大学化学课后习题答案第四章

1、第四章电化学与金属腐蚀1.是非题(对的在括号内填“+”,错的填“-”号(1取两根铜棒,将一根插入盛有0.1moldm-3CuSO4溶液的烧杯中,另一根插入盛有1moldm-3CuSO4溶液的烧杯中,并用盐桥将两只烧杯中的溶液连结起来,可以组成一个浓差原电池。( (2金属铁可以置换Cu2+,因此三氯化铁不能与金属铜反应。( (3电动势E(或电极电势的数值与反应式(或半反应式的写法无关,而标准平衡常数K的数据,随反应式的写法(即化学计量数不同而变。( (4钢铁在大气的中性或弱酸性水膜中主要发生吸氧腐蚀,只有在酸性较强的水膜中才主要发生析氢腐蚀。( (5有下列原电池(-Cd|CdSO4(1.0mol

2、dm-3|CuSO4(1.0moldm-3|Cu(+ 若往CdSO4溶液中加入少量Na2S 溶液,或往CuSO4溶液中加入少量CuSO45H2O晶体,都会使原电池的电动势变小。( 解:(1+;(2;(3+;(4+;(5。2.选择题(将所有正确答案的标号填入空格内(1在标准条件下,下列反应均向正方向进行:Cr2O72 - +6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+它们中间最强的氧化剂和最强的还原剂是_。(aSn2+和Fe3+(bCr2O72 -和Sn2+(cCr3+和Sn4+(dCr2O72 -和Fe3+(2有一个原电池由两个氢电极组成,其中有一个是

3、标准氢电极,为了得到最大的电动势,另一个电极浸入的酸性溶液设p(H2=100kPa应为(a0.1moldm-3HCl (b0.1moldm-3HAc+0.1molL-1NaAc(c0.1moldm-3Hac (d0.1moldm-3H3PO4(3在下列电池反应中Ni(s+Cu2+(aqNi2+(1.0moldm-3+Cu(s当该原电池的电动势为零时,Cu2+浓度为(a5.0510-27moldm-3(b5.7110-21moldm-3(c7.1010-14moldm-3(d7.5610-11moldm-3(4电镀工艺是将欲镀零件作为电解池的(;阳极氧化是将需处理的部件作为电解池的(。(a阴极(

4、b阳极(c任意一个极解:(1b;(2b;(3b;(4a,b。3.填空题(1有一种含Cl-、Br-和I-的溶液,要使I-被氧化而Cl-、Br-不被氧化,则在常用的氧化剂(aKMnO4酸性溶液,(bK2Cr2O7酸性溶液,(c氯水和(dFe2(SO43溶液中应选(为最适宜。(2有下列原电池(-pt|Fe2+(1mol dm-3 Fe3+(0.01mol dm-3|Fe2+(1mol dm-3 ,Fe3+(1mol dm-3|Pt(+该原电池的负极反应为(,正极反应为(。(3电解含有下列金属离子的盐类水溶液:Li+、Na+、K+、Zn2+、Ca2+、Ba2+、Ag+。(能被还原成金属单质;(不能被还

5、原成金属单质解:(1d(2Fe2+= Fe3+ e-; Fe3+ e-= Fe2+(3Zn2+、Ag+;Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+4.写出下列化学方程式的氧化反应及还原反应的半反应式(须配平。(1Zn+Fe2+=Zn2+Fe(22I-+2Fe3+=I2+2Fe2+(3Ni+Sn4+=Ni2+Sn2+(45Fe2+8H+MnO 4- =Mn2+5Fe3+4H2O解:(1负极Zn(s= Zn2+(aq+2 e-正极Fe2+(aq+2 e-= Fe(s(2 负极2I-(aq = I2(s +2 e-正极Fe3+(aq+ e-= Fe2+(aq(3 负极Ni(s= Ni2+(aq+2 e

