大学化学课件：第4章作业题解（氧化还原反应与电化学）

1、氧化还原反应与电化学 123页：4、5、7、8、9、10、11、12； 123页：14、16、17、18、19、21。,3. 用离子-电子法配平下列半反应 (1) NO3- NO2-(酸性介质) (2) Br2 BrO3- (碱性介质) (3) H2O2 H2O(酸性介质) (4) H2O2 O2 (碱性介质) (5) CrO42- CrO2- (碱性介质),解：(1) NO3- + 2H+ + 2e- = NO2-+H2O (2) Br2 + 12OH- = 2BrO3- + 6H2O + 10e- (3) H2O2 + 2H+ + 2e- = 2H2O (4) H2O2 + 2OH- =

2、O2 + 2H2O + 2e- (5) CrO42- + 2H2O + 3e- = CrO2- + 4OH-,4. 用离子-电子法配平下列反应式： 解：(1) 5) Fe2+ = Fe3+ +e- + 1) MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O 得： 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O (2) 2) Cr3+ + 8OH- = CrO42- + 4H2O + 3e- + 3) H2O2 + 2e- = 2OH- 得： 2Cr3+ + 3H2O2 + 10OH- = 2CrO42- + 8H2O (3) 5) H2O2 =

3、 O2+ 2H+ +2e- + 2) MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O 得： 2MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O (4) 4) Mg= Mg2+ +2e- + 1) 2NO3- + 10H+ + 8e- = N2O + 5H2O 得： 2NO3- + 4Mg + 10H+ = N2O + 4Mg2+ + 5H2O,5. 将下列氧化还原反应组成原电池，写出原电池符 号和两极反应。 (1) Pb + 2Fe2+ = 2Fe3+ + Pb2+ (2) Ni + Sn4+ = Ni2+ + Sn2+,解： (1) 负极：

4、Pb = Pb2+ +2e-；正极：Fe3+ +e- = Fe2+ 原电池符号： (-) Pb|Pb2+ (c1) | Fe3+(c2) , Fe2+ (c3) | Pt (+) (2) 负极：Ni = Ni2+ + 2e-；正极：Sn4+ + 2e- = Sn2+ 原电池符号： (-) Ni | Ni2+ (c1) | Sn2+(c2) , Sn4+(c3) | Pt (+),6. 写出下列各电池的化学反应式，并计算298.15 K时电池的电动势。 (1) (-) Fe|Fe2+ (0.001 moldm-3) | Ni2+ (0.1 moldm-3) | Ni (+) (2) (-) Pb

5、|Pb2+ (1 moldm-3) | Ag+ (1 moldm-3) | Ag (+),6.解： (1) Fe+ Ni2+ = Fe2+ + Ni + = (Ni2+/Ni) + (0.059/2)lg0.1 = -0.23 - 0.0295 = -0.26 V - = (Fe2+/ Fe) + (0.059/2)lg0.001 = -0.4402 - 0.0885 = -0.53 V E = + - - = -0.26 - (-0.53) = 0.27 V (2) Pb + 2Ag+ = Pb2+ + 2Ag E = + - - = (Ag+/Ag) - (Pb2+/Pb) = 0.799

6、6 - (-0.1263) = 0.9255 V,7.将下列反应组成原电池 Sn2+ + 2Fe2+ = Sn4+ + 2Fe2+ (1)写出原电池符号。 (2)计算在298.15 K标准态时原电池的电动势和反应的吉布斯函数变。 (3)若改变Sn2+浓度，使其c(Sn2+) = 1.010-3 moldm3，则原电池的电动势为多少？ (4)该原电池在使用若干时间后，电池的电动势和两极的电极电势如何变化？,7. 解： (1)原电池符号： (-) Pt| Sn2+(c1) , Sn4+(c2) | Fe2+ (c3) , Fe3+(c4) | Pt (+) (2) E = (Fe3+/ Fe2+

7、) - (Sn4+ / Sn2+) = 0.770 - 0.15 = 0.62 V G = -nFE = -2964850.62 = -119641 Jmol-1 = -119.641 kJmol-1 (3) (-) = (Fe3+/ Fe2+ ) + (0.059/2)lg(1/1.010-3) = 0.15 + 0.0885 = 0.238 V E = (+) - (-) = 0.770 - 0.238 = 0.532 V (4) 使用后： c(Fe3+) ， c(Fe2+) ， (+) ； c(Sn2+) ， c(Sn4+) ， (-) ； E减小。 使用若干时间后E减小直至E = 0。

