = Cl2 + 2e (Cl2/Cl) =( Cl2/Cl) =1.35827V (MnO/ Mn) =(MnO/ Mn) + lg = 1.507V + lg(10-3)8 = 1.223V ( MnO/ Mn) ( Cl2/Cl) 反应不能自发向右进行。 12）计算下列氧化还原反应的标准平衡常数 2Fe + Fe 3Fe Fe + I Fe + 1/2I2(s) 3Cu + 2NO + 8H+ 3Cu2+ + 2NO + 4H2O 解： 2Fe + Fe 3Fe (Fe/Fe) = 0.771 V ; (Fe/Fe) = 0.447 V lg =41.17 Fe + I Fe + 1/2I2(s) (Fe/Fe) = 0.771 V ; ( I2/I) =0.5353Vlg = 3Cu + 2NO + 8H+ 3Cu2+ + 2NO + 4H2O (Cu/Cu) = 0.3419 V; ( NO/ NO) = 0.957 Vlg =13）已知下列两个电对的标准电极电势如下:Ag+ + e Ag(s); (Ag/Ag) = 0.7996VAgI(s) + e Ag(s) + I ; (AgI/Ag) =0.1524V试计算AgI的溶度积。解：(AgI/Ag) = lg = 1.0 molL-1， ，则: (AgI/Ag) = 0.7996V + 0.05917V lg=0.1524V lg=16.089，=8.1410-1714）用两极反应表示下列物质的主要电解产物。 电解ZnSO4溶液，阳极用锌，阴极用铁； 电解熔融CuCl2，阳极用石墨，阴极用铁； 电解NaOH溶液，两极都用铂。解: 电解ZnSO4溶液，阳极用锌，阴极用铁； 阳极反应：Zn Zn2+ + 2e 阴极反应：Zn2+ + 2e Zn 总反应: Zn(阳) + Zn2+ = Zn(阴) + Zn2+ 电解熔融CuCl2，阳极用石墨，阴极用铁；阳极反应：Cl Cl2 + 2e 阴极反应：Cu2+ + 2e Cu总反应: CuCl2(熔融)= Cu + Cl2 电解NaOH溶液，两极都用铂。阳极反应：4OH O2 +2H2O + 4e 阴极反应：2H+ + 2e H2总反应: 2H2O = 2H2 + O215）电解镍盐溶液，其中0.10 molL-1，如果在阴极上只要Ni