氧化还原反应与电极电位.doc

.第八章 氧化还原反应与电极电位首 页难题解析学生自测题学生自测答案章后习题答案难题解析 TOP 例 8-1 写出并配平下列各电池的电极反应、电池反应，注明电极的种类。 （1）(-) Ag,AgCl(s) |HCl |Cl2(100kp),Pt (+)（2）(-) Pb, PbSO4(s)| K2SO4KCl| PbCl2(s),Pb (+)（3）(-) Zn | Zn2+MnO4-, Mn2+, H+| Pt (+)（4）(-) Ag | Ag+ (c1)Ag+(c2) |Ag (+)析 将所给原电池拆分为两个电极。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，写出正、负极反应式，由正极反应和负极反应相加构成电池反应。解 （1）正极反应 Cl2+2e- 2 Cl 此电极为气体电极负极反应 Ag+Cl- AgCl(s)+e- 此电极为金属-难溶盐-阴离子电极电池反应 2Ag+Cl2 2AgCl(s) n=2（2）正极反应 PbCl2(s)+2e- Pb+2Cl- 此电极为金属-难溶盐-阴离子电极 负极反应 Pb+SO42- PbSO4(s)+2e-此电极为金属-难溶盐-阴离子电极 电池反应 PbCl2(s) +SO42-PbSO4(s) +2Cl- n=2（3）正极反应 MnO4- +8 H+5e- Mn2+ 4 H2O 此电极为氧化还原电极 负极反应 Zn Zn2+2e- 此电极为金属及其离子电极 电池反应 2MnO4- +16 H+5Zn2Mn2+8 H2O5Zn2+ n=10（4）正极反应 Ag+(c2) +e- Ag 此电极为金属及其离子电极 负极反应 Ag Ag+ (c1) + e- 此电极为金属及其离子电极 电池反应 Ag+(c2) Ag+ (c1) n=1例 8-2 25时测得电池 (-) Ag,AgCl(s) |HCl(c) |Cl2(100kp),Pt (+) 的电动势为1.136V，已知( Cl2/Cl-)=1.358V, ( Ag+/Ag)=0.799 6V，求AgCl的溶度积。析 首先根据电池电动势和已知的标准电极电位，由Nernst方程求出AgCl/Ag 。(2) AgCl的平衡AgCl(s)Ag+ + Cl-，方程式两侧各加Ag：AgCl(s) + Ag Ag+ + Cl- + AgAgCl与产物Ag组成AgCl/Ag电对；反应物Ag与Ag+组成Ag+/Ag电对。AgCl(s)的溶度积常数为：=。解 由电池表达式：正极反应 Cl2 + 2e- 2 Cl-，=+lg负极反应 Ag + Cl- AgCl(s) + e-，=lg电池反应 Cl2(g) + 2Ag 2AgCl(s)E =-(+lg)-(lg)=1.136V，将和数据带入1.136 V1.358 V1.136 V0.222V，又由 AgCl(s) + Ag Ag+ + Cl- + Ag=(0.222-0.799 6)V/0.059 16V-9.76Ksp(AgCl) = 1.7410-10例 8-3 在Ag+、Cu2+离子浓度分别为1.0010-2molL-1和1.00molL-1的溶液中加入铁粉，哪一种金属被先还原？当第二种金属离子被还原时，第一种金属离子在溶液中的浓度为多少？已知( Cu2+/Cu)=0.341 9V，(Ag+/Ag)=0.799 6V。析 首先根据电极电位判断物质氧化性或还原性的相对强弱。氧化能力的氧化型物质将首先被还原。随着反应进行，被还原金属离子浓度降低，电极电位减小，当减小到与第二种金属离子的电极电位相等时，第二种金属离子才能被还原。解 = 0.059 16VlogAg+ 0.799 6V + 0.059 16Vlg(1.0010-2) = 0.681 3 V= = 0.341 9 V由于，Ag+是较强氧化剂，当加入还原剂铁粉时首先被还原。当=时，Cu2+离子被还原。