基础化学第8版-自测题及课后习题解答-第8章.pdf 15页

'第八章氧化还原反应与电极电位首页难题解析学生自测题学生自测答案章后习题解答难题解析例8-1写出并配平下列各电池的电极反应、电池反应，注明电极的种类。（1）(-)Ag(s)│AgCl(s)│HCl(sln)│Cl2(100kp)│Pt(s)(+)（2）(-)Pb(s)│PbSO4(s)│K2SO4(sln)‖KCl(sln)│PbCl2(s)│Pb(s)(+)2+-2++（3）(-)Zn(s)│Zn(c1)‖MnO4(c2),Mn(c3),H(c4)│Pt(s)(+)++（4）(-)Ag(s)|Ag(c1)‖Ag(c2)│Ag(s)(+)分析将所给原电池拆分为两个电极。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，写出正、负极反应式，由正极反应和负极反应相加构成电池反应。-－解（1）正极反应Cl2(g)+2e→2Cl(aq)属于气体电极--负极反应Ag(s)+Cl(aq)→AgCl(s)+e属于金属-难溶盐-阴离子电极电池反应2Ag（s）+Cl2(g)→2AgCl(s)n=2--（2）正极反应PbCl2(s)+2e→Pb(s)+2Cl(aq)属于金属-难溶盐-阴离子电极2--负极反应Pb(s)+SO4(aq)→PbSO4(s)+2e属于金属-难溶盐-阴离子电极2--电池反应PbCl2(s)+SO4(aq)→PbSO4(s)+2Cl(aq)n=2-+-2+（3）正极反应MnO4(aq)+8H(aq)+5e→Mn(aq)+4H2O(l)属于氧化还原电极2+-负极反应Zn(s)→Zn(aq)+2e属于金属-金属离子电极-+2+2+电池反应2MnO4(aq)+16H(aq)＋5Zn(s)→2Mn(aq)＋8H2O(l)＋5Zn(aq)n=10+-（4）正极反应Ag(c2)+e→Ag(s)属于金属-金属离子电极+-负极反应Ag(s)→Ag(c1)+e属于金属-金属离子电极++电池反应Ag(c2)→Ag(c1)n=1例8-225℃时测得电池(-)Ag(s)│AgCl(s)│HCl(c)│Cl2(100kp)│Pt(s)(+)的电动势为1.136V，已θ-θ+知ϕ(Cl2/Cl)=1.358V,ϕ(Ag/Ag)=0.7996V，求AgCl的溶度积。θ分析首先根据电池电动势和已知的标准电极电位，由Nernst方程求出ϕAgCl/Ag。其次：AgCl的平+-衡AgCl(s)Ag(aq)+Cl(aq)，方程式两侧各加Ag：1 +-AgCl(s)+Ag(s)Ag(aq)+Cl(aq)+Ag(s)++AgCl与产物Ag组成AgCl/Ag电对；反应物Ag与Ag组成Ag/Ag电对。AgCl(s)的溶度积常数为：θθnEθn(ϕAgCl/Ag−ϕ+)Ag/AglgK==。sp0.05916V0.05916V解由电池表达式：P正极反应Cl(g)+2e-→2Cl-(aq)，ϕ=ϕθ+0.05916VlgCl22−−Cl2/ClCl2/Cl[Cl−]22--θ0.05916V1负极反应Ag(s)+Cl(aq)→AgCl(s)+e，ϕAgCl/Ag=ϕAgCl/Ag＋lg−22[Cl]电池反应Cl2(g)+2Ag(s)→2AgCl(s)E＝ϕ−-ϕCl2/ClAgCl/Agθ0.05916VPCl2θ0.05916V1＝(ϕCl2/Cl−+lg−2)-(ϕAgCl/Ag＋lg−2)2[Cl]2[Cl]＝1.136V，θ将ϕCl/Cl−和PCl2数据带入2θθϕAgCl/Ag＝ϕCl2/Cl−－1.136V＝1.358V－1.136V＝0.222V，+-又由AgCl(s)+AgAg+Cl+AgθθnEθn(ϕAgCl/Ag−ϕ+)Ag/AglgK=＝=(0.222-0.7996)V/0.05916V＝-9.76sp0.05916V0.05916V-10Ksp(AgCl)=1.74×10+2+-2-1-1例8-3在Ag、Cu离子浓度分别为1.00×10mol·L和1.00mol·L的溶液中加入铁粉，哪一种金属离子先被还原析出？当第二种金属离子被还原析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度为多少？