无机及分析化学第8章-习题答案

1、第八章氧化复原反响习题解答1. 什么叫金属的电极电势？以金属一金属离子电极为例说明它是怎么产生的？1. 当把金属插入其盐溶液中， 在金属与溶液间由于电荷不均等原因而产生了电势差，这种产生在金属和它的盐溶液之间的电势叫做金属的电极电势。当把金属插入其盐溶液中，会同时岀现两种相反的过程。一方面金属晶格中金属离子受极性水分子 的吸引而形成水合离子进入溶液。另一方面金属外表的自由电子会吸引溶液中的金属离子使其沉积到金 属外表。这两个过程可表示如下：溶解 nM(s)=沉积=Mn (aq) ne当溶解速率与沉积速率相等时，就到达动态平衡。一般地说，在溶解和沉积过程中，由金属外表进入 溶液中的金属离子总数与

2、从溶液中沉积到金属外表的金属离子总数并不相等，这样在金属与溶液间就由于 电荷不均等而产生了电势差。2. 举例说明什么是歧化反响？2. 在CI2+H2O=HCIO+HCI中：CI2既是反响的氧化剂，又是复原剂，这种氧化复原反响叫做歧化反 应。3. 指岀以下化合物中各元素的氧化数：Fe3O4 PbO2 Na2O2 Na0O3 NCI 3 NaH KO 2 KO 3 N2O4Fe3O4Fe+8/3O-2PbO2Pb+4O-2Na2O2Na+1O-1Na2S2O3Na+1S+2O-2NCI 3N+3Cl-1NaHNa+1H-1KO 2K+1O-1/2KO 3K+1O-1/3N2O4N+4O-24. 举

3、例说明常见电极的类型和符号。4. 常见电极共有四种类型：(1) 金属一金属离子电极金属置于其金属离子的盐溶液中所构成的电极。如Zn(s) | Zn2+(2) 气体一离子电极这类电极的构成需要一个固体导电体，该导电固体与所接触的气体和溶液都不起反响，但它有时能催化气体电极反响的进行。如Pt | H2(g) | H+(3) 金属-金属难溶盐或氧化物-阴离子电极外表涂有该金属的难溶盐 (或氧化物)的金属浸入与该盐具有相同阴离子的溶液即构成此类电极。如Ag | AgCl(s) | CI (4) 氧化复原电极 将惰性导电材料(铂或石墨)放于含有同一元素不同氧化数的两种离子的溶液中即构成此类电极。如Pt

4、| Fe2+，Fe3+5. 写出5种由不同类型电极组成的原电池的符号和对应的氧化复原反响方程式。5. (1)( )Pt | H2(p ) | H+( C1 ) | Cu2+(c2 ) | Cu( +)(2) ( )Pt | H2(p) | H+( C1) | Cl (C2 ) | AgCI | Ag( + )(3) ( )Zn | Zn2+(C1)| Cl(C2) | AgCI | Ag( + )(4) ( )Zn | Zn2+(C1) | Fe3+(C2 ), Fe2+(c3) | Pt( + )(5) ( )Pt | H2(p ) | H+( C1) | Fe3+(C2), Fe2+(c3

5、 ) | Pt(+ )6. 用氧化数法配平以下方程式：(1) 4 Zn + 10 HNO3(极稀)=4 Zn(NO 3)2 + NH4NO3 + 3 HQ(2) K2Cr2O7 + 6 KI + 7 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 4 K2SO4 + 3 |2 + 7 H2O(3) 5Na2C2O4 + 2Kmn 0 4+ 3H2SO4= 2MnS0 4+ K2SO4 + 5Na2SO4+ 10CO2 + 8HQ(4) 3H2O2 + Cr2(S 04)3 + 10KOH = 2K2CrO4 + 3 K2SO4 + 8 H20(5) 2Na2S2O3 + 丨2 = Na206 + 2N

6、aI(6) 5K2S2O8 + 2MnSO4 + 8H2O = 8H2SO4 + 2Kmn0 4 + 4K2SO47. 用离子-电子法配平以下反响方程式(1)(5)为酸性介质，(6)(10)为碱性介质。7. (1) 103+ 5+ 6H + = 312 + 3H2O(2) 2Mn2+ + 5NaBi0 3 + 14H += 2MnO4+ 5Bi3 + + 5Na + + 7H2O(3) 2Cr3+ + 3PbO2 + H2O = CrO?2+ 3PM + + 2H +(4) 5C3H8O + 4MnO4+ 12H + = 5C3H6O2 + 4Mn2+ + IIH2O(5) 10HC1O +

7、3P4+ I8H2O = 10C+ I2H3PO4 + 10H+(6) 2CrO42+ 3 HsnO2+ H2O = 2 CrO2 + 3 HsnO3+ 20H (7) 3 H2O2 + 2 CrO2+ 2 0H= 2 CrO42+ 4 H2O(8) I2 + H2AsO3+ 40H= As04旷 + 2+ 3出0(9) Si + 20H+ H2O = SiOa2- + 2H2(10) 3 Br2 + 60H= BrO3+ 5Br+ 3出08. 根据电极电势判断在水溶液中以下各反响的产物，并配平反响方程式。8. (1)2Fe + 3C12 = 2FeCl3 2Fe + 3Br2 = 2FeBr

8、3(3) Fe + I2 = Fel2(4) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 f(5) 2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2(6) 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + 2KCl + 129. 试将下述化学反响设计成电池，并写岀原电池符号。9. Ni2+ + Fe F0 + Ni(-)Fe| Fe 2+( ci mol L1) | Ni 2+(c2mol L_1) | Ni( + )(2) H2 + Cl2 一 2HCI(-)Pt | H2(p1)|H+(C1 mol L-1) | Cl-(C2 mol L-1) |Cl2 (p2)| Pt(+ )(

9、3) Ag + Br AgBr()Ag | AgBr (s)| Br-(C1mol L 1) | Ag+(C2 mol L 1) | Ag( +)(4) AgCl + I 1 Agl + Cl(-)Ag | Agl (s)| I -( C1mol L-1) | Cl- (C2 mol L-1) | AgCl (s)|Ag( + )(5) MnO4 5Fe2+ 16H Mn2 5Fe38H2O(-)Pt| Fe2+ (C1mol L-1) ,Fe3+ (C2mol L-1) |MnO4(Q), Mn2+(c4),H (c5) | Pt(+ )10. 电极电势的绝对值是无法测量的，人们只能通过定义

10、某些参比电极的电极电势来测量被测电极的相对电极电势。 假设假设Hg2CS + 2e =2Hg + 2Cl-电极反响的标准电极电势为0，那么E (Cu2 /Cu)、E (Zn2 /Zn)变为多少？10. 查得甘汞电极标准电极电势为+0.268VE (Cu2 /Cu) = 0.337-0.268 = 0.069VE (Zn2 /Zn) =- 0.7628 - 0.268 = - 1.0308V11. NO3- + 3H+ + 2e =HNO2 + H2O反响的标准电极电势为0.94V，HNO2的解离常数为 Kae=5.1 X0-4。试求以下反响在298K时的标准电极电势。NO3 + H2O + 2

11、e FNO2 + 2OH11.e2E130.0592V | NO3H 3 2HNO20.94V30.0592V lg NO 3H 3Ka2g H NO20.94V0.0592Vlg2Ka【NO3 KwNO2 OH 0.94V0.0592V , -y-lgNO 32OH 2NO20.0592V2ig(KaKw2)当NO3 =NO 2=OH=1 mol L-1 时0.0592V20.0592V414 2E2 0.94Vlg( Ka Kw2) 0.94Vlg 5.1 10 41.0 10 140.014V2 212. 反响 3A(s)+2B3+(aq) 3A2+(aq)+2B(s)在平衡时B3+=0

12、.02mol L, A2+=0.005mol L。(1) 求反响在25C时的E , K及rGm ；(2) 假设 E=0.05917V , B3+=0.1 mol dm-3，求A2+=?12. (1)反响 3A(s)+2B 3+(aq) = 3A2+(aq)+2B(s)平衡时:0.003.125 10 40.022A2 3K 宀B3 2由lg KnE0.0592沖 L 0.0592lg K 得 E0.0592 (lg3.125-4)0.0346VnFE6 96485(0.0346)J1 1mol 1=20.03kJ mol 1320.0592VB3 2lgn A2 320.0592V0.120.

