武漢大學(xué)版無機(jī)化學(xué)課后習(xí)題答案第三版第08章原電池和氧化還原反應(yīng)習(xí)題.doc
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原電池和氧化還原反應(yīng) 1. 用離子電子法配平下列反應(yīng)式: (1) PbO2+ Cl Pb+ Cl2 (酸性介質(zhì)) (2) Br2 BrO+Br (酸性介質(zhì)) (3) HgS+2NO+Cl HgCl+2NO (堿性介質(zhì)) (4) CrO+HSnO HSnO+CrO (堿性介質(zhì)) (5) CuS +CN+OH Cu(CN)+NCO+S (堿性介質(zhì)) 解:(1)PbO2+2Cl-+4H+=Pb2++Cl2+2H2O (2)3Br2+3H2O=BrO3-+5Br-+6H+ (3)HgS+2NO3-+4Cl-+4H+=HgCl42-+2NO2+S+2H2O (4)2CrO42-+3HSnO2-+H2O=2CrO2-+3HSnO3-+2OH- (5)2CuS +9CN+2OH =2Cu(CN)+NCO+2S+H2O 2. 用離子電子法配平下列電極反應(yīng): (1)MnOMnO2 (堿性介質(zhì)) (2)CrOCr(OH)3 (堿性介質(zhì)) (3)H2O2H2O (酸性介質(zhì)) (4)H3AsO4H3AsO3 (酸性介質(zhì)) (5)O2H2O2(aq) (酸性介質(zhì)) 解:(1)MnO4-+2H2O+3e-=MnO2+4OH- (2)CrO42-+4H2O+3e-=Cr(OH)3+5OH- (3)H2O2+2e-=2OH- (4)H3AsO4+2H++2e-=H3AsO3+H2O (5)O2+2H++2e-=H2O2 3. 現(xiàn)有下列物質(zhì):KMnO4, K2Cr2O7, CuCl2, FeCl2, I2, Br2, Cl2, F2在一定條件下它們都能作為氧化劑,試根據(jù)電極電勢(shì)表,把這些物質(zhì)按氧化本領(lǐng)的大小排列成順序,并寫出它們?cè)谒嵝越橘|(zhì)中的還原產(chǎn)物。 解:在酸性介質(zhì)中,KMnO4,K2Cr2O7,CuCl2,FeCl3,I2,Br2,Cl2,F2作為氧化劑,其還原產(chǎn)物分別為(離子)Mn2+,Cr3+,Cu,Fe2+,I-,Br-,Cl-,F-,jq值越大,氧化能力越強(qiáng),依據(jù)電極電勢(shì)表,得氧化能力從大到小依次排列為 F2>MnO4->Cl2>Cr2O72->Br2(aq)>Fe3+>I2>Cu2+ 4. 現(xiàn)有下列物質(zhì):FeCl2, SnCl2, H2, KI, Li, Mg, Al, 它們都能作為還原劑,試根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表,把這些物質(zhì)按還原本領(lǐng)的大小排列成順序,并寫出它們?cè)谒嵝越橘|(zhì)中的氧化產(chǎn)物。 解:jq值越小,還原本領(lǐng)越強(qiáng)。在酸性介質(zhì)中,F(xiàn)e2+,Sn2+,H2,I-,Li,Mg,Al分別被氧化為Fe3+,Sn4+,H+,I2,Li+,Mg2+,Al3+,依據(jù)電極電勢(shì),得還原能力從大到小依次排列為 Li>Mg>Al>H2>Sn2+>I->Fe2+ 5. 就下面的電池反應(yīng),用電池符號(hào)表示之,并求出298K時(shí)的E和△rG值。說明反應(yīng)能否從左至右自發(fā)進(jìn)行。 (1)Cu(s) +Cl2(1.013105Pa) Cu( 1moldm-3)+Cl( 1moldm-3) (2)Cu(s) +2H+( 0.01moldm-3) Cu( 0.1moldm-3)+H2 (0.91.013105Pa) 解:(1) 一般情況下,在稀溶液中cg a g = 1 即 aCl2 =1, aCu2+ = 1 , aCl-=1 E = Eq = jqCl2/Cl- - jqCu2+/Cu = 1.3595-0.521=0.8385v ΔrG = -ZEF = -10.828596500=-80.92KJ/mol 即反應(yīng)能自左向右進(jìn)行。 (2) 即 aH+ = 0.01 aCu2+ = 0.1 aH2 = 0.9 E = jqH+/H2 -jqCu2+/Cu + = 0-0.521-0.0874=-0.6084v ΔrG = -ZEF = -2(-)0.608496500=-117.42KJ/mol 該反應(yīng)從左到右不能自發(fā)進(jìn)行。 6. 已知電對(duì) Ag+ +e Ag, =+0.799V, Ag2C2O4的溶度積為:3.510。