则= 0.799 6V+ 0.059 16VlgAg+ = 0.341 9V Ag+ = 1.8210-8（molL-1）例8-4 298K时电池(-)Pt,H2(100kp)|NaOH(aq)|HgO(s)|Hg(+)的=0.926V，反应H2(g)+O2(g) = H2O(l)的rHm= -285.84kJ mol-1。又： H2(g) O2(g) H2O(l) Hg(l) HgO(s)S/Jmol-1K-1 130.5 205.03 69.94 77.4 70.29试求分解反应 HgO(s)Hg(l) +O2(g)(1) 在298K时氧的平衡分压；(2) 假定反应热与温度无关，HgO在空气中能稳定存在的最高温度是多少？解 给定的电池反应：HgO(s)+ H2 Hg(l) +H2O(l) （1式）rGm= -nFE=-296 500Cmol-10.926V-178 718 Jmol-1由 H2(g) + O2(g)H2O(l) （2式）rGmH2O (l)rHmTrSm-285 840Jmol-1-298K(69.94-130.5-205.03) Jmol-1K-1-237 244 Jmol-11式2式得 HgO(s) Hg(l) + O2(g) （3式）rGm-178 718 Jmol-1-(-237 244 Jmol-1)58 526 Jmol-1(1) 由 rGmRTlnKp，lnKp=-rGm/RT = -58 526 Jmol-1/(8.314 Jmol-1K-1298K) = -23.62Kp=5.510-11= Kp2 =3.0310-21atm = 3.0710-19kPa(2) 反应 HgO(s) Hg(l) + O2(g) 的rSm =77.4 Jmol-1K-1+205.03 Jmol-1K-1-70.29 Jmol-1K-1=109.6 Jmol-1K-1 rHm = rGm + TrSm=58 526 Jmol-1298K109.6 Jmol-1K-1 = 91 187 Jmol-1当HgO在空气中能稳定存在时，=0.2 atm，Kp= 0.447再由 = =计算得 T2784.2K学生自测题 TOP 判断题 选择题 填空题 问答题 计算题一、判断题（对的打，错的打，共10分）1 CH4中C与4个H形成四个共价键，因此C的氧化值是4。 2 浓差电池Ag|AgNO3(c1)|AgNO3(c2)|Ag，c1（Sn2+/Sn）（Cd2+/Cd）B. （Pb2+/Pb）（Cd2+/Cd）（Sn2+/Sn）C. （Sn2+/Sn）（Pb2+/Pb）（Cd2+/Cd）D. （Sn2+/Sn）（Cd2+/Cd）（Pb2+/Pb）E. （Cd2+/Cd）（Sn2+/Sn）（Pb2+/Pb）17.下列原电池的符号中，书写正确的是 ( )A. (-) Zn|Zn2+(c)Cu2+(c)|Cu (+) B. (-) Zn2+(c)|ZnCu2+(c)|Cu (+)C. (-) Zn|Zn2+(c)Cu| Cu2+(c) (+) D. (-)Zn2+(c)|ZnCu| Cu2+(c) (+)E. (-) Zn,Zn2+(c)Cu2+(c),Cu (+)18.将银丝插入1L的下列溶液中组成电极，则电极电位最低的是 ( )A. 含AgNO3 0.1molB. 含AgNO3 0.1mol,含NaI 0.1molC. 含AgNO3 0.1mol,含NaBr 0.1molD. 含AgNO3 0.1mol,含NaCl 0.1molE. 含AgNO3 0.1mol,含NaNO3 0.1mol19.下述电池反应：2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ +10Cl2+8 H2O 的电子转移数n为 ( )A. 1 B. 2 C. 5 D. 8 E. 1020.下列说法中错误的是 ( )A. 在原电池中，正极发生氧化反应，负极发生还原反应B. 在原电池中，电极电位较高的电对是原电池的正极C. 在原电池中，电极电位较低的电对是原电池的负极D. 原电池的电动势等于正极的电极电位减去负极的电极电位E. 原电池的电动势越大，电池反应的趋势越大21.