8、,8.下列电池反应中，当Cu2+浓度为何值时，该原电池的电动势为零？ Ni + Cu2+ (x moldm-3 ) = Ni2+ (1.0 moldm-3 ) + Cu 解: (+) = (Cu2+/Cu ) + (0.059/2)lgc(Cu2+) = 0.3402 + (0.059/2)lgc(Cu2+) (-) = (Ni2+/Ni) = -0.23 V 由E = (+) - (-) = 0 得： (+) = (-)，即 0.3402 + (0.059/2)lgc(Cu2+) = -0.23 c(Cu2+) = 4.69 10-20,9. 由镍电极和标准氢电极组成原电池。 若c(Ni2+

9、 ) = 0.01 moldm-3 时，原电池的电 动势为0.288 V，其中Ni为负极。试计算镍电 极的标准电极电势。 解: E = (+) - (-) = (H+/H2 ) - (Ni2+/Ni) = -(Ni2+/Ni) = -(Ni2+/Ni) - (0.059/2)lg0.01 = 0.288 (Ni2+/Ni) = -0.23 V,10.由两个氢电极H2(1.01325105 Pa)|H+ (0.1 moldm-3 ) 和H2(1.01325105 Pa)|H+ (x moldm-3 ) 组成原电 池，测得该原电池的电动势为0.016V。若电极 H2(1.01325105 Pa)|

10、H+ (x moldm-3 ) 作为该原电池 的正极，问组成该电极的H+浓度为多少？ 解: E = (+) - (-) = (0.059/2)lgx2/1 - (0.059/2)lg0.12/1 = 0.059(lgx + 1) = 0.016 lgx = -0.729 即: x = 0.19 moldm-3,11. 今有一种含有Cl-、Br-、I-三种离子的混合溶液， 欲使I-氧化为I2而又不使Br-、Cl-氧化，在常用的 氧化剂Fe2(SO4)3和KMnO4中，选用哪一种能符 合上述要求？ 解: 已知：(I2/I-) = + 0.535 V (Br2/Br-) = +1.065 V (Cl

11、2/Cl-) = +1.3583 V (Fe3+/Fe 2+) = +0.770 V (MnO4-/ Mn2+ ) = +1.491 V 即: (I2/I-) (Fe3+/Fe2+ ) (Br2/Br-) (Cl2/Cl-) (MnO4-/ Mn2+ ) 选择Fe2(SO4)3合适。,12. 通过实验得到如下现象 (1)在水溶液中，KI能与FeCl3反应生成I2和FeCl2，而 KBr则不能与FeCl3反应； (2)溴水能与FeSO4溶液作用生成Fe3+ 和Br-离子，而 碘则不能与FeSO4反应。 根据以上现象定性地推断Br2/Br-、 I2/I-和Fe3+/Fe 三电对电极电势的大小。,解

12、: (I2/I-) (Fe3+/Fe ) (Br2/Br-),解：原电池符号： (-) Sn|Sn2+ (1moldm-3) | Pb2+ (1moldm-3) | Pb (+) + = (Pb2+/Pb) = -0.1263 V - = (Sn2+/Sn) = -0.1364 V E = + - - = -0.1263 - (-0.1364) = 0.0101 V,13. 求反应Sn + Pb2+ (1 moldm-3 ) = Pb + Sn2+ (1moldm-3 ) 在 298.15 K时的平衡常数，并写出原电池符号。,14. 已知原电池： (-) Pb|Pb2+(0.01 moldm-

13、3) | Ag+ (1 moldm-3) |Ag (+) (1)求298.15 K时原电池的电动势。 (2)写出电池反应并计算反应的G值。 (3)分别从 E值和G值计算反应的平衡常数。,14.解: (1) (+) = (Ag+/Ag ) = +0.7996 V (-) = (Pb2+/Pb ) + (0.059/2)lg0.01 = -0.1263 - 0.059 = -0.1853 V E = (+) - (-) = 0.7996 - (-0.1853) = 0.9849 V (2)电池反应：Pb + 2Ag+ = Pb2+ + 2Ag G = -nFE = -2964850.7996 -