已知θ2+θ+ϕ(Cu/Cu)=0.3419V，ϕ(Ag/Ag)=0.7996V。分析首先根据电极电位判断物质氧化性或还原性的相对强弱。氧化能力强的氧化型物质将首先被还原。随着反应进行，被还原金属离子浓度降低，电极电位减小，当减小到与第二种金属离子的电极电位相等时，第二种金属离子才能被还原。θ+解ϕ+=ϕ+＋0.05916Vlog[Ag]Ag/AgAg/Ag-2＝0.7996V+0.05916Vlg(1.00×10)=0.6813V2 θϕ2+=ϕ2+=0.3419VCu/CuCu/Cu+由于ϕ+＞ϕ2+，Ag是较强氧化剂，当加入还原剂铁粉时首先被还原。Ag/AgCu/Cu2+当ϕ+=ϕ2+时，Cu离子被还原。则Ag/AgCu/Cu+ϕ+=0.7996V+0.05916Vlg[Ag]=0.3419VAg/Ag+-8-1[Ag]=1.82×10（mol·L）θ例8-4298K时电池(-)Pt(s)│H2(100kp)│NaOH(sln)│HgO(s)│Hg(l)(+)的Ε=0.926V，反应1θ-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)的△rHm=-285.84kJ·mol。又：2H2(g)O2(g)H2O(l)Hg(l)HgO(s)θ-1-1S/J·mol·K130.5205.0369.9477.470.291试求分解反应HgO(s)Hg(l)+O2(g)2(1)在298K时氧的平衡分压；(2)假定反应热与温度无关，HgO在空气中能稳定存在的最高温度是多少？解给定的电池反应：HgO(s)+H2→Hg(l)+H2O(l)且n＝2……（1式）θθ-1-1△rGm=-nFE=-2×96500C·mol×0.926V＝-178718J·mol1由H2(g)+O2(g)＝H2O(l)……（2式）2θθθ△rGm[H2O(l)]＝△rHm－T×△rSm-11-1-1＝-285840J·mol-298K×(69.94-130.5-×205.03)J·mol·K2-1＝-237244J·mol11式－2式得HgO(s)→Hg(l)+O2(g)……（3式）2θ-1-1-1△rGm＝-178718J·mol-(-237244J·mol)＝58526J·molθ(1)由△rGm＝－RTlnKp，θ-1-1-1lnKp=-△rGm/RT=-58526J·mol/(8.314J·mol·K×298K)=-23.62-11Kp=5.5×10=pO22-21-19pO=Kp=3.03×10atm=3.07×10kPa21(2)反应HgO(s)→Hg(l)+O2(g)的23 θ-1-11-1-1-1-1△rSm=77.4J·mol·K+×205.03J·mol·K-70.29J·mol·K2-1-1=109.6J·mol·Kθθθ△rHm=△rGm+T△rSm-1-1-1-1=58526J·mol＋298K×109.6J·mol·K=91187J·mol当HgO在空气中能稳定存在时，pO=0.2atm，Kp=pO=0.44722θK∆H(T−T)2rm21再由ln=K(T×T)R121−10.44791187J⋅mol×(T2−298K)ln=−11−1−15.5×10(T×298K)×8.314J⋅mol⋅K2计算得T2＝784.2K学生自测题判断题选择题填空题问答题计算题一、判断题（对的打√，错的打×）1．CH4中C与4个H形成四个共价键，因此C的氧化值是4。（）2．浓差电池Ag|AgNO3(c1)||AgNO3(c2)|Ag，c10说明在标准状态下H2O2能自发分解成H2O和O2。8.根据标准电极电位和电极电位Nernst方程计算下列电极电位：+-1-(1)2H(0.10mol·L)+2eH2(200kPa),2--1+-1-3+-1(2)Cr2O7(1.0mol·L)+14H(0.0010mol·L)+6e2Cr(1.0mol·L)+7H2O,-—-1(3)Br2(l)+2e2Br(0.20mol·L)+2θ0.05916V[H]解(1)n=2，ϕ=ϕ+lg=-0.068V2PH2+142−θ0.05916V[H][Cr2O7](2)n=6，ϕ=ϕ+lg=1.232v-0.414v＝0.818V3+26[Cr]θ0.05916V1(3)n=2，ϕ=ϕ+lg=1.066v+0.0414v＝1.1074V−22[Br]-2+9.