6、-正极Sn4+(aq+2 e-= Sn2+(aq(4 负极Fe2+(aq = Fe3+(aq+ e-正极MnO 4-(aq+ 8H+(aq + 5e-= Mn2+(aq +4H2O(l5.将上题各氧化还原反应组成原电池,分别用图式表示各原电池。解:(1 (-Zn|Zn2+| Fe2+ | Fe (+(2 (-Pt| I2| I-|Fe2+,Fe3+|Pt(+(3 (-Ni | Ni 2+| Sn 2+, Sn 4+|Pt(+(4 (-Pt| Fe 2+,Fe 3+| Mn 2+, MnO 4- , H +|Pt(+6.参见标准电极电势表,分别选择一种合适的氧化剂,能够氧化:(1Cl - 成Cl

7、 2;(2Pb 成Pb 2+;(3Fe 2+成Fe 3+。再分别选择一种合适的还原剂,能够还原:(aFe 2+成Fe ;(bAg +成Ag ;(cNO 2- 成NO 。解:合适的氧化剂为(1酸化的MnO 4- (2 HNO 3 (3Cl 2合适的还原剂为(1Zn (2Sn 2+ (3I -本题非唯一答案,凡合理的其他答案均可。7.将锡和铅的金属片分别插入含有该金属离子的溶液中并组成原电池(用图式表示,要注明浓度。(1c(Sn 2+=0.0100moldm -3,c(Pb 2+=1.00moldm -3;(2c(Sn 2+=1.00moldm -3,c(Pb 2+=0.100moldm -3。分

8、别计算原电池的电动势,写出原电池的两电极反应和电池总反应式。解:查阅教材附录10可知:(1当(1 c (Sn 2+=0.0100moldm -3,c (Pb 2+=1.00moldm -3时: 故以锡电极作原电池负极,铅电极作正极。V1262.0Pb/Pb (Pb/Pb (V0.138V - /Sn (lg0.05917VSn/Sn (Sn/Sn (22222-=-=+=+=+c c n 0.126V - /PbPb (0.138V - Sn/Sn(22=+原电池图式为:(-Sn | Sn 2+(0.0100mol dm -3 | Pb 2+(1.00mol dm -3 | Pb(+正极反应:

9、Pb 2+2 e-= Pb负极反应:Sn +2 e-= Sn 2+2 e-电池总反应:Pb 2+ Sn= Pb+ Sn 2+原电池电动势:E=_-+= Pb/Pb (2+Sn/Sn (2+ =V 1262.0-(0.197V =0.071V(2当c (Sn 2+=1.00moldm -3,c (Pb 2+=0.100moldm -3时:Sn/Sn(2+=Sn/Sn (2+= 0.1375V 此时以铅电极为原电池负极,锡电极为正极。原电池图式为:(-Pb | Pb 2+ (0.100mol dm -3 | Sn 2+ (1.00mol dm -3 | Sn (+正极反应:Sn 2+2 e-= S

10、n负极反应:Pb= Pb 2+2 e-电池总反应:Pb+ Sn 2+ = Pb 2+ Sn原电池电动势:E=_-+= Sn/Sn (2+Pb/Pb (2+=V 1375.0-(0.156V =0.019V8.求反应Zn+Fe 2+(aq=Zn 2+(aq+Fe 在298.15K 时的标准平衡常数。若将过量极细的锌粉加入Fe 2+溶液中,求平衡时Fe 2+(aq浓度对Zn 2+(aq浓度的比值?解:Zn+Fe 2+(aq=Zn 2+(aq+Fe E=_-+= 2(Fe /Fe+2(Zn /Zn+ =0.447V (7618V =0.315V 全。9.将下列反应组成原电池(温度为298.15K:2