14、(-0.1263)10-3 = -178.67 kJmol-1 (3) 方法: G = -2.303RTlgK -178.67103 = -2.3038.314298.15lgK 解得: K = 1.981031 方法: lgK = nE/0.059 = 20.7996 - (-0.1263)/0.059 = 31.39 解得:K =2.43 1031,15. 计算下列反应的平衡常数和所组成的原电池 的电动势(设离子浓度均为1.0 moldm-3)。 Fe3+I-= Fe2+ + I2,解：+ = (Fe3+/ Fe2+) = 0.770 V - = (I2/I-) = 0.535 V E =

15、 + - - = 0.770 - 0.535 = 0.235 V,16.下列反应中，离子浓度均为1.0 moldm-3，试用标 准电极电势判断下列反应的方向。 (1) Cu + 2Fe3+ Cu2+ + 2Fe2+ (2) 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ (3) Sn4+ + 2Fe2+ Sn2+ + 2Fe3+,16. 解: (1) (Cu2+/Cu ) = +0.3402 V (Fe3+/Fe2+) = +0.770 E = (Fe3+/Fe2+) - (Cu2+/Cu ) = 0.770 - 0.3402 = 0.4298 V 0

16、即Fe3+为氧化剂， Cu为还原剂 所以反应正向进行。(Cu + 2Fe3+ Cu2+ + 2Fe2+) (2) (Fe3+/Fe2+) = +0.770 V (Cr2O72-/Cr3+ ) = +1.33 V E = (Fe3+/Fe2+) - (Cr2O72-/Cr3+ ) = 0.770 - 1.33 = -0.56 V 0 即Cr2O72-为氧化剂， Fe2+为还原剂 所以反应逆向进行。 即：6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Cr2O72- + 6Fe2+ +14H+,(3) (Sn4+/Sn2+ ) = +0.15 V (Fe3+/Fe2+) = +0.770 V E = (

17、Sn4+/Sn2+ ) - (Fe3+/Fe2+) = 0.15 - 0.770 = -0.62 V 0 即Fe3+为氧化剂， Sn2+为还原剂 所以反应逆向进行。 (Sn4+ + 2Fe2+ Sn2+ + 2Fe3+),17.试求下列电池反应在298.15 K时的G值。说明反应是否能从左至右自发进行。 (1) 1/2Cu + 1/2Cl2(101325 Pa) = 1/2Cu2+ (1moldm-3) + Cl- (1moldm-3) (2) Cu + 2H+ (0.01 moldm-3) = Cu2+(0.1 moldm-3) + H2(0.9 101325 Pa),17.解: (1) (

18、+) = (Cl2 /Cl-) = +1.3583 V (-) = (Cu2+/Cu )= +0.3402 V G = -nFE = -196485(1.3583- 0.3402) 10-3 = -98.23 kJmol-1 0 反应不能自发进行。,18. 在298.15 K时，由Co|Co2+(1 moldm-3) 和 Cl2 (101325 Pa) |Cl- (1 moldm-3)组成原电池，测得其电动势为1.63 V，此时钴电极为负极。现已知氯电极的标准电极电势为1.36 V，问： (1)此电池反应的方向如何？ (2)钴电极的标准电极电势为多少？ (3)当氯气的压力增大或减小时，原电池的

19、电动势将如何变化？ (4)当Co2+浓度降低时，原电池的电动势将如何变化？,18.解: (1) Co + Cl2(g) = Co2+ + 2Cl- (2) E = (+) - (-) = (Cl2 /Cl-) - (Co2+ /Co ) (Co2+/Co) = (Cl2 /Cl-) - E = 1.36 - 1.63 = -0.27 V (3) Cl2 + 2e- = 2Cl- (+) = (Cl2 /Cl-) + (0.059/2)lgp(Cl2)/p/c2(Cl-)/c p(Cl2) ，(Cl2 /Cl-) ， (+) ，E ； p(Cl2) ，(Cl2 /Cl-) ， (+) , E 。 (4) (-) = (Co2+/Co) = (Co2+/Co) + (0.059/2)lgc(Co2+) c(Co2+) , (-) , E。,19. 从标准电极电势值分析下列反应向哪一方向进行？ MnO2 + 2Cl- + 4H+ Mn2+ + Cl2 + 2H2O 实验室是根据什么原理，采取什么措施，使之产生 Cl2气的？,19. (MnO2/Mn2+) = +1.208 V (Cl2/Cl-) = +1.3583 V (MnO2/Mn2+) (Cl2 /Cl-) ，