对于反应2Fe3+2Br-=2Fe2+Br2 和Fe3+Br-=Fe2+1/2Br2 ，在标态下，它们的 ( )A. 、r、都相等 B. 相等、r、不相等C. 、r相等、不相等 D. r相等、不相等E. 相等、r、不相等22.下列电池反应中，有关离子的浓度均减少一半时，电极电位值将增大的是 ( )A. Cl2+2e-=2Cl- B. Sn4+2e-=Sn2+ C. Fe2+2e-=FeD. 2H+2e-=H2 E. Ag+e-=Ag23.增加电池(-) Cu|Cu2+Ag+|Ag (+)电动势的方法是 ( )A. 正极加入氨水 B. 负极加氨水 C. 正极加NaClD. 负极加CuCl2 E. 正极加NaBr24.对于反应2BrO3-+3N2H42Br-+3N2+6H2O来说,方程rGm=-nFE中的n为 ( )A. 2 B. 6 C. 8 D. 12 E. 425.已知氢电极H+(c)/H2(100KPa)，Pt的电极电位为-0.059 2V，则H+应为 ( )A. 1molL-1 B. 0.1molL-1 C. 0.01molL-1D. 10molL-1 E. 0.001molL-1三、填空题（每空1分，共20分） TOP1. Fe3O4中Fe的氧化值为 ； Na2O2中O的氧化值为 。2.在氧化还原反应中，电对的电极电位值愈负的，其还原型物质 电子的倾向愈大，是愈强的 剂。3.对于 Mn+Xe-M（n-x）+ 的电极反应，若加入M （n-x）+的沉淀剂或络合剂，则此电极的电极电势将 ，Mn+的氧化性将 。4.已知= 1.51V，=1.09V，=1.28V，则最强的氧化剂是 ，最强的还原剂是 。5.已知Ag+/Ag和Ksp(Ag2CrO4)，则可推出Ag2CrO4/Ag,CrO42- 的表达式为 。6. 在原电池中除了两个电极外，另一个重要的装置是 ，其作用是 。7. 利用下列反应：Sn2+(0.001molL-1)+Cd2+(0.1molL-1) Sn4+(0.1molL-1) +Cd(s)组成原电池(298K)。该电池组成式 为 ，其中负极发生 反应，正极发生 反应。电池电动势为 ，电池反应的平衡常数lgK= 。（已知：= 0.154V，= -0.336V）8. 电池反应Zn+Cu2+Cu+Zn2+。若只增加Zn2+，电池的E将 ；若只增加Zn电极的表面积,电池的电动势E将 。9.在MnO4-+8H+5e- 2Mn2+ + 4H2O反应中，若使溶液的pH值增大，其电极电势 ，的 能力降低。四、问答题（20分） TOP1应用标准电极电位数据，解释下列现象：（1）为使Fe2+溶液不被氧化，常放入铁钉。（2）H2S溶液，久置常出现浑浊。（3）无法在水溶液中制备FeI3 。（= 0.77V， = -0.44V， = -0.141V， = 1.122V， = 0.54V）2当OH- = 0.01molL-1时，氧电极的电极电位是多少？与其标准状态的电极电位比较说明什么？（O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-， = 0.40V ）3同种金属及其盐溶液能否组成原电池？若能组成，盐溶液的浓度必须具备什么条件？4简述电极电位与物质氧化还原的关系。5在原电池中，根据电极上物质的相态与组成，通常将电极分为四大类，请分别写出这四类电极的名称，并各举一例说明（用电极符号）。五、计算题（25分） TOP1设计一原电池，计算AgCl的溶度积常数Ksp，并写出原电池的组成式。2已知(Cu2+/Cu) =0.340V，(Ag+/Ag) =0.799V，将铜片插入0.1molL-1 CuSO4 溶液中和银片插入0.1 molL-1 AgNO3 溶液中组成原电池。(1)计算各个电极的电极电位，写出原电池符号。(2)写出电极反应和电池反应。(3)计算电池反应的平衡常数。3计算下列反应组成电池的、rGm、K及rGmSn2+(0.1 molL-1) + Hg2+(0.1 molL-1) = Sn4+(0.1 molL-1) + Hg(l)已知(Sn4+/Sn2+) =0.151V, (Hg2+/Hg) =0.851V。4反应MnO2 + 4Cl- + 4H+ = MnCl2 + Cl2 + 2H2O(1) 判断标准状态时反应进行的方向。(2) 当使用浓盐酸H+=Cl-=12 molL-1，Mn2+、均为标准状态时，判断反应自发进行的方向。(已知：= 1.224V，= 1.358V )学生自测答案 TOP一、判断题1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.二、选择题1.D 2.E 3.D 4.D 5.B 6.E 7.A 8.B 9.B 10.A 11.B 12.E 13.D 14.A 15.C 16.A 17.A 18.B 19.E 20.A 21.B 22.A 23.B 24.D 25.B 三、填空题1.，-12.失去，还原3.增大，增强4.，Br-5. (Ag2CrO4/Ag,CrO42-) =Ag+/Ag +log Ksp(Ag2CrO4)6. 盐桥；离子导体和中和半电池中的电荷，维持电中性。7. (-) Cd|Cd2+(0.1molL-1)|Sn4+(0.1molL-1)，Sn2+(0.001molL-1) |Pt (+)，氧化，还原，0.541 6，0.9768.降低，不变9.下降，氧化四、简答题1 (1)由于，所以溶液中Fe2+易被氧化成Fe3+。当有铁钉存在时，低电极电位的还原剂能够还原高电极电位的氧化剂，所以Fe能将Fe3+还原成Fe2+，反应式为：2 Fe3+Fe3Fe2+。(2) 因为，所以H2SH2OS可自发进行，久置常出现浑浊。(3) 因为，溶液中的Fe3+和I-能自发进行反应。2= += 0.52V。因为，降低OH-，值升高，说明降低电对中还原型物质会使值升高，还原型物质还原能力降低，氧化型物质氧化能力增强。3同种金属及其盐溶液也能组成原电池。但组成原电池的两个半电池中金属离子浓度必须不同，正极盐溶液的浓度大于负极盐溶液的浓度。4电极电位的高低反映了氧化还原电对中氧化型和还原型物质得失电子的难易程度，而物质的氧化还原性也是与其得失电子的能力有关的，所以电极电位的高低同样反映了物质的氧化还原性。一般电极电位愈高，电对中氧化型物质的氧化性愈强，而其还原型物质的还原性愈弱；电极电位愈低，电对中的还原型物质的还原性愈强，而其氧化型物质的氧化性愈弱。5略。五、计算题1 设计以银电极和氯化银电极组成的原电池(-) Ag(s)|AgNO3|KCl|AgCl(s)，Ag (+)正极反应AgCl(s)+e- Ag +Cl- 负极反应 Ag - e- Ag+ 电池反应 AgCl(s) Ag+ + Cl- （此反应的平衡常数即为Ksp）= 0.223V0.799V0.576V=9.74Ksp=1.8210-102(1) 铜电极的=0.310 V ;银电极的=0.740 V ,故银电极为正极。电池符号为 （）Cu|Cu2+(0.1 molL-1) | Ag+(0.1 molL-1)|Ag （）(2) 正极反应 Ag+ e- Ag；负极反应 Cu 2e- Cu2+电池反应 2Ag+ Cu 2Ag + Cu2+ ， n=2(3) =0.459V，n=2 ，logK=n/0.05916，K=3.310153(1) =0.700V，n=2(2) rGm= - nF= 135.1KJ/mol(3) logK=n/0.05916, K= 4.61023(4) E = 0.67V,n=2, rGm =nFE= 129.3 KJmol-14(1) =1.224V1.358V= -0.134V0 标准状态时反应逆向自发进行。(2) H+=Cl-=12 molL-1，Mn2+、均为标准状态时。电极反应：MnO2 + 4H+ + 2e- = Mn2+ + 2H2O= +lg=1.224V0.059 16V/2lg124=1.342V电极反应：Cl2 + 2e- = 2Cl-= +log =1.358Vlog(1/122) =1.294V=1.342V1.294V = 0.048V0此反应正向进行。