第五章 氧化还原反应与电化学.doc

第五章 氧化还原反应与电化学习题与解答1下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。 （1）氧化数就是某元素的一个原子在化合态时的电荷数。答：不确切，氧化数是某元素的一个原子在化合态时的形式电荷数。 （2）所有参比电极的电极电势皆为零。答：错，只有氢标准氢电极的电极电势为零，其它不为零。 （3）因为rGm的值与化学反应计量方程式的写法（即参与反应物质的化学计量数）有关，因此也是如此。答：错，因电极电势的数值反映物种得失电子的倾向，这种性质应当与物质的量无关，因此与电极反应式的写法无关。对电极反应a氧化态 + z e- = b还原态则有；如果电极反应为 na氧化态 + nze- = nb还原态，则有 = ，与上式相同。而是指氧化态与还原态都是单位浓度（或标准态压力）时的，因此与电极反应方程式写法无关，也是如此。因rGm = ，而，所以rGm与化学计量数有关，故也是如此，与化学反应方程式写法有关。 （4）插入水中的铁棒，易被腐蚀的部位是水面以下较深部位。答：错，水面下的接近水线处的铁棒容易被腐蚀。 （5）凡是电极电势偏离平衡电极电势的现象，都称之为极化现象。答：对。 2选择题（将正确答案的标号填入空格内，正确答案可以不止一个） （1）为了提高Fe2(SO4)3的氧化能力，可采用下列那些措施（ ）。 增加Fe3+的浓度，降低Fe2+的浓度； 增加Fe2+的浓度，降低Fe3+的浓度； 增加溶液的pH值； 降低溶液的pH值。 （1）的正确答案是。 （2）极化的结果总是使（ ）。 正极的电势升高，负极的电势降低； 原电池的实际工作电压小于其电动势； 电解池的实际分解电压大于其理论分解电压。（2）的正确答案是 。3试比较下列情况下铜电极电位的高低，并说明依据。 （1）铜在0.01molL-1CuSO4溶液中；（2）铜在加有Na2S的0.01molL-1CuSO4溶液中。解：,S2+Cu2+ =CuS，使Cu2+降低，降低。所以（2）中的电极电势较低。4试说明下列现象产生的原因。 （1）硝酸能将铜氧化，而盐酸却不能；答：因为（V）说明：由Nernst方程 可以看出，浓度的影响在对数项中；影响不太大，一般情况下（除非象或这些电对），时即可以根据的相对大小判断反应方向。 （2）Sn2+与Fe3+不能在同一溶液中共存； 答：因为 ，Fe3+Sn2+= Fe2+Sn4+，所以Sn2+与Fe3+不能在同一溶液中共存。 （3）氟不能用电解含氟化合物的水溶液制得。答：很高，氟的氧化性非常强，能将水分解，释放氧气，同时生成氟化氢。 5利用电极电势的概念解释下列现象。 （1）配好的Fe2+溶液要加入一些铁钉；答：（；）因发生归一反应，既，加入铁钉可以减缓Fe2+被氧化为Fe3+的速度，（即使加入铁钉也不能完全防止Fe2+被氧化为Fe3+。） （2）H2SO3溶液不易保存，只能在使用时临时配制；答：由V可以看出，很容易被空气中的氧气所氧化，难以保存。 （3）海上船舰常镶嵌镁块、锌块或铝合金块，防止船壳体的腐蚀。答：被镶嵌的镁、锌、铝合金都比较活泼，电势都较低，与船体相连后作为腐蚀电池的阳极被腐蚀，而将作为阴极的船体保护起来。 6铜制水龙头与铁制水管接头处，哪个部位容易遭受腐蚀？这种腐蚀现象与钉入木头的铁钉的腐蚀在机理上有什么不同？试简要说明之。答：铜与铁在水中能形成腐蚀原电池，铁作为阳极被腐蚀，铜为阴极促进了铁的腐蚀，发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，而钉入木材的铁钉的腐蚀是差异充气腐蚀。 7填充题（1）由标准氢电极和标准镍电极组成原电池，测得其电动势为 0.23V，则该原电池的正极为 标准氢电极 ， 负极为标准镍电极（查表） ，此电池的反应方向为 2H+ + Ni = H2 + Ni2+，镍电极的标准电极电势为 -0.23 ，当c（Ni2+）降到0.01molL-1时，原电池电动势 降低 。