11、I -(aq+2Fe 3+(aq=I 2(s+2Fe 2+(aq (1计算原电池的标准电动势; (2计算反应的标准摩尔吉布斯函数变; (3用图式表示原电池;(4计算c(I -=1.010-2moldm -3 以及c(Fe 3+=c(Fe 2+/10 时,原电池 的电动势。解:(1查阅教材附录10可知:32(Fe /Fe +=0.771V ,-2(I /I =0.5355 VE =_+-=32(Fe /Fe +-2(I/I =0.771 V 0.5355 V=0.236 V(2rGm (298K =nF E =296485 C.mol -10.236V=45.5 kJ.mol -1(3原电池图式

12、:(-Pt| I 2| I -|Fe 3+,Fe 2+|Pt(+ =0.236V lg102/(1.01022=0.058V10.当pH=5.00,除H +(aq离子外,其余有关物质均处于标准条件下时, 下列反应能否自发进行?试通过计算说明之。2MnO 4- (aq+16H +(aq+10Cl -=5Cl 2(g+5Mn 2+(aq+8H 2O(1解:由反应2MnO 4- (aq+16H +(aq+10Cl -=5Cl 2(g+5Mn 2+(aq+8H 2O(1组成原电池正极:MnO 4-(aq+ 8H +(aq + 5e-= Mn 2+(aq +4H 2O(l 负极:2Cl -(aq = C

13、l 2(g + 2e-当pH=5.00,其他有关物质均处于标准条件时: =1.033V11.由镍电极和标准氢电极组成原电池。若c(Ni 2+=0.0100moldm -3 时, 原电池的电动势为0.315V ,其中镍为负极,计算镍电极的标准电极电势。 12. 由两个氢电极H 2(101.325kPa|H +(0.10mol dm -3|Pt 和H 2(101.325kPa|H +(xmoldm -3|Pt 组成原电池,测得该原电池的电动势为0.016V 。若后一电极作为该原电池的正极,问组成该电极的溶液中H+的浓度x 值为多少? 13.判断下列氧化还原反应进行的方向(设离子浓度均为1moldm

14、 -3: (1Ag +Fe 2+ Ag +Fe 3+(22Cr3+3I 2+7H 2O Cr 2O 72 - +6I -+14H + (3Cu+2FeCl 3 CuCl 2+2FeCl 2解 14.在pH=4.0 时,下列反应能否自发进行?试通过计算说明之(除H+及OH -外,其他物质均处于标准条件下。(1Cr 2O 72 - (aq+H +(aq+Br -(aq Br 2(l+Cr 3+(aq+H 2O(l (2MnO 4- (aq+H +(aq+Cl -(aqCl 2(g+Mn 2+(aq+H 2O(l 解:pH=4.0及其他物质均处于标准条件下:(1反应Cr 2O 72 - (aq+H

15、+(aq+Br -(aqBr 2(l+Cr 3+(aq+H 2O(l 组成原电池:正极:Cr 2O 72 - +H + 6e-= Cr 3+H 2O 负极:Br -= Br 2+ 2e- 2(B r /B r -=2(Br /Br -=1.066V因 2 327(C r O/C r-+2(B r /B r -,故正反应不能自发进行。(2 反应MnO 4- (aq+H +(aq+Cl -(aqCl 2(g+Mn 2+(aq+H 2O(l组成原电池:正极:MnO 4-(aq+ 8H +(aq + 5e-= Mn 2+(aq +4H 2O(l 负极:2Cl -(aq = Cl 2(g + 2e- 2

16、(C l /C l -=2(C l /C l -=1.358 V因2+4(M nO /M n-0,反应正向进行,溶液由浅黄色转变为棕黄色,并(或有紫黑色碘沉淀析出。16. 由标准钴电极(Co 2+和Co 组成与标准氯电极组成原电池,测得其电动势为1.64V ,此时钴电极为负极。已知jq (Cl 2/Cl -=1.36V ,问: (1标准钴电极的电极电势为多少(不查表? (2此电池反应的方向如何?(3当氯气的压力增大或减小时,原电池的电动势将发生怎样的变化?(4当Co 2+的浓度降低到0.010moldm -3 时,原电池的电动势将如何变 化?数值是多少?解:(1依题意钴电极为负极,氯电极为正极