这就是实验室通常用浓盐酸制备氯气的道理。章后习题答案 TOP1化合物中划线元素的氧化值分别为：6；2；4；4；5；1；1；6。2 2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ 2Mn2+ + 52 + 8H2OCr2O72- +3SO32-+ 8H+ 2Cr3+ 3SO42-+ 4H2OAs2S3 + 5ClO3- 5H2O 5Cl- + 2AsO42- + 3SO42- + 10H+3作用是：离子导体和中和半电池中的电荷，维持电中性。4氧化剂能力增强顺序：Zn2+、Fe3+、MnO2、Cr2O72-、Cl2、MnO4-还原剂能力增强顺序： Cl-、Cr3+、Fe2+、H2、Li5(1)（） Zn(s)Zn2+(aq)Ag+(aq)Ag(s) （）(2)（）Pt, Cl2(g)Cl-(aq)Cr3+(aq) , Cr2O72-(aq), H+(aq)Pt(s) （）(3)（）PtFe2+(aq), Fe3+(aq)IO3-(aq),H+(aq)I2(s),Pt(s) （）6只要找到的氧化还原电对的电极电位处于两个电对的电极电位之间即可。7(1)GnFE；(2)与W无直接关系；(3)E8(1) n=2，+= -0.068 V(2) n=6，+= 0.818 V(3) n=2，+ = 1.107 V9（MnO4-/Mn2+）=1.507V，(Br2/Br-)=1.066V，(I2/I-)=0.535V(1) pH=0.0 时，即为标准状态，MnO4-离子能氧化 I- 和 Br- 离子。(2) (MnO4-/Mn2+) =(MnO4-/Mn2+)+1.507 V0.059 16 V5.58/50.986 V故此时，MnO4-离子只能氧化 I-离子不能氧化Br-离子。10(1) 反应的离子方程式为：2ClO2(aq)+Cl2(g) = 2ClO2(g)+2Cl(aq) E=1.358V-0.954V = 0.404V 296 500 Cmol-10.404V77 972 Jmol-1 lgK = 20.404V/0.059 16V，K = 4.51013 (2) 6ClO2(g)+ 3H2O = 5ClO3-(aq) + Cl-(aq) +6H+11(1) 标准状态下，当钴金属溶于1.0 molL-1硝酸时，反应生成的是Co2+ 。(2) 电极电位相差0.3V，故改变硝酸的浓度不能改变(1)中的结论。12 +，E=0.241 2V0.059 16V(-pH) = 0.420 V = 0.420VpH3.02。13pH升高，H浓度下降。据半反应，没有H+参与的氧化性不变；H在氧化型一边的电极电位下降，氧化性减弱；H在还原型一边的电极电位上升，氧化性增强。还应注意酸碱不同介质中氧化型和还原型物质的形式。14右(Cu2+/ Cu)+(1.010-1)(Cu2+/ Cu)0.029 6V左(Cu2+/ Cu)+ (1.010-4)(Cu2+/ Cu)0.118 4V右边为正极，左边为负极。E = 0.118 4V0.029 6V = 0.088 8 V15(Cd2+/Cd) = -0.403V；(Zn2+/Zn) = -0.762V(Cd2+/Cd) -(Zn2+/Zn) = -0.403V - (-0.762V) = 0.359V0.388 4V = 0.359V - Zn2+ = 0.02 molL-116将两个电极组成原电池；Hg22+ SO42Hg2SO4(s)0.797V-0.612V0.185lgK= 2/0.059 16，K= 1.8106Ksp = = 5.610717(Hg2Cl2/Hg) = (Hg2Cl2/Hg) -0.327V0.268VCl- = 0.1 molL-118根据 4.0H+= 1.010-4 molL-1又 c = 0.01 molL-1Ka = = 1.010-6Exercises1 ( I2/ I-)=0.535V； ( Br2/ Br-)=1.066VlgK =-17.95K = 1.