13、0346Vlg0.05917V6A2 3解得A2 1.46 10 4mol L-113. 某酸性溶液含有 Cl ,Br ,1离子，欲选择一种氧化剂能将其中的I离子氧化而不氧化 Cl离子和Br离子。试根据标准电极电势判断应选择H2O2、Cr2O72、F&+中的哪一种？13. 由附录 6 查得E( I2/)= 0.5355V, E( Br2/B)= 1.0652V ,E ( CI2/C)= 1.3595V ,E (H2O2/H2O)1.77V, E (Cr2O2 /Cr3 )1.33V, E (Fe3 /Fe2 )0.771V。E (H2O2/H2O) )E0(C2/CP) E (Cr2O7 /C

14、r3 ) E0(Bi2 Br) E( f8+ Fe+)E(I2)1.77 V1.3583V1.33V1.0652V0.771V0.5355VH2O2溶液能将、Br、C氧化成I?、B Cb;Cr2O72溶液能氧化、Br，而不能氧化C；Fe3+溶液只能氧化离子成I2,而不能氧化Br离子、Cl离子。故按题意应选用F&+作氧化剂。14. 将铜片插入盛有0.5mol L- 1CuSO4溶液的烧杯中，银片插入盛有 0.5mol L一1 AgNO3溶液的烧杯中, 组成一个原电池。(1) 写出原电池符号和电池反响式;(2) 求该电池的电动势；将氨水参加CuSO4溶液中，电池电动势如何变化 (定性影响)?将氨水

15、参加AgNO3溶液中，电池电动势如何变化(定性影响)?14. (1)( - )Cu | Cu 2+ (0.5 mol L = ) | Ag + (0.5 mol L=) | Ag( +)正极反响 Ag+ + e Ag负极反响 Cu 2+ +2e-Cu & +得电池反响式：2Ag+ + Cu = 2Ag + Cu 2+2 +2+0.0592V | c (Ag )(2) E E (Ag /Ag) E (Cu /Cu)lg *2 c(Cu2 )20.0592V0.520.7991V0.337VIg0.453V20.5将氨水参加CuS04溶液中，由于形成Cu(NH3)42，使得E(Cu2+/Cu)减小

16、，故电池电动势增加 将氨水参加AgNO溶液中，由于形成Ag(NH 3)2，使得E(Ag + /Ag)减小，故电池电动势降低。15. 用能斯特方程计算来说明，使Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu的反响逆转是否有实现的可能性?0.7772 吗9略2Fe2 15. Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu反响逆向进行需 E 00.337 ( 0.4402)皿592/ 2 Fe2 2 2制5.5 10 27或制1.8 1026实际工作中很难到达，故要使反响逆转是不可能的。16. 在浓度均为0.10mol L1的CuSO4和AgNO 3混合溶液中参加铁粉，哪种金属离子先被复原？当第 二种离子开始被复原

17、时，第一种金属离子在溶液中的浓度为多少？16. 由附录 6 查得：E (Cu2+/Cu) 0.337V， E (Ag+/Ag) 0.7991V2+0.0592VE(Cu /Cu) 0.337Vlg0.100.3074VE(Ag +/Ag)0.7991V0.0592V1lg0.100.7399V故Ag+先被复原出来，当第二种离子开始被复原时，此时有：E(Cu2+/Cu) E(Ag+/Ag) 0.3074V即 0.79910.05921lgAg 0.3074解得Ag =4.9 10 9mol L17. 298K时，向1 mol L一1的Ag+溶液中滴加过量的液态汞，充分反响后测得溶液中 Hg22+

18、浓度为0.311mol 1，反响式为 2Ag + + 2Hg l Ag + Hg22+。 E (Ag /Ag) = 0.7991 V，求 e (Hg2 /Hg).17. 2Ag+ + 2Hg 2Ag + Hg22+平衡时：1-2X0.311=0.3780.311平衡常数K2.180.378218.0.0592V2igK0.0592V2Ig 2.180.0100V由 E= E(Ag+/Ag) -EHg/Hg)得 E(Hg22+/Hg)=0.7991V - 0.0100V=0.7891V实验室一般用MnO2与浓盐酸反响制备氯气，试计算 298K时反响进行所需盐酸的最低浓度。1.23 V， e (C

19、I2/CI-) = 1.36 V。设 CI2的分压为 100kPa, Mn2+=1.0mol.L -1。2E (MnO2/Mn2 )18.MnO2+ 2CI - + 4H+ = CI 2+ Mn2+ + 2H2O，要制得氯气，需 E 0240.0592VCI2H4小Ig202Mn2Fci2/ pE E (MnO2/Mn2 )E (CI2/CI设所需盐酸的最低浓度为X。代入数据得1.23 1.36.592|gx2 x42 1.0 100/100 0解得 x 5.4 mol -L-1所以常温下，当盐酸浓度大于5.4 mol L-1时，MnO2才有可能将CI-氧化成CI2。实际上盐酸浓度常在12 m

20、ol L-1左右，并加热以提高反响速率。19. MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4出0E = 1.51 VMnO 2+ 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2OE = 1.23 V求反响MnO4+ 4H + + 3e =MnO2+ 2H2O的标准电极电势。MnO 4 MnO 2器； Mn 251V 523V 21.70VE(MnO 4/MnO2)20.E(Tl 3/Tl(1)-)TITl +Tl-)TITl +Tl-)TITl3+T19.)=1.25 V, E (Tl3 /Tl) = 0.72 V。设计以下三个标准电池:Tl( +3+, Tl+ Pt( +l3+, Tl

21、+ Pt( +(1) 写出每一个电池对应的电池反响式；(2) 计算每个电池的标准电动势E 和标准自由能变化 rGm620. (1)三个电池的电池反响完全相同：Tl3+ + 2Tl 丁 3Tl +(2)三个电池的电极反响不同，那么电池的电动势不同。E Tl +/TI)=3 E Tl 3+/Tl) - 2 E 0(Tl 3+/Tl+)=3 0.72V - 2 X1.25V= - 0.34V(1) 电池，电子转移数为 3，正极反响：Tl3+ 3e-一 Tl，负极反响：Tl 一 Tl + + e-E1= E Tl3+/Tl) - ETI+/TI)=0.72V - (-0.34V)=1.06V(2) 电

22、池，电子转移数为2，正极反响：Tl3+ 2e-一 Tl +，负极反响：Tl _ Tl + + e-E2= E Tl3+/Tl+)- E0(Tl +/Tl)= 1.25V -(-0.34V)=1.59V电池，电子转移数为 6，正极反响：Tl3+ 2e : Tl+，负极反响：Tl: t|3+ + 3erGm1rGm2rGm3nFE6 96485 0.53J mol306.82kJ mol21. E (Cu2 /Cu )0.153V, E (Cu + /Cu)0.521V(1) Ksp(CuCI)(2) 计算反响Cu2+1.2 10 6，求 E (Cu2+/CuCI)；Cu 2CI =2CuCI的标

23、准平衡常数。2+21. (1) Cu0.153VCu0.521Vn2 12+Cu， E (Cu /Cu)0.153V+0.521V2=0.337VE3= E TI3+/TI+)- E0(TI 3+/TI)=1.25V - 0.72V=0.53VE (Cu2+/CuCI) E (Cu2+/Cu + ) 0.0592Vlg Ksp(CuCI) 0.153V 0.0592lg1.2 10 6 0.504V Cu2+ Cu 2CI =2CuCI正极：E (Cu2+ /CuCI) 0.504V负极：E (CuCI/Cu) E (Cu /Cu) 0.0592VIg Ksp(CuCI) 0.521V+0.0

24、592VIg1.210-6=0.170VE =0.504V0.170V=0.334VIg k5.640.0592V0.05925K 4.4 10522. MnO 2可以催化分解H2O2，试从相应的电极电势加以说明。：MnO 2 + 4H+ + 2e =Mn2+ + 2H2OE 0= 1.23 VH2O2 + 2H+ 2e =2H2OE 0= 1.77 VO2(g) + 2H + + 2e =H2O2E 0= 0.68 V22. (1)MnO 2 + 4H+ + 2e- Mn2+ + 2H2OE 01= 1.23 V H2O2 + 2H + + 2e- 2H2OE0= 1.77 V(3) O2(

25、g)+ 2H+ + 2e-= H2O2E03= 0.68 VE01E 0 因此首先发生反响：MnO 2+ 2H + + H2O2二 Mn2+ + O2(g) + 2H2O 由于E02e01因此上述反响生成的 Mn2+不会稳定存在于H2O2酸性溶液中，发生反响:H2O2 + Mn2+= 2H+ + MnO 2总反响为：2H2O2 2 H2O + O2 (g)o在反响前后 MnO2未发生变化，起催化剂作用。23. 利用半反响 Cu2+ + 2e =Cu 和Cu(NH 3)42+ +2e = Cu + 4NH 3 的标准电极电势(一0.065V)，计算 配合反响Cu2+ + 4NH 3 = Cu(N

26、H 3)42+的平衡常数。23. Cu2+ + 2e =Cu (正极) Cu(NH3)42+ +2e =Cu + 4NH 3(负极)由组成原电池得：Cu2+ + 4NH3 =Cu(NH 3)42+ KKf Cu(NH 3)4 2lg Kf Cu(NH 3)4 nE0.05922 0.337( 0.065)13580.05922 13Kf Cu(NH 3)4 3.8 1024.盐酸、氢溴酸、氢碘酸都是强酸，通过计算说明，298K，标准态下Ag能从哪种酸中置换出氢气？E (Ag /Ag)=0.799V，Ksp (AgCl)=1.8 1010， Ksp (AgBr) = 5.0 X013, Ksp

27、(Agl) = 8.9 为017。24.E(AgCl/Ag)0.799V0.0592Vlg(1.81010 )0.222V0E(AgBr/Ag)0.799V0.0592Vlg(5.010 13)0.071V0E(AgI/Ag)0.799V0.0592Vlg(8.910 17)0.151V0Ag在HI中可以置换氢气。 _ 2+ 1 2+ 125. 以下原电池：-)Zn | Zn (1.0mol.L -) II Cu (1.0mol.L -) | Cu 什 如向左边半电池中通入过量NH3，使平衡后的游离NH3和Zn(NH 3)4】2+的浓度均为1.0 mol.L-1，试求此时左边电极的电极电势。

28、如向右边半电池中参加过量 Na2S，使平衡后的S2=1.o mol.L -1，试求此时右边电极的电极电势。 写出经和处理后的原电池的电池符号、电极反响和电池反响。 计算处理后的原电池的电动势。25. 参加过量的后，建立如下平衡：Zn2+4NH 3二Zn(NH 3)42+2+2+0.05922+E (Zn(NH 3)42 /Zn) E (Zn2 /Zn)lgZn 22+E (Zn /Zn)0.0592V1lg2+2KjZn(NH 3办2=0.7628V005_2 2.88 1091.043V参加过量的NsS后建立如下平衡：Cu2+S2-=CuSe.e, 2+0.05922+ e2+0.0592.E (CuS/Cu)=E (Cu /Cu)+lgCu =E (Cu /Cu)+lgKsp(CuS)2 20.337V+ 0.0592V lg6 10-360.706V 原电池符号()Zn| Zn