《普通化学》中国石油大学华东版作业题解4章氧化还原反应与电化学.ppt

1,氧化还原反应与电化学 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- = O2 +2H2O +2e- (5)CrO42- +2H2O+3e- = CrO2- +4OH-,2,4.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 = 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,3,5. 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：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 (+),4,6. 写出下列各电池的化学反应式，并计算298.15K时电池的电动势。 (1)(-) Fe|Fe2+ (0.001mol·dm-3) | Ni2+ (0.1mol·dm-3) | Ni (+) (2)(-) Pb|Pb2+ (1mol·dm-3) | Ag+ (1mol·dm-3) | Ag (+),5,6.解： (1) Fe+ Ni2+ = Fe2+ + Ni += (Ni2+/Ni)+(0.059/2)lg0.1 =-0.23-0.0295=-0.26V -= (Fe2+/ Fe)+(0.059/2)lg0.001 =-0.4402-0.0885 =-0.53V E= + - - = -0.26-(-0.53)=0.27V (2)Pb+ 2Ag+ = Pb2+ + 2Ag E = + - - = (Ag+/Ag)- (Pb2+/Pb) =0.7996-(-0.1263)=0.9255V,6,7.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298.15K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+)=1.0×10-3mol·dm-3，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？,7,7.解：(1)原电池符号： (-) Pt| Sn2+(c1) , Sn4+(c2) | Fe2+ (c3) , Fe3+(c4) | Pt (+) (2) E=(Fe3+/ Fe2+ ) - (Sn4+ / Sn2+) =0.770-0.15=0.62V G=-nFE=-2×96485×0.62 =-119641 J·mol-1=-119.641 kJ·mol-1 (3) (-)= (Fe3+/ Fe2+ )+(0.059/2)lg(1/1.0 ×10-3) =0.15+0.0885=0.238V E= (+)- (-)= 0.770-0.238=0.532V (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 mol·dm-3 )= Ni2+ (1.0 mol·dm-3 ) + Cu 9.由镍电极和标准氢电极组成原电池。 若c(Ni2+ )=0.01 mol·dm-3 时，原电池的电动势为0.288V，其中Ni为负极。试计算镍电极的标准电极电势。,9,8.解: (+)= (Cu2+/Cu )+(0.059/2)lgc(Cu2+) =0.3402+(0.059/2)lgc(Cu2+) (-)= (Ni2+/Ni)=-0.23V 由E= (+)- (-)=0得： (+)= (-)，即 0.3402+(0.059/2)lgc(Cu2+) =-0.23 c(Cu2+) =4.69 ×10-20 mol·dm-3 9.解: E= (+)- (-)=(H+/ H2 ) - (Ni2+ / Ni) =(Ni2+ / Ni) = (Ni2+ / Ni)-(0.059/2)lg0.01 =0.288 (Ni2+/Ni)= 0.229V,10,10.由两个氢电极H2(1.01325×105Pa)|H+ (0.1 mol·dm-3 ) 和H2(1.01325×105Pa)|H+ (x mol·dm-3 ) 组成原电池，测得该原电池的电动势为0.016V。若电极H2(1.01325×105Pa)|H+ (x mol·dm-3 ) 作为该原电池的正极，问组成该电极的H+浓度为多少？ 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？,11,10.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 mol·dm-3 11.解: 已知：(I2/I-)=+0.535V (Br2/Br-)=+1.065V (Cl2/Cl-)=+1.3583V (Fe3+/Fe )=+0.770V (MnO4-/ Mn2+ )=+1.491V 即:(I2/I-) (Fe3+/Fe )(Br2/Br-) (Cl2/Cl-)(MnO4-/ Mn2+ ) 选择Fe2(SO4)3合适。,12,12.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: (I2/I-) (Fe3+/Fe )(Br2/Br-),13.求反应Sn + Pb2+ (1 mol·dm-3 )= Pb+Sn2+ (1mol·dm-3 )在298.15K时的平衡常数，并写出原电池符号。,13,13.解：原电池符号： (-) Sn|Sn2+ (1mol·dm-3) | Pb2+ (1mol·dm-3) | Pb (+) += (Pb2+/Pb)=-0.1263V -= (Sn2+/Sn)=-0.1364V E= + - - =-0.1263-(-0.1364) = 0.0101V,14,14.已知原电池： (-) Pb|Pb2+(0.01mol·dm-3) | Ag+ (1mol·dm-3) |Ag (+) (1)求298.15K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。,15,14.解: (1) (+)= (Ag+/Ag )=+0.7996V (-)= (Pb2+/Pb )+(0.059/2)lg0.01 =-0.1263-0.059=-0.1853V E= (+)- (-)= 0.7996-(-0.1853)=0.9849V (2)电池反应：Pb+2Ag+=Pb2+2Ag G=-nFE=-2×96485×0.7996-(-0.1263) ×10-3 =-178.67 kJ·mol-1 (3) 方法: G=-2.303RT lgK -178.67 ×103=-2.303 ×8.314 ×298.15 ×lgK 解得:K =1.98 ×1031 方法: E= 0.7996-(-0.1263)=-0.9259V lgK=nE/0.059=2 ×(-0.9259)/0.059=31.39 解得:K =2.43 ×1031,16,15. += (Fe3+/ Fe2+)=0.770V -= (I2/I-)=0.535V E= + - - =0.770-0.535=0.235V,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1.0mol·dm-3)。 Fe3+I-= Fe2+ + ½ I2,17,16.下列反应中，离子浓度均为1.0mol·dm-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 )=+0.3402V (Fe3+/ Fe2+)=+0.770V E= (Fe3+/ Fe2+) - (Cu2+/Cu ) =0.770- 0.3402=0.4298V0 即Fe3+为氧化剂， Cu为还原剂 所以反应正向进行。(Cu+2Fe3+ Cu2+2Fe2+),18,(3) (Sn4+/ Sn2+ )=+0.15V (Fe3+/ Fe2+)=+0.770V E= (Sn4+/ Sn2+) - (Fe3+/ Fe2+) = 0.15 - 0.770 =-0.62V0 即Fe3+为氧化剂， Sn2+为还原剂 所以反应逆向进行。(Sn4+ +2Fe2+ Sn2+ +2Fe3+) (2) (Fe3+/ Fe2+)=+0.770V (Cr2O72-/ Cr3+ )=+1.33V E= (Fe3+/ Fe2+) - (Cr2O72-/ Cr3+ ) =0.770- 1.33=-0.56V0 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+,19,17.试求下列电池反应在298.15K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+ (1mol·dm-3)+Cl-(1mol·dm-3) (2)Cu+2H+ (0.01mol·dm-3)=Cu2+(0.1mol·dm-3)+H2(0.9×101325 Pa),20,17.解: (1) + = (Cl2 / Cl-)=+1.3583V = (Cu2+/Cu)=+0.3402V(附录数据，错误；正确应为0.337V) G=-nFE=-1×96485×(1.3583- 0.3402) ×10-3 =-98.23 kJ·mol-10 反应不能自发进行。,21,17.解: (1) + = (Cl2 / Cl-)=+1.3583V = (Cu2+/Cu)=+0.337V G=-nFE=-1×96485×(1.3583- 0.337) ×10-3 =-98.54 kJ·mol-10 反应不能自发进行。,22,18. 在298.15K时，由Co|Co2+(1mol·dm-3) 和 Cl2 (101325Pa) |Cl- (1mol·dm-3)组成原电池，测得其电动势为1.63V，此时钴电极为负极。现已知氯电极的标准电极电势为1.36V，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？,23,18.解: (1)Co+Cl2(g)=Co2+2Cl (2) E= + - = (Cl2 /Cl) - (Co2+ / Co ) (Co2+/Co)= (Cl2 /Cl) - E =1.36-1.63=-0.27V (3) Cl2+2e = 2Cl (+)= (Cl2 /Cl)+(0.059/2)lg p(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。,24,19.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？,25,19. (MnO2/ Mn2+ )=+1.208V (Cl2/Cl-)=+1.3583V (MnO2/ Mn2+ ) (Cl2 /Cl-) ， 这时反应正向进行，生成 Cl2气。,26,判断歧化反应能否发生的一般规则： 按元素的氧化数由高到低的顺序把各物种的化学式从左到右写出来： A 左 B 右 C (1) 若右 左 ，B既是值大的电对的氧化态，可作氧化剂；又是值小的电对的还原态，又可作还原剂，所以B能够自发发生歧化反应： B+BA+C (2) 若右 左 ，B的歧化反应不能发生，当溶液中有A和C存在时，将自发地发生歧化的逆反应，产物为B： A+C B,27,20. MnO4离子的歧化反应能否进行？已知电对的标准电极电势为 MnO4 +e = MnO42， = 0.56V MnO42 +4H+2e = MnO2+2H2O = 2.26V 请写出反应式。,解: += (MnO4 / MnO2)=2.26V -= (MnO4 / MnO42)=0.56V E0 歧化反应可以进行。 即：3 MnO42 +4H+=2MnO4 + MnO2+2H2O,28,21.用反应式表示下列物质的主要电解产物。 (1)电解NiSO4溶液，阳极用镍，阴极用铁。 (2) 电解熔融MgCl2 ，阳极用石墨，阴极用铁。 (3)电解KOH溶液，两极都用铂。,21.解: (1)阳极：Ni=Ni2+2e 阴极：Ni2+2e =Ni （电镀） (2)阳极：2Cl =Cl2+2e 阴极：Mg2+2e =Mg (3)阳极：4OH =O2+2H2O+4e 阴极：2H+2e =H2,