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第五章氧化还原反应 作业参考答案 第2题 P120 用氧化数法或离子电子法配平下列方程式 2 K2Cr2O7 H2S H2SO4 K2SO4 Cr2 SO4 3 S H2O 7 MnO4 H2O2 H Mn2 O2 H2O 解法一 氧化数法 标出被氧化和被还原的元素原子的氧化数 确定氧化数增加或减少的数值 可采用 线桥 来表示 乘以相应系数 使增 减氧化数相等 2 K2Cr2O7 H2S H2SO4 K2SO4 Cr2 SO4 3 S H2O Cr2 SO4 3 3 K2Cr2O7 6 3 2 0 H2S H2SO4 K2SO4 S 氧化数降低3 2 氧化数升高2 3 3 K2Cr2O7 3H2S 4H2SO4 K2SO4 Cr2 SO4 3 3S 7H2O H2O 配平反应前后氧化数未发生变化的原子数 7 MnO4 H2O2 H Mn2 O2 H2O Mn2 5 MnO4 7 2 1 0 H2O2 H O2 氧化数降低5 氧化数升高1 2 5 5 H2O 2 2 2 标出被氧化和被还原的元素原子的氧化数 确定氧化数增加或减少的数值 可采用 线桥 来表示 乘以相应系数 使增 减氧化数相等 配平反应前后氧化数未发生变化的原子数 2MnO4 5H2O2 2Mn2 5O2 6H 8H2O 解法二 离子电子法 2 K2Cr2O7 H2S H2SO4 K2SO4 Cr2 SO4 3 S H2O 将反应物和产物以离子形式写出 Cr2O72 H2S H Cr3 S H2O 将氧化还原反应分为两个半反应 一个发生氧化反应 另一个发生还原反应 H2S SCr2O72 H Cr3 H2O 分别配平两个半反应 H2S 2e S 2H Cr2O72 14H 6e 2Cr3 7H2O 确定两个半反应得 失电子数的最小公倍数 将两个半反应分别乘以相应系数 使其得 失电子数相等 再将两个半反应合并为一个配平的氧化还原反应的离子方程式 最后改写成化学方程式 K2Cr2O7 3H2S 4H2SO4 K2SO4 Cr2 SO4 3 3S 7H2O 7 MnO4 H2O2 H Mn2 O2 H2O 将氧化还原反应分为两个半反应 一个发生氧化反应 另一个发生还原反应 H2O2 O2MnO4 H Mn2 H2O 分别配平两个半反应 H2O2 2e O2 2H MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 确定两个半反应的得 失电子数相等 再将两个半反应合并即可 第14题 P121 对照电极电势表 1 选择一种合适的氧化剂 它能使Sn2 变成Sn4 Fe2 变成Fe3 但不能使Cl 变成Cl2 2 选择一种合适的还原剂 它能使Cu2 变成Cu Ag 变成Ag 但不能使Fe2 变成Fe 解 查表得P459附录十四得各电对的电极电势 1 所选择的氧化剂 其相应的电极电势必须大于 Sn4 Sn2 0 154V和 Fe3 Fe2 0 771V 但必须小于 Cl2 Cl 1 36V 根据P459附录十四可查得 NO3 NO2 0 80V NO3 HNO2 0 94V NO3 NO 0 96V HNO2 NO 1 00V Br2 Br 1 07V ClO4 ClO3 1 19V O2 H2O 1 229V MnO2 Mn2 1 23V 等 可见 HNO3 HNO2 Br2 HClO4 O2和MnO2等均能使Sn2 变成Sn4 Fe2 变成Fe3 但不能使Cl 变成Cl2 2 所选择的还原剂 其相应的电极电势必须小于 Cu2 Cu 0 337V和 Ag Ag 0 799V 但必须大于 Fe2 Fe 0 440V 根据P459附录十四可查得 SO42 H2SO3 0 17V Sn4 Sn2 0 154V S H2S 0 141V H H2 0 0000V 等 可见 H2SO3 Sn2 H2S和H2等均能使Cu2 变成Cu Ag 变成Ag 但不能使Fe2 变成Fe 第16题 P121 利用电极电势表 计算下列反应在298K时的 rG 1 Cl2 2Br 2Cl Br2 2 I2 Sn2 2I Sn4 3 MnO2 4H 2Cl Mn2 Cl2 2H2O 解 查P459附录十四得各电对的电极电势 1 Cl2 2Br 2Cl Br2正极反应 Cl2 2e 2Cl 负极反应 2Br 2e Br2则原电池的电动势 E Cl2 Cl Br2 Br 1 36 1 07 0 29V rG z F E 2 96500C mol 1 0 29V 55970J mol 1 55 97kJ mol 1 0 2 I2 Sn2 2I Sn4 正极反应 I2 2e 2I 负极反应 Sn4 2e Sn4 则原电池的电动势 E I2 I Sn4 Sn2 0 5345 0 154 0 3805V rG z F E 2 96500C mol 1 0 3805V 73437J mol 1 73 44kJ mol 1 0 3 MnO2 4H 2Cl Mn2 Cl2 2H2O正极反应 