答案为（标准氢电极）（负极为标准镍电极）（2H+ + Ni = H2 + Ni2+）（-0.23）（降低）。8写出下列物质中元素符号右上角标 * 元素的氧化数。 KCl*O3 Cu2*O Na2O2* S8* Na2S2*O3 Na2S4*O6 O*F2 K2Cr2*O7 N2*O N*H Pb*3O4 N2*H4（肼） AlN*（氮化铝）答： 物质KCl*O3Cu2*ONa2O2*S8*Na2S2*O3Na2S4*O6O*F2氧化数+5+1-10+2+2.5+2物质K2Cr*2O7N*2ON*H4+Pb*3O4N2*H4AIN*氧化数+6+1 3+8/3239如果将下列氧化还原反应装配成电池，试用符号表示所组成的原电池。 （1）Zn（s）+ Ag+（aq） = Zn2+（aq）+ Ag（s） （2）Cu（s）+FeCl3（aq） = CuCl（aq）+ FeCl2（aq） （3）Sn2+（aq）+2Fe3+（aq） = Sn4+（aq）+ 2Fe2+（aq） （4）Zn（s）+2HCl（aq） = ZnCl2（aq）+ H2（g） （5）MnO4-（0.1molL-1）+8H+（10-4molL-1）+ 5Fe2+（0.1molL-1） = Mn2+（0.1molL-1）+ 5Fe（0.1molL-1）+ 4H2O（l）解：(1) () Zn | Zn2+ (C1) | Ag+ (C2) | Ag (+)(2) () Cu | Cu+ (c1) | Fe3+ (c 2), Fe2+ (c 3) | Pt (+)(3) () Pt | Sn2+ (c 1), Sn4+ (c 2) | Fe3+ (c 3), Fe2+ (c 4) | Pt (+)(4) () Zn | Zn2+ (c 1) | H+ (c 2) | H2 （p），(Pt) (+)(5) () Pt | Fe2+ (0.1 molL-1), Fe3+ ( 0.1molL-1) |MnO-4 (0.1molL-1), Mn2+ (0.1mo1L-1), H+ (10-4 mo1L-1) | Pt (+)10下列物质SnCl2、FeCl2、KI、Zn、H2、Mg、Al、HS2-在一定条件下都可以做还原剂。试根据标准电极电势数据，把这些物质按其还原能力递增顺序重新排列，并写出它们对应的氧化产物。解：还原能力由低到高的排列顺序（氧化产物写在括号中）是：FeCl2 (Fe3+), KI (I2), SnCl2 (Sn4+), H2 (H+),S2-（S），Zn (Zn2+), Al (Al3+)，Mg (Mg2+)。11判断下列反应在标准态时进行的方向，如能正向进行，试估计进行的程度大小。 已知 （1）Fe（s）+ 2Fe3+（aq） = 3Fe2+（aq） （2）Sn4+（aq）+2Fe2+（aq） = Sn2+（aq）+ 3Fe3+（aq）判断下列反应在标准态时进行的方向，并估计进行的限度。解：（1） 反应正向进行。1gK; K=1041 ; 反应进行程度很大。（2）； 反应逆向进行。12在pH分别为3和6时，KMnO4能否氧化I - 和Br- 假设MnO4-被还原成Mn2+，且c（MnO4-）= c（Mn2+）= c（I-）=c（Br-）=1molL-1。解： pH=3时，反应式为(MnO4 / Mn2+) = 1.507+ = 1.507 += 1.507 0.283 = 1.224V （ 已知：（Br2 / Br-）=1.066V, (I2 / I - ) = 0.536V ） 1.224V ( Br2 / Br-) (I2 / I -)； 可以氧化溴离子和碘离子。 pH = 6 中性应该还原成MnO2，反应式为 () = 0.509 + 若设还原产物为Mn2+，可按中的关系式算出(MnO4 / Mn2+) = 0.941(Br2 / Br- ) 0.941 (I2 / I - ) 可氧化碘离子，不能氧化溴离子。