设溶液中MnO4离子和Mn离子的浓度相等(其它离子均处于标准状态)，问在下列酸度：(1)pH=---0.0，(2)pH=5.5，MnO4离子能否氧化I和Br离子。9 θ-2+θ-θ-解已知ϕ（MnO4/Mn）=1.507V，ϕ(Br2/Br)=1.066V，ϕ(I2/I)=0.5355V---(1)pH=0.0时，即为标准状态，MnO4离子能氧化I和Br离子。−+8-2+θ-2+0.05916V[MnO4][H](2)pH=5.5时ϕ(MnO4/Mn)＝ϕ(MnO4/Mn)+lg2+5[Mn]＝1.507V－0.05916V×5.5×8/5＝0.986V---故此时，MnO4离子只能氧化I离子不能氧化Br离子。10.二氧化氯常作为消毒剂用于水的净化处理，(1)二氧化氯的生成反应为：2NaClO2(sln)+Cl2(g)=2ClO2(g)+2NaCl(sln)，--θ已知：ClO2(g)+eClO2(aq)ϕ=0.954V--θθ∆GθθCl2(g)+2e2Cl(aq)ϕ=1.358V,计算该反应的E、rm和K。--(2)二氧化氯的消毒作用在于：ClO2(g)ClO3(aq)+Cl(aq)，请配平该反应式。－－解(1)反应的离子方程式为：2ClO2(aq)+Cl2(g)=2ClO2(g)+2Cl(aq)θθθE=ϕ+-ϕ－＝1.358V-0.954V=0.404Vθθ-1-1∆G＝－nFE＝－2×96500C·mol×0.404V＝－77972J·molθθθ13lgK=nE/0.05916v=2×0.404V/0.05916V，K=4.5×10--+(2)配平得：6ClO2(g)+3H2O==5ClO3(aq)+Cl(aq)+6H3+-θ2+-θ11.已知：Co(aq)+3eCo(s)ϕ=1.26V；Co(aq)+2eCo(s)ϕ=-0.28V,求：(1)-13+2+当钴金属溶于1.0mol·L硝酸时，反应生成的是Co还是Co（假设在标准条件下）；(2)如改变硝酸的θ-浓度可以改变(1)中的结论吗？已知ϕ（NO3/NO）=0.96v。-12+解(1)标准状态下，当钴金属溶于1.0mol·L硝酸时，反应生成的是Co。(2)电极电位相差0.3V，故改变硝酸的浓度也难改变(1)中的结论。12.实验测得下列电池在298.15K时，E=0.420V。求胃液的pH值（SCE的电极电位为0.2412v）。（－）Pt(s)│H2(100KPa)│胃液│SCE（＋）+2+θ+0.05916V[H]解ϕ(H/H)=ϕ(H/H)+lg，222PH2E=ϕ−ϕ=0.2412V－0.05916V(-pH)=0.420VSCEH得pH＝3.02。10 13.在酸性介质中，随pH值升高，下列氧化型物质中，哪些离子（物质）的氧化能力增强？哪些离子（物质）的氧化能力减弱？哪些离子（物质）的氧化能力不变？2+2--2+Hg2、Cr2O7、MnO4、Cl2、Cu、H2O2。＋解pH升高，H浓度下降。+2+2+在半反应中，没有H参与的电对氧化能力不变；Hg2、Cl2、Cu；＋2--H在氧化型一边的电极电位下降，氧化能力减弱；Cr2O7、MnO4、H2O2；＋H在还原型一边的电极电位上升，氧化性增强。14.求298.15K，下列电池的电动势，并指出正、负极：2+-4-12+-1-1Cu(s)│Cu(1.0×10mol·L)‖Cu(1.0×10mol·L)│Cu(s)ϕθ(Cu2+0.05916V-1ϕθ(Cu2+解ϕ右＝/Cu)+lg(1.0×10)＝/Cu)－0.0296V2ϕθ(Cu2+0.05916V-4ϕθ(Cu2+ϕ左＝/Cu)+lg(1.0×10)＝/Cu)－0.1184V2右边为正极，左边为负极。E=0.1184V－0.0296V=0.0888V15.已知298.15K下列原电池的电动势为0.3884V：2+-12+-1（－）Zn(s)│Zn(xmol·L)‖Cd(0.20mol·L)│Cd(s)（＋）2+则Zn离子的浓度应该是多少？