MnO2 4H 2e Mn2 2H2O负极反应 2Cl 2e Cl2则原电池的电动势 E MnO2 Mn2 Cl2 Cl 1 23 1 36 0 13V rG z F E 2 96500C mol 1 0 13V 25090J mol 1 25 09kJ mol 1 0 第19题 P122 过量的铁屑置于0 050mol L 1Cd2 溶液中 平衡后Cd2 的浓度是多少 解 P459附录十四得 Fe2 Fe 0 440V Cd2 Cd 0 403V 根据题意 该氧化还原反应为 Cd2 Fe Cd Fe2 其正极反应为 Cd2 2e Cd负极反应为 Fe 2e Fe2 则原电池的电动势 E Cd2 Cd Fe2 Fe 0 403V 0 440V 0 037V lgK z E 0 0592 2 0 037 0 0592 1 25 K 17 783 解之得 x 4 73 10 2mol L 1 则 平衡后Cd2 的浓度为0 050 4 73 10 2 2 7 10 3mol L 1 第21题 P122 如果下列原电池的电动势为0 500V 298K Pt H2 100kPa H mol L 1 Cu2 1 0mol L 1 Cu则溶液的H 浓度应是多少 解 P459附录十四得 Cu2 Cu 0 337V H H2 0 0000V 根据题意 该原电池的电动势 E Cu2 Cu H H2 0 337V H H2 0 500V则 H H2 0 163V 对于电极反应2H 2e H2 根据能斯特方程有 解之得 cH 1 76 10 3mol L 1 即 溶液的H 浓度应是1 76 10 3mol L 1 第23题 P122 已知 Ag Ag 0 799V Ksp AgBr 7 7 10 13 求下列电极反应的 AgBr e Ag Br AgBr Ag Br Ksp Ag Br 7 7 10 13 解 当 Br 1 0mol L 1时 而Ag e Ag Ag Ag 0 799V AgBr Ag Ag Ag 0 0592lg 1 Ksp 0 799 0 0592lg 7 7 10 13 1 0 082V Ag Ksp Br Ksp 相当于非标准状态时的 Ag Ag 此时cAg 与cBr 有关 第24题 P122 某根据电极电势解释下列现象 1 金属铁能置换Cu2 而Fe3 溶液又能溶解铜 2 H2S溶液久置会变混浊 3 H2O2溶液不稳定 易分解 4 分别用NaNO3溶液和稀H2SO4溶液均不能把Fe2 氧化 但两者混合后就可将Fe2 氧化 5 Ag不能置换1mol L 1HCl中的氢 但可置换1mol L 1HI中的氢 解释 根据对角线关系 将各标准电极电势 按由小到大排列后 电势表左下方的物质能和右上方的物质发生反应 1 金属铁能置换Cu2 而Fe3 溶液又能溶解铜 反应方向 Cu2 Fe Cu Fe2 金属铁置换Cu2 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 Fe3 溶液溶解铜 解释 根据对角线关系 将各标准电极电势 按由小到大排列后 电势表左下方的物质能和右上方的物质发生反应 2 H2S溶液久置会变混浊 反应方向 O2 2H2S 2H2O 2S 白色沉淀 因此 H2S溶液久置会被空气中的O2所氧化 生成白色的S沉淀而变混浊 3 H2O2溶液不稳定 易分解 解释 氧元素的电势图 酸性溶液 如下 由氧元素电势图可知 对于H2O2而言 其 右 1 77V 左 0 682V 所以H2O2会发生岐化反应 2H2O2 O2 2H2O 也就是说 H2O2溶液不稳定 易分解成O2和2H2O 4 分别用NaNO3溶液和稀H2SO4溶液均不能把Fe2 氧化 但两者混合后就可将Fe2 氧化 解释 各标准电极电势 如下 SO42 4H 2e H2SO3 H2O SO42 H2SO3 0 17VFe3 e Fe2 Fe3 Fe2 0 771VNO3 4H 3e NO 2H2O NO3 NO 0 96V 由此可见 H2SO4与Fe2 之间并不符合对角线关系 且二者的电极电势相差较大 因此 稀H2SO4溶液不能把Fe2 氧化 此外 NO3 NO 0 96V Fe3 Fe2 0 771V 即HNO3与Fe2 之间符合对角线关系 虽然如此 在中性条件下 NO3 NO 0 407V Fe3 Fe2 0 771V 故也不能将Fe2 氧化 但在酸性条件下 将NaNO3溶液与稀H2SO4溶液混合后 就可将Fe2 氧化 NO3 NO的计算 假设NO3 aq 及NO g 均为标准状态 5 Ag不能置换1mol L 1HCl中的氢 但可置换1mol L 1HI中的氢 解释 倘若上述置换反应均能发生时 则生成的Ag 将很快与Cl 或I 结合成AgCl或AgI沉淀 故应考察 AgCl Ag AgI Ag 与 H H2之间的关系 各标准电极电势 如下 AgI e Ag I AgI Ag 0 152V2H 2e H2 H H2 0 0000VAgCl e Ag Cl AgCl Ag 0 2223V 反应方向 2Ag 2H 2I 2AgI H2 Ag置换HI中