求算電對(duì)Ag2C2O4+2e 2Ag+C2O的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。 解:電對(duì)Ag2C2O4 + 2e- 2Ag + C2O42- 的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì),即指aC2O42- = 1時(shí),jAg+/Ag的值。 由此可知 7. MnO離子的歧化反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?已知電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為: = 0.56, =2.26V 寫出反應(yīng)及電池符號(hào)。 解:若能發(fā)生歧化反應(yīng),反應(yīng)的方程式為 3MnO42-+2H2O = 2MnO4- + MnO2 +4OH- Eq = jq+ -jq- = = 2.26-0.56=1.70V 歧化反應(yīng)能正常進(jìn)行。 電池符號(hào)為: (-) Pt , MnO4- , MnO42- | OH- | MnO42- , MnO2 , Pt (+) 8. 今有一種含有Cl-,Br-,I-三種離子的混合溶液,欲使I-氧化為I2,而又不使Br- ,Cl-氧化。在常用的氧化劑Fe2(SO4)3和KMnO4中,選擇哪一種能符合上述要求。 解: jq / V I2+2e- = 2I- 0.5355 Fe3++e- = Fe2+ 0.771 Br2(aq)+2e- = 2Br- 1.087 Cl2+2e- = 2Cl- 1.360 MnO4-+8H++5e- = Mn2+ +4H2O 1.51 由于MnO4-在酸性介質(zhì)中的氧化能力太強(qiáng),Cl- , Br- , I-都可被氧化,而Fe3+的氧化能力一般化,只能氧化I-,不能氧化Cl- , Br-,依題意,應(yīng)選擇Fe2(SO4) 9. 已知電對(duì)H3AsO3 + H2O H3AsO4 + 2H+ + 2e-,= +0.559V; 電對(duì)3I- = I+2e,=0.535V。算出下列反應(yīng)的平衡常數(shù): H3AsO3 + I + H2O = H3AsO4 + 3I- + 2H+ 如果溶液的Ph=7,反應(yīng)朝什么方向進(jìn)行? 如果溶液的[H+]=6moldm-3,反應(yīng)朝什么方向進(jìn)行? 解:ΔrGqm = -ZEqF = -2(0.559-0.535)96500=-4632 J / mol ΔrGqm = -RTlnKq Kq = 6.48 若溶液的pH =7,其他條件 不變,即aH+ = 10-7 ΔrG = -ZEF < 0 反應(yīng)朝正方向進(jìn)行。 若溶液中的[H+]=6mol/L, ΔrG = -ZEF > 0 反應(yīng)不能朝正方向進(jìn)行。 10. 已知在堿性介質(zhì)中= -1.82V; = -1.18V計(jì)算電對(duì)P4-PH3的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì),并判斷P4是否能發(fā)生岐化反應(yīng)。 解: H3PO2-――――P4――――PH3 依據(jù)元素電勢(shì)圖,得 = -0.9667V 由于 < 所以歧化反應(yīng)能發(fā)生。 11. 利用氧化還原電勢(shì)表,判斷下列反應(yīng)能否發(fā)生岐化反應(yīng)。 (a) 2CuCu + Cu2+ (b) HgHg + Hg2+ (c) 2OH- + I2 IO- + I- + H2O (d) H2O + I2HIO + I- + H+ 解 :(a) jqCu2+/Cu+ = 0.153V jqCu2+/Cu = 0.337V jqCu+/Cu = 0.521V 依據(jù)元素電勢(shì)圖的知識(shí),可知歧化反應(yīng)能發(fā)生。 (b) 右邊大于左邊,發(fā)生的應(yīng)是歸中反應(yīng)而不是歧化反應(yīng)。 (c)堿性條件下 依據(jù)元素電勢(shì)圖的知識(shí),可知歧化反應(yīng)能發(fā)生。 (d)酸性條件下 發(fā)生的應(yīng)是歸中反應(yīng)不是歧化反應(yīng)。 12.將一個(gè)壓強(qiáng)為1.013105Pa的氫電極和一個(gè)含有90%氬氣,壓強(qiáng)1.013105Pa的氫電極侵入鹽酸中,求此電池的電動(dòng)勢(shì)E。 解 :此種電池實(shí)際上稱為濃差電池 H2 (高濃度)H2(低濃度) 注:計(jì)算E>0,該過程自發(fā)。 實(shí)際上,H2由高濃度向低濃度擴(kuò)散,本身就是一自發(fā)過程,從而也就驗(yàn)證了上述計(jì)算。 13. 