第4章 氧化还原反应与电化学作业解题

大学化学第四章答案

氧化还原反应与电化学 作业： 123页：4、5、7、8、9、10、11、12; 123页：14、16、17、18、19、21。

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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-

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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×) Cr3++8OH–= CrO42- +4H2O +3e– + 3×) H2O2 +2e– = 2OH– 得： 2Cr3+ + 3H2O2 +10OH-= 2CrO42- +8H2O (2) (3) 5×) H2O2 = O2+ 2H+ +2e– + 2×) MnO4-+8H++5e– =Mn2++4H2O 得： 2MnO4– + 5 H2O2 +6 H+ = 2Mn2++ 5O2 +8H2O

4×) Mg= Mg2+ +2e– + 1×) 2NO3-+10H++8e– =N2O+5H2O 得： 2NO3– + 4Mg + 10H+ =N2O + 4Mg2+ +5H2O (4)

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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 (+)

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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 (+) 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)=0.9259V

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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？

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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 ΔG =-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。

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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

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+) =4.76 ×10-20 mol· dm-3

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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。 解: E= (+)- (-)= (H+/ H2 ) - (Ni2+ / Ni) = – (Ni2+ / Ni) = – (Ni2+ / Ni)-(0.059/2)lg0.01 =0.288 ∴ (Ni2+/Ni)= – 0.229V

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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？

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

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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-)=+0.535V (Br2/Br-)=+1.065V (Cl2/Cl-)=+1.3583V (Fe3+/Fe2+ )=+0.770V (MnO4-/ Mn2+ )=+1.491V 即: (I2/I-)< (Fe3+/Fe2+ )< (Br2/Br-)< (Cl2/Cl-)< (MnO4-/ Mn2+ ) ∴选择Fe2(SO4)3合适。

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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-)

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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。

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 nE 2 0.0101 lg K 0.342 0.059 0.059 K 2.20

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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ΔG 值。 (3)分别从 E 值和ΔG 值计算反应的平衡常数。

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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 ΔG =-nFE =-2×96485×[0.7996-(-0.1263)] ×10-3 =-178.67 kJ· mol-1 (3) 方

法①: ΔG =-2.303RT lgK -178.67 ×103=-2.303 ×8.314 ×298.15 ×lgK 解得:K =1.98 ×1031 方法②: E = 0.7996-(-0.1263)=-0.9259V lgK =nE /0.059=2 ×(-0.9259)/0.059=31.39 解得:K =2.43 ×1031

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