13今有一种含有Cl-、Br-、I-三种离子的混合溶液，欲使I - 氧化成I2，又不使Br-、Cl- 离子氧化，在常用氧化剂Fe2(SO4)3和KMnO4中应选哪一种？解：查表：( Br2 / Br-) =1.066V, ( I2 / I-)=0.535V, (C12 / C1)=1.358V； (Fe3+ / Fe2+) = 0.77V, (MnO4 / Mn2+) = 1.507V； (MnO4 / Mn2+) (C12 / C1-) (Br2 / Br -) (Fe3+ / Fe2+) (I2 / I-), 标态下, 只能选用硫酸铁。14由标准钴电极和标准氯电极组成原电池，测得其电动势为1.63V，此时钴为负极，现知氯的标准电极电势为+1.36V，问： （1）此电池的反应方向？ （2）钴的电极电势为多少？ （3）当氯气的分压增大时，电池电动势将如何变化？ （4）当c（Co2+）降到0.01molL-1时，通过计算说明电动势又将如何变化？解：（1）电池总反应：Co + C12 = Co2+ + 2C1- E=1.63V 0 正向进行。（2）E= (C12 / C1 ) (Co2+ / Co) (Co2+ / Co) = 1.36 1.63 = - 0.27 V (3) (C12 / C1 )=(C12 / C1 ) + E =(C12 / C1 ) (Co2+ / Co)若氯气分压增大，则(C12 / C1 )增加, 电动势将增大。（4）(Co2+ / Co) = (Co2+ / Co) + = - 0.27 + 0.01 =0.329 V, 若c (Co2+)降低，则(Co2+ / Co)降低, 电动势升高。 15由两个氢半电池Pt，H2（）H+（0.1molL-1）和Pt，H2（）H+（xmolL-1）组成一原电池，测得该原电池的电动势为0.016V，若Pt，H2（）H+（xmolL-1）作为该原电池的正极，问组成该半电池的溶液中H+浓度是多少？解： E = （H+ / H2）正 - （H+ / H2）负0.016=(H+/H2)+c2(H+)正(H+/H2)+c2(H+)负0.016 = 0 + c2(H+) - 0.12 0.043 = c2(H+) 1g c (H+) = = 0.729 ； c (H+) = 0.187 molL116根据下列反应（假设离子浓度均为1molL-1） Ni（s）+ Sn2+（aq） = Ni2+（aq）+ Sn（s） Cl2（g）+2Br-（aq） = Br2（g）+ 2Cl-（aq） 试分别计算： （1）它们组成原电池的电动势，并指出正负极； （2）25时的平衡常数； （3）反应的标准吉布斯函数变。解：（1）反应方程式： Ni(s) + Sn2+ (aq) = Ni2+ (aq) + Sn(s)E=(Sn2+ / Sn) ( Ni2+ / Ni) = 0.1375 ( 0.257) = 0.1195 (V) 0 锡电极为正极：镍电极为负极。1gK= 4.05 K=1.122104rGm= RT InK=8.31410 - 3298In(1.122104) = 23.1 kJmol1（2）反应方程式：C12 + 2Br = Br2 + 2C1E=(C12 / C1-) (Br2 / Br - ) = 1.358 1.066 = 0.292 (V)正极：(Pt)C12, 负极：(Pt)Br21gK= 9.90 K= 7.910 9rGm= - RTInK= -8.314 10 - 3 298 In (7.910 9) = - 56.5 kJmol117对于由电对MnO-4/Mn2+与Zn2+/Zn组成的原电池 （1）计算298K下，当c(MnO-4) = c(Mn2+) = c(Zn2+) =1molL-1，c(H+) = 0.1molL-1时，该电池的电动势，该氧化还原反应的，并说明该氧化还原反应进行的方向。 （2）求该氧化还原反应在298K时的lgK。 （3）当温度升高时，