θ2+θ2+解查表知ϕ(Cd/Cd)=-0.403V；ϕ(Zn/Zn)=-0.762Vθϕθ(Cd2+ϕθ(Zn2+E＝/Cd)-/Zn)=-0.403V-(-0.762V)=0.359V2+θ0.05916V0.05916V[Zn]由E＝E-lgQ＝0.3884V=0.359V-lg220.22+-1得[Zn]=0.021mol·L-2-θ16.298.15K，Hg2SO4(s)+2e2Hg(l)+SO4(aq)ϕ=0.6125V2+-θHg2(aq)+2e2Hg(l)ϕ=0.7973V试求Hg2SO4的溶度积常数。2+2－解将两个电极组成原电池；Hg2（aq）+SO4（aq）＝Hg2SO4(s)θE＝0.7973V-0.6125V＝0.185v,n=2θθθ6lgK=2×E/0.05916v，K=1.8×1011 1-7Ksp==5.6×10θK17.已知298.15K下列电极的标准电极电位--θHg2Cl2(s)+2e2Hg（l）+2Cl(aq)ϕ=0.268V问当KCl的浓度为多大时，该电极的ϕ=0.327V。θ0.05916V1解ϕ(Hg2Cl2/Hg)=ϕ(Hg2Cl2/Hg)+lg−22[Cl]0.05916V10.327V＝0.268V＋lg−22[Cl]--1解得[Cl]=0.1mol·L18.在298.15K，以玻璃电极为负极，以饱和甘汞电极为正极，用pH值为6.0的标准缓冲溶液组成电-1池，测得电池电动势为0.350V；然后用活度为0.01mol·L某弱酸（HA）代替标准缓冲溶液组成电池，测得电池电动势为0.231V。计算此弱酸溶液的pH值，并计算弱酸的解离常数Ka。(E−Es)F解根据pH=pH+s2.303RT(0.231V−0.350V)pH=6.0+＝4.00.05916V+-4-1H]=1.0×10mol·L-1又c=0.01mol·L+2[H]-6Ka==1.0×10cExercises1.Whatisthevalueoftheequilibriumconstantat25℃forthereaction(refertothetableofstandard－-electrodepotential):I2(s)+2Br(aq)=2I(aq)+Br2(l)？θ-θ-Solutionϕ(I2/I)=0.5355V；ϕ(Br2/Br)=1.066Vθθ2×(0.5355V−1.066V)lgK=nFE/RT=＝-17.940.05916Vθ-18K=1.15×10θθθ2.Whatis∆GandEat25℃ofaredoxreactionforwhichn=1andequilibriumconstantK=53×10？θ-1-13-1Solution∆G=-RTlnK=-8.314J·K·mol×298K×ln(5×10)=-21100J·mol12 -1θθθ-21100J⋅mol∆G=-nFE,n=1,E=-=0.219V-196500C⋅mol3.Balancethefollowingaqueousskeletonreactionsandidentifytheoxidizingandreducingagents:-(1)Fe(OH)2(s)+MnO4(aq)→MnO2(s)+Fe(OH)3(s)(basic)-2+(2)Zn(s)+NO3(aq)→Zn(aq)+N2(g)(acidic)--Solution(1)3Fe(OH)2(s)+MnO4(aq)+2H2O＝MnO2(s)+3Fe(OH)3(s)＋OH(aq)-MnO4(aq)istheoxidizingagent-+2+(2)5Zn(s)+2NO3(aq)＋12H＝5Zn(aq)+N2(g)+6H2O-NO3(aq)istheoxidizingagent4.Writethecellnotationforthevoltaiccellsthatincorporateeachofthefollowingredoxreactions:3+3+(1)Al(s)+Cr(aq)→Cr(s)+Al(aq)2+2-+(2)Cu(aq)+SO2(g)+2H2O(l)→Cu(s)+SO4(aq)+4H(aq)3+3+Solution(1)(－)Al(s)│Al(c1)‖Cr(c2)│Cr(s)(+)2-+2+(2)(－)Pt(s)│SO2(g)│SO4(c1),H(c2)‖Cu(c3)│Cu(s)(+)2+2+5.AprimarycellconsistsofSHE(asananode)andaCu/Cuelectrode.calculate[Cu]whenEcell=0.25V.θ2+Solutionϕ(Cu/Cu)=0.342V2+θ2+0.05916V2+ϕ(Cu/Cu)＝ϕ(Cu/Cu)+lg[Cu]22+E=ϕ(Cu/Cu)－ϕ（SHE）0.05916V2+0.25V＝0.342V＋lg[Cu]-0.000V22+－4-1[Cu]＝7.8×10mol·L2+2+6.AprimarycellconsistsofNi/NiandCo/Cohalfcellswiththefollowinginitialconcentrations:2+-12+-1[Ni]=0.8mol·L;[Co]=0.2mol·L.(Ifthevolumeofsolutionisthesame)2+-1(1)WhatistheinitialE?(2)WhatisEwhen[Co]reaches0.4mol·L?θ(3)WhatistheequilibriumconstantK?2+2+(4)Whatisthevalueof[Ni]/[Co]whenE=0.025Vθ2+θ2+Solution(1)ϕ(Co/Co)=-0.28V,ϕ(Ni/Ni)=-0.257V2+θ2+0.05916Vϕ(Co/Co)=ϕ(Co/Co)+lg0.2＝－0.300V213 2+θ2+0.05916Vϕ(Ni/Ni)=ϕ(Ni/Ni)+lg0.8＝－0.260V2TheinitialE=-0.260V–(-0.300V)=0.040V2+2+Cellreaction:Ni(aq)+Co→Co(aq)+Ni,n=22+-12+-1(2)When[Co]=0.4mol·L，[Ni]=0.6mol·L;2+θ2+0.05916Vϕ(Co/Co)=ϕ(Co/Co)+lg0.4＝－0.292V22+θ2+0.05916Vϕ(Ni/Ni)=ϕ(Ni/Ni)+lg0.6＝－0.264V2E=-0.264V–(-0.292V)=0.028Vθ(3)E＝－0.257V–(-0.28V)＝0.023V,andn=2θ2×0.023VlgK=nE/0.05916v==0.778,K=6.00.05916V2+θ0.05916vθ0.05916V[Ni](4)E=E−lgQ=E+lg2+n2[Co]2+0.05916V[Ni]0.025V=0.023V+lg2+2[Co]2+[Ni]＝1.172+[Co]7.Aconcentrationcellconsistsoftwohydrogenelectrodes.ElectrodeAhasH2at0.9atmbubbling-1-1into0.1mol·LHCl，ElectrodeBhasH2at0.5atmbubblinginto2.0mol·LHCl.Whichelectrodeistheθanode?WhatistheE?WhatistheequilibriumconstantK?+－Solutionhydrogenelectrodehalf-reaction2H(aq)+2eH2，n=220.05916V0.1θElectrodeA：ϕA=ϕA+lg＝-0.058V20.920.05916V2.0θElectrodeB：ϕB=ϕB+lg＝0.0267V20.5ElectrodeAistheanode.E=0.0267V–(-0.058V)=0.0847Vθθ∵E＝0.0V，lgK=nE/0.05916V∴K=1.2+8.Inatestofanewreferenceelectrode,achemistconstructsaprimarycellconsistingofaZn/Zn14 2+-1electrodeandthehydrogenelectrodeunderthefollowingconditions:[Zn]=0.01mol·L;+-1[H]=2.5mol·L;PH2=0.3atm,CalculatetheEat25℃.θ2+Solutionϕ(Zn/Zn)=-0.762V2+θ2+0.05916Vϕ(Zn/Zn)=ϕ(Zn/Zn)+lg0.01＝－0.821V22+θ+0.05916V2.5ϕ(H/H2)=ϕ(H/H2)+lg＝0.039V20.3E＝0.039V－(－0.821V)＝0.860V15'