17、: E =_+-=2(C l/C l -2+(Co/Co 1.64V=1.36V 2+(Co /Co 2+(Co/Co =0.28V(2原电池反应为: Co+ Cl 2= Co 2+2Cl - 当p (Cl 2增大时,2(C l /C l -增大,原电池电动势E 值增大;当p (Cl 2减小时,2(C l/C l -减小,原电池电动势E 减小。(4当c (Co 2+=0.010 moldm -3时 17.从标准电极电势值分析下列反应向哪一方向进行? MnO 2(s+2Cl -(aq+4H +(aq=Mn 2+(aq+Cl 2(g+2H 2O(l实验室中是根据什么原理,采取什么措施,利用上述反应

18、制备氯气的?解:查阅教材附录10可知:2+2(M nO/M n=1.244V ,2(C l /C l -=1.358V 。2+2(M nO /M n2(C l /C l -,反应正向进行。此外,加热可以使反应速率增加。18.用图式表示下列反应可能组成的原电池,并计算反应的标准平衡常数。Cu(s+2Fe 3+(aq Cu 2+(aq+2Fe 2+(aq 解:原电池图式为:(-Cu| Cu 2+|Fe 2+,Fe 3+|Pt(+ 341V/0.05917V=14.5 K =3101419.为什么Cu +在水溶液中不稳定,容易发生歧化反应?25C 时歧化反应的rG m 和K 分别是多少?提示:铜的歧

19、化反应为2 Cu +(aq = Cu 2+(aq + Cu (s 解:歧化反应 2 Cu +(aq = Cu 2+(aq + Cu (s 查阅教材附录10可知:Cu/Cu(+=0.521V 而Cu /Cu (2+得利用Cu /Cu (+与Cu /Cu(2+= 0.3419V ,通过计算而得: E =_+-=Cu /Cu (+Cu /Cu (2+=0.521V 0.163V=0.358V0 可见,Cu +在水溶液中是不稳定的,容易发生歧化反应。 r G m =nFE =196485C mol -10.358V=34.5 kJmol -1 K =1.1210620.用两极反应表示下列物质的主要电解

20、产物。 (1电解NiSO 4 溶液,阳极用镍,阴极用铁; (2电解熔融MgCl 2,阳极用石墨,阴极用铁; (3电解KOH 溶液,两极都用铂。 解:(1阳极:Ni (s = Ni 2+(aq +2e - 阴极:Ni 2+(aq +2e -= Ni (s (2 阳极:2Cl -(aq = Cl 2(g + 2e-阴极:Mg 2+2e -= Mg (s (3 阳极:4OH -(aq =2H 2O(l+O 2(g +2e -阴极:2H 2O(l +2e -=2OH -(aq +H 2(g*21.电解镍盐溶液,其中c(Ni 2+=0.10moldm -3。如果在阴极上只要Ni 析出,而不析出氢气,计算

21、溶液的最小pH 值(设氢气在Ni 上的超电势为0.21V。解:电解镍盐溶液时,阴极可能发生的反应为:Ni 2+(aq +2e -= Ni (s H +2e -=H 2镍的析出电势: 氢的析出电势p (H 2=P : 为使氢气不断析出,需满足Ni /Ni (2+H /H (2+ 即:0.29V 0.05917V lg c (H +0.21V则:c (H +0.044 moldm -3pH= lg c (H +/c lg0.044=1.36 溶液的最小pH 为1.3622.分别写出铁在微酸性水膜中,与铁完全浸没在稀硫酸(1moldm -3中发生腐蚀的两极反应式。解:铁在微酸性水膜中发生吸氧腐蚀,电极反应为: 阳极:Fe (s = Fe 2+(aq+ 2e- 阴极: 2H 2O(l+O 2(g +4e -=4OH -(aq 铁浸没在稀硫酸中发生析氢腐蚀,电极反应为: