第四章 氧化和还原习题解答

第四章氧化和还原习题解答

1.在下列两组物质中，分别按Mn,N元素的氧化值由低到高的顺序将个物质进行排列:

+4+2+7

(DMnO2MnSO4KMnO4

+44-60

MnO(OH)2K2MnOjMn

氧基二氧化钵

0+4+5+1-3-2

(2)NNO2N2O5N2O

2NH3N2H4

腓

2.指出下列反应中的氧化剂、还原剂以及它们相应的还原氧化产物。

(DSO2+12+H2OTH2SO4+2HI

⑵SnCI2+2HgCl2-SnCI4+Hg2Cl2

(3)312+6NaOH->5NaI+NalO3+3H2O

I2+

解：(1)SO2+H2OH2s04+2HI

还原剂氧化剂氧化产物还原产物

⑵Sn02+2HgCI2SnCI4+Hg2Cl2

还原剂氧化剂氧化产物还原产物

⑶12+

6NaOH=5NaI+NaIO3+H20

既是氧化剂又是还原剂还原产物氧化产物

3.用氧化值法配平下列氧化还原反应方程式：

⑴Cu+2H2so4(浓尸CuSO4+SO2+2H2O

(2)2KMnO4+S=2MnO2+K2SO4

⑶3As2s3+28HNO3+4H2O=6H3AsO4+9H2SO4+28NO

(4)(NH4)2Cr2O7=N2+Cr2O3+4H2O

⑸2P4+3NaOH+9H20=5PH3+3NaH2PO4

P4+3NaOH+3H2O=PH3-3NaH2PO2

4.用离子-电子法配平下列氧化还原反应方程式：

22+

(l)Cr2O7+SO3+H->CuSO4+SO2+H2O

22

Cr2O7'+SO/TC/++SO4-

23+

Cr2O7'+14H++6e'=2Cr7H2Oxl

+

+)SO32-+H2O=SOr+2H+2e-x3

22+3+

Cr2O/-13SO3'I8H=2Cr13so4214Hq

2

(2)PbO2(s)+Cl+H+tPb?+(实际是PbCl4-)+Cl2

24

PbO2(s)+Cl'->Pb+C12

2+

PbO2(s)+4H-+6e-=Pb*+2H2OxI

+)2Cr=CI2+2CXl

PhOr(s)+2CI+4H+TPh，++Cl、+2H?O

(3)H2s+I2=r+s

xl

H2S=S+2H*+2e

+)12+2e-=2ixl

H，S+I、=S+2I+2H-

(4)CrO'+H2O2+OHtCrO4'

2

CrO2-+4OH-=CrO4'+2H2O+3ex2

+)H2O2+2e=2OHx3

2CrO2+3HiC,+2CH->2CrO」2+4H、C

(5)C1O3-+S2-C1+S+OH-

CIO3-+3H2O+6c=Cl+6OH-xl

+)S'=S+2e-x3

CIO3-+3S2-+3H2O;C「+3s+6OH-

(6)KMnO4+FeSO4+H2sO4-MnSO4+Fe2(SO4)3+K2SO4+H2O

MnO4+Fe2+-*Mn2++Fe3+

+2+

MnO4-+8H+5e=Mn+4H2Oxl

+)Fe2+=Fc3++e'x5

2++2+3+

MnO4+5Fe+8II=Mn+5Fe+4II2O

2KMnO4+1OFeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O

(7)KI+KIO3+H2SO4TI2+K2SO4

r+103-->12

21'=12+2e'x5

+

+)2IO3+12H+10e=I2+6H2Oxl

1or+2T。3+12H+=61L+6H、。

5KI+KIO3+3H2SO4->312+3K2SO4

(8)Ca(OH)2+Cl2TCa(ClO)2+CaCl2

OH+Cl2->CIO+Cl

Cl2+2e=2C1-xl

+)Cl2+4OH=2C1O+2H20+2e'x1

2cl2+4OFFFe(OH)2+H2O?Fe(OH)32Q0+2H20+2C「

2Ca(OH)2+2Cl2TCa(CIO)2+CaCl2+2H2O

(9)Fe(OH)2+H2O2-Fe(OH)3

Fe(OH)2+HO=Fe(OH)3+3e-x2

+)H2O2+2e=2OHxl

2Fe(OH)2+H2O2->2Fe(OH)3

(1O)A1+NO3--[A1(OH)4]+NH3

Al+4OH=[AI(OH)4]'+3ex8

+)NO3+6H20+8e=NH3+90Hx3

8A1+5OH+3NO3'+18H20T8[A1(OH)4]'+3NH3

2

(1I)C1O+Fe(OH)3->Cr+FcO4-

CIO+Fe(OH)3-Cl-+FeO43

C1O+H2O+2e-=C1+2OHx3

+)Fe(OH)3+5OH=FeO4"+4H2O+3ex2

2

3ClO+2Fe(OH)3=3Cl+2FeO4+H2O

(12)P+CuSO4-Cu3P+H3PO4+H2sO4

P+Cu2+Cu3P+PO43'

P+3Cu2++6e=Cu3P乂5

3++

+)P+4H2O=PO4+8H+5ex6

11P+1524H?C=5C”」P+6PO2+4XH+

11P+15CuSO4+24H20=5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4

5.把镁片和铁片分别放入浓度均为Im。卜I”的镁盐和亚铁盐的溶液中，并组成一个原电池。

写出原电池的电池符号，指出正极和负极，写出正、负极的电极反应及电池反应，并指出邪

种金属会溶解？

解：查得E°(Fc2+/Fe)=-Q44V；E0(Mg2+/Mg)=-2.37V

(1)电池符号及正，负极：(-)MgIMg2+(lmol-1-1)IIFe2+(lmol-1-1)1Fe(+)

⑵正极反应：Fe2++2e-=Fe

负极反应：Mg=Mg2++2e-

电池反应：Fe2++Mg=Fe+Mg2+

(3)金属镁会溶解。

6.从铁、银、铜、银四种金属及其盐溶液［c(M2+)=i.()mol.「U中选出两种，组成一个具有

最大电动势的原电池，写出其电池符号。

解：查得：

E6(Fe21/Fe)=-0.44V;E6(Ni2'/Ni尸-0.246V

E0(Cu2+/Cu)=0.337V;E0(Ag+/Ag)=0.799V

⑴应选铁，银两种金属及其盐溶液组成的原电池。

⑵电池符号：(-)FeIFe(l.Omoll-1)II(+)Ag+(1.0moll-1)IAg

7.标准状态下，下列各组物种内，哪种是较强的氧化剂？说明理由：

4+

(a)PbO2或Sn(b)I2或Ag+(c)Cl2或Br2(d)HNO2或H2sO3

解：查得：

02+4+2+

(a)E(PbO2/Pb)=1.455V>E°(Sn/Sn)=0.154V故:PbO2是较强的氧化剂。

(b)E0(12/r)=0.5345V<E°(Ag+/Ag)=0.799V故:Ag，是较强的氧化剂。

(c)E°(Cl2/Cl-)=1.36V>E°(Br2/Br')=1.065V故：Cl2是较强的氯化剂。

(d)E°(HNO2/NO)=1J)()V>E°(H2SO3/S)=0.45V故：HNOz是较强的氧化剂

8.标准状态下，下列各组物种内，哪种是较强的还原剂？说明理由：

(a)F-或Cu(b)H2或I-(c)Fe2+或Ni(d)Pb2+或Sn2+

查得

02+

(a)E°(F2/F-)=2.87V>E(Cu/Cu)=0.337V,故Cu是较强的还原剂

0+0

(b)E(H/H2)=0V<E(I2/I-)=0.5345,故H2是较强的还原剂

(c)E0(Fc3+/FC2+)=0.771V>E0(Ni2+/Ni)=-0.246V,故Ni是较强的还原剂

(d)E°(PbO2/Pb2+)=1455V>E0(Sn4+/Sn2+)=0.154V,故Sn2+是较强的还原剂

9.查出下列各电对的标准电极电势EA0,判断各组电对中，哪一个物种是最强的氧化剂？

哪一个是最强的还原剂？并写出此二者之间进行氧化还原反应的反应式。

(l)MnO'/Mn2+Fe3+/Fe2+

4ci2/ci-

(2)Br/Br-FeJ+/Fe2+

2i2/r

⑶O2/H2O2

H2O2/H2Oo2/H2O

解：(DE°MnO4-/Mn2+=1.15V,E°Fe3+/Fe2+=0.77IV,

E°ci2/ci-=1.36V故MnO4一是最强的氧化剂，Fe2+是最强的还原剂。

2+2+3+

二者进行反应式是：MnO4+5Fe+8H+=Mn+5Fe+4H20

(2)E°Br2/Br-=1.065V，E°R3+，Fc2+=0.77IV，

E°=0.5345V故B「2是最强的氧化剂，「是最强的还原剂。

二者进行反应式为:Br2+2I=2Br+12

(3)E0O2/H2O2=0.682V,E9H202/H20=1.77V,

E°oiwo=1.229V,故H2O2是最强的氧化剂，又是最强的还原剂。

其反应式是：2H2O2=2H2O+O2

10.根据标准电极电势Ea°,判断下列反应自发进行的方向：

(l)Cd+Zn2+=Cd2++Zn

解：E0(Cd2+/Cd)=-0.403V,E0(Zn2+/Zn)=-0.763V自右向左自发进行。

(2)Sn2++2Ag+Sn4++2Ag

解：E°(Sn4+/Sn2+)=0.154V；E0(Ag+/Ag)=0.799V自左向右自发进行。

⑶H2soj+2H2s=3S+3H2O

0

解：E(S/H2S)=O.141V；E°(H2SO3/S)=0.45V自左向右自发进行。

42++

(4)2MnO+2Mn+2H2O=5MnO2+4H

042+

解:E(MnO*/MnO2)=1.695V；E°(MnO2/Mn)=1.23V自左向右自发进行。

(5)3Fe(NO3)2+4HNO3=3Fe(NO3)3+NO+2H2O

解：E°(Fe3+/Fe2+)=O.771V：E°(NO3'/NO)=0.96V自左向右自发进行。

⑹2K2s04+02

=K2S20S+2KC1

022

解：E(S2O8/SO4-)=2.01V；E°(Cl2/Cl-)=1.36V自右向左自发进行。

11.根据标准电极电势Ea,指出下列各组物种，哪些可以共存，哪些不能共存，说明理由:

3+22+4+

(l)Fe,r；(2)S2O8-,H2S;(3)Fe,Sn(4)0207，r；

题号查得结论理由

(1)E°(Fe3+/Fe2+)=0.771V不能共存强氧化剂与强还原剂自动反应

E0(I2/I-)=0.5345V

22

(2)E0(S2O8-/SO4")=2.0IV可以共存强氧化剂与强还原剂自动反应

E0(S/H2S)=O.4I4V

(3)E°(Fe3+/Fe2+)=0.771V,不能共存弱氧化剂与弱还原剂不能自动反应

E0(Sn4+/Sn2+)=1.54V

(4)E0(Cr20727Cr3+)=1.33V不能共存强氧化剂与强还原剂自动反应

E°(12/I-)=0.5345V

(5)Ag+,Fe2+(6)BrO3-再丁(酸性介质)(7)MnO4-,sn2+；(8)HNO3,H2s

题号查得结论理由

(5)Ee(Ag/Ag+)=0.799V当c(Fe2+)较小时和△E很小

E°(Fe3+/Fe2+)=0.771Vc(Ag+)较小时可共

存

e3

(6)E(BrO/Br2)=1.52V不能共存强氧化剂与强还原剂

E°(Br2/Br-)=1.065V自动反应

(7)E°(MnO47Mn2+)=1.5IV不能共存强氧化剂与强还原剂

E0(Sn4+/Sn2+)=0.154V自动反应

⑻E°(NO3'/NO)=0.96V不能共存强氧化剂与强还原剂

E°(S/H2S)=0.141V自动反应

12.在下列电对中，离子浓度的变化对电极电势有何影响？单质的氧化还原能力如何改变？

(l)Fe2++2e--Fe(2)12+2?'i21-

答：(I)离子浓度增大，电极电势值增大，单质的还原能力下降。

(2)离子浓度增大，电极电势值减小，单质的氧化能力下降。

13.溶液的pH增加，对下列电对的电极电势有何影响？使各物种的氧化还原能力如何改变？

2+423

(l)MnO2/Mn;(2)MnO'/MnO4'(3)NO'/HNO2

答；(l)pH增加，电极电势值减小，使MnO2氧化能力减弱，Mn2+的还原能力增强。

(2)pH增加，对电极电势值无影响，对MnO**-和MnO/-的氧化还原能力无影响。

(3)pH增加I,电极电势值减小，使NO-"氧化能力减弱，HNO?的还原能力增强。

14.计算下列半反应的电极电势。

(l)Sn2+(0.010molL-')+2e-->Sn

解：E=Ee+(0.0592W2)lgc,(Sn2+)=-0.136V+(0.0592U2)>lg(0.010)=-().195V

(2)Ag+(0.25molL-1)+e-->Ag

解：E=E0+(0.0592W1)lgc'(Ag+)=0.799V+0.0592Vxlg(0.25)=0.763V

11

(3)02(1.00KPa)+4H(O.IOmol-L-)+4e-►2H2O

解：

+4

E=Ee+(0.0592V4)lg{(PO2/P°)•{c，(H)}/l}

=1.229V+(0.0592V^)xlg(l^00)x(0.10)4=1.140V

11

(4)PbO2(s)+4H*(1.0mol-L-)->Pb2+(0.10molL-)+2H2O

解：

E=E0+(0.0592W2)lg{c'(H+)46(Pb2+)}

=1.455V+(0.0592V^)xlg{(1.0)44).10}=1.485V

15.次氯酸在酸性溶液中的氧化性比在中性溶液中强，计算当溶液pH=1.00和pH=7.(M)时，

电对HCIO/CT的电极电势，假设c(HQO)和c(C=)都等于l.Omo卜L"。

+

解：HClO+H+2e=Cr+H2O

E°(HCIO/Cl-)=1.50V

E=E0-(0.0592V/2)lgc*(Cr)/[C'(HC1O-)c'(H+)]

①pH=1.00时，cXH+)=0.1molL-'

E(HC1O/C1)=E°(CIO-/Cl")-(0.0592V/2)lgc'(Cr)/[C'(HC1O)c'(H+)]

=I.47V

②当pH=7.00时，c'(H+)=10〃molL"

E(HCIO/C1)==1.29V

结论：由于pH=1.00时的电极电势值大于PH=7.00时的电极电势值，所以次氯酸在酸性溶

液中的氧化性比在中性溶液中的要强。

3+1

16.若c(Cr207)=c(Cr)=1.0mol-L',p(Cl2)=100kPa,下列情况下能否利用反应：

K2Cr2O7+14HCI->2CrCl3+3C12+2KC1+7H2O来制备氯气?

(1)盐酸浓度为010moiL/(2)盐酸浓度为12moiL"。

解：该反应式中包含下列两个电对及电极反应：

+3+3+

®Cr2O7+UH+6e-=2Cr+7H2OE°(Cr2O7<r)=1.33V

②2C1=C12+2e•E$(Cl2/Cr)=1.36V

(I)当盐酸浓度为O.lOmoU"时，c*(H+)=0.1c*(Cr)=0.1

3+3+,3+

E(Cr2O7/Cr)=E0(Cr2O产/Cr)+(0.0592V/6)lg[c(Cr2O7.>{c'(H+)14}/c\Cr)]

=1.33V+(0.0592V/6)lg(l.0x0.114/1.0)=1.192V

2

E(C12/C1)=E°(C12/CI-)+(O.O592V/2)lg[(PCl2/P0yfcXCl-)}1

=l.36+(0.0592W2)lg[(10()/l00K0.1)2J=1.4I9V

结论：由于E(Cr207-/Cr3+)VE(C12/O-)，所以不能用此反应制备氯气。

⑵当盐酸浓度为12moi时，0^+)=12,c,(Ci-)=12代入方程式计算得：

3+

E(Cr2O7/Cr)=1.479VE(CI2/Cl")=1.296V

结论：由于E(Cr2O72-/Cr3+)>E(C12/C「)，所以能用此反应制备氯气。

17、在一个半电池中,一根的丝浸入一含有0.85molLlFe3+和1.010molL/Fe2+的溶

液中，另一个半电池是金属Cd浸入().5()mol.L「的Cd2+溶液中。试答：

(1)当电池产生电流时，何者是正极、何者是负极？

⑵写出电池反应。

⑶计算该电池反应的平衡常数。

解：查得：E°(FC3+/FC2+)=0.771V,E°(Cd2+/Cd尸-0.403V

E(Fe31/Fe21)=E°(Fe3,/Fe2,)+(0.0592V/l)lg[c,(Fe3,^5(Fe2,)]

=0.771V+(0.05924)lg(0.850.010)=0.885V

E(Cd2-/Cd)=E“Cd2+/Cd)+(0.0592V2)lgc,(Cd2+)

=-0.403V+(0.592V2)Ig(0.50)=-0.412V

(l)Fe3+和Fe2+组成的电极为正极，Cd2+和Cd组成的电极为负极

(2)电池反应：Cd+2Fe3+=Cd2++2Fe2+

(3)由IgKH二Z(E。正-E0负>0.0592=2x(0.771+0.403>0.0592=39.66

得K0=1039.66=4.57x1039

18.已知锌在酸性介质中的元素电势图：

(1)试判断哪些物种可以发生歧化，写出歧化反应式。

(2)估计在酸性介质中，哪些是较稳定的物种？

答：(l)MnOj-,Mn3+可以发生歧化反应，反应式如下：

3MnO42+4H+=2MnO4'+MnO2+2H2O

2Mn3++2H2O=MnO2+Mn2++4H+

(2)Mn2+,MnOz属于稳定物种

19.硫在酸性溶液中的元素电势图如下:

试问：⑴氧化性最强的物种是什么？还原性最强的物种是什么？

⑵比较稀H2s04和H2so3的氧化能力，举例说明。

(3)H2s2。3能否发生歧化，估计歧化产物是什么？

答：⑴氧化性最强的物种是S208?-,还原性最强的物种是H2s

⑵H2s03的氧化能力更强。例如：3H2so3=2H2so4(稀)+S+H2。

⑶当PH<1时，歧化反应就可能发生，歧化产物为H2s和S

2().计算反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu的平衡常数。若反应结束后溶液中c(Fe2+)=0.10mo卜L,试

问此时溶液中的Cu2+浓度为多少？

解：查得：E°(Fe2+/Fc)=-0.44V,

E(Cu2+/CU)=0.337V

⑴由：lgK°=[Z(E°正-E°负)0.0592]

=2x(0.337+0.44X).0592=26.25

得Kfl=1026.25=1.778xl026

⑵由Fe+Cu2+=Fe2++Cu

得：

Ke=c,(Fc24'(Cu2+)=0.10f(Cu2+)=1.778x1026

c/(Cu2+)=0.1(Xl.778x1026)=5.624x103

c(Cu2+)=5.624x1028moll-1

21.某原电池中的一个半电池是由金属钻浸在1.00molL-'Co^的溶液中组成的，另一半电

池则由钳片浸入I.OOmolL“Cl•的溶液中，并不断通入C12[p(C12)=100kPa]组成的。

实验得电池的电动势为L63V钻电极为负极。已知E(C12/C1-)=1.36V,回答下列问题。

(1)写出电池反应方程式。

(2)E(Co2+/Co)为多少?

(3)P(C12)增大时，电池的电动势如何变化？

(4)当其他浓度、分压不变，c(Co‘)变为o.010mol・LT时，电池的电动势是多少？

2+

解：(1)CO+C12=CO+2CI-

(2)E0(Co2+/Co)=Ee(Cl2/CI■)-E0=1.36V-1.63V=-0.27V

(3)P(C12)增大时，电池的电动势增大。

(4)VCo2++2e-=Co

E(Co2+/Co)=E0(Co2+/Co)+(0.0592V^)lgc/(Co2+)

=-0.27V+(0.0592W2)lg(0.010)=-0.3292V

，E=E0(Cl2/CI')-E(CO2+/CO)=1.36V-(-0.3292V)=1.69V

22.鸵的元素电势图如下：

⑴写出由电对Tl3+"1+和Tl+/T1组成的原电池的电池符号及电池反应；

⑵计算该原电池的标准电动势E；

⑶求此电池反映的平衡常数。

解：⑴电池符号:(-)Ti|Ti*■;Ti3+,Ti+IPt(+)

电池反应：Ti3++2Ti=3Ti"

(2)E°=E0(Ti3+/n+)-E°(Ti+/Ti)=1.25V-(-0.34V)=1.59V

(3)由IgK°=ZEe/0.0592=(2x1.59)/0.0592=53.72得K0=5.2x1053

23.试从下列各题了解同一电对在酸、碱介质中的EA。值和EB。值的联系[系统中

p(H2)=100kPa,p(02)=100kPa]:

0

(1)EA°(H+/H2)=0V,它在碱性介质中的EB(OH—/H2)等于多少?

⑵EB°(O2/OH—)=0.40IV,它在酸性介质中的EA°(O2/H2。)等于多少？

提示：酸性介质；碱性介质

+

解:(l)2H+2e-=H2E°A=0V

A+20

E=E°+(0.0529W2)lg[{c/(H)}/{P(H2}1

因为碱性介质中，c/(OH-)=1.0,所以C，(H+)=10/4

0,+2

所以.E°D=EA+(0.0592V/2)lg[{c(H))/(P(H2)/P°)]

=0V+(0.0592V/2)lg[(1014)/1]=-O.83V

(2)O2+2H2O+4e-=4OH-,E°B=0.40IV

0()4

E=EB+(0.0592V4)lgf(P(02yPY{c\OW)}

因为酸性介质中，c，(H+)=1.0,所以C，(OH-)=1()44

e04

所以EA=EB+(0.0592V4)lg[(P(02)T°/{cW)}

=0.401v+(0.0529V4)lg[K1014)4J=1.23V

24.参照本章例6的处理方法，根据Ka°(HF)=6.6xlO-4,求电对f/HF的E°值

[p(F2)=100KPa]o

FF

解：F2+2e=2F-,E°(2/.)=2.87V

FFFF2

E(2/-)=E°(2/-)+(0.0592V/2)lg[(P(F2)/P6)/{c\F-))]

=2.87V-(0.0592W2)lg(cXF-)}2

因为HF-H++F-K°a(HF)=6.6xl()-4

当c'(HF)=l.l,c'(H+尸1.0时，

K°a(HF)=[c'(H+