含有銅和鎳的酸性水溶液,其濃度分別為[Cu2+]=0.015moldm-3,[Ni2+]=0.23moldm-3,[H+]=0.72moldm-3,最先放電析出的是哪種物質(zhì),最難析出的是哪種物質(zhì)? 解 :Cu2+ + 2e- Cu Ni2+ + 2e- Ni H+ +e- H2(g) 電極電勢(shì)越高,氧化能力越強(qiáng),越容易析出,照理論計(jì)算結(jié)果可看出,Cu最先析出。 14. 試計(jì)算下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾自由能變化△rG (a) MnO2 + 4H+ + 2BrMn2+ + 2H2O + Br2 (b) Br2 + HNO2 + H2O2Br + NO + 3H+ (c) I2 + Sn2+ 2 I + Sn4+ (d) NO +3H+ +2Fe2+2Fe3+ +HNO2 + H2O (e) Cl2 + 2Br Br2 +2Cl 解: (a) MnO2 + 4H+ + 2eMn2+ + 2H2O =1.23V 2Br—2e Br2 =1.0652V E=—=0.1648V △rG= —nEF= —31.806kJmol (b) Br2 + 2e2Br =1.065V HNO2 + H2O—2e NO + 3H+ =0.94V E=—=0.125V △rG= —nEF= —24.125kJmol (c)I2 + 2e2 I =0.5355V Sn2+ —2e Sn4+ =0.15V E=—=0.3855V △rG= —nEF= —74.407kJmol (d) 2Fe2++ 2e2Fe3+ =0.771V HNO2 + H2O—2e NO + 3H+ =0.94V E=—=—0.169V △rG= —nEF= 32.617kJmol (e) Cl2 + 2e 2Cl =1.36V 2Br—2e Br2 =1.065V E=—=0.295V △rG= —nEF= —56.935kJmol 15.已知下列在堿性介質(zhì)中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì): CrO(aq) + 4H2O(l) + 3e Cr(OH)3(s) + 5OH(aq) = -0.11V [Cu(NH3)]+ (aq) + e Cu(s) + 2 NH3(aq) = -0.10V 試計(jì)算用H2還原CrO和[Cu(NH3)]+時(shí)的,△rG和K。并說明這兩個(gè)系列的雖然近似,但△rG和K卻相差很大的原因? 解: CrO:△G= +31.8kJmol;K=2.710 [Cu(NH3)]+:△G= +11.6kJmol;K=9.310 16. 對(duì)于298K時(shí)Sn2+和Pb2+與其粉末金屬平衡的溶液,在低離子強(qiáng)度的溶液中[Sn2+]/ [Pb2+]=2.98,已知= -0.126V,。 解 :Sn + Pb2+Sn2+ + Pb K=[Sn2+]/ [Pb2+]=2.98 lg K= = = x == —0.14V == —0.14V。 17.在298K時(shí)反應(yīng)Fe3+ + Ag Fe2+ + Ag+的平衡常數(shù)為0.531。已知= +0.770V,計(jì)算。 解:lg K= = = x == 0.786V == 0.786V 18. 粗銅片中常含雜質(zhì)Zn,Pb,Fe,Ag等,將粗銅作陽(yáng)極,純銅作陰極,進(jìn)行電解煉,可以得到純度為99.99%的銅,試用電極電勢(shì)說明這四種雜質(zhì)是怎樣和銅分離的。 解: Cu2+ + 2e- Cu 電極電勢(shì)比較大,△rG則比較小,所以進(jìn)行的徹底。 19. 在含有CdSO4溶液的電解池的兩個(gè)極上加外電壓,并測(cè)得相應(yīng)的電流。所得數(shù)據(jù)如下: E/V 0.5 1.0 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 3.0 I/A 0.002 0.0004 0.007 0.008 0.028 0.069 0.110 0.192 試在坐標(biāo)紙上作圖,并求出分解電壓。 解: 得出E=3.0V 20.在一銅電解試驗(yàn)中,所給電流強(qiáng)度為5000A,電流效率為94.5%,問經(jīng)過3h(小時(shí))后,能得電解銅多少kg(千克)? 解 I= q=I t = 500094.5%33600=5.01310(庫(kù)侖) Cu + 2e == Cu 2 64 5.01310 m m = 1.6310(千克)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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