氧化還原反應(yīng)與電極電位.doc

第八章 氧化還原反應(yīng)與電極電位首 頁(yè)難題解析學(xué)生自測(cè)題學(xué)生自測(cè)答案章后習(xí)題答案難題解析 TOP 例 8-1 寫(xiě)出并配平下列各電池的電極反應(yīng)、電池反應(yīng)，注明電極的種類(lèi)。 （1）(-) Ag,AgCl(s) |HCl |Cl2(100kp),Pt (+)（2）(-) Pb, PbSO4(s)| K2SO4KCl| PbCl2(s),Pb (+)（3）(-) Zn | Zn2+MnO4-, Mn2+, H+| Pt (+)（4）(-) Ag | Ag+ (c1)Ag+(c2) |Ag (+)析 將所給原電池拆分為兩個(gè)電極。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，寫(xiě)出正、負(fù)極反應(yīng)式，由正極反應(yīng)和負(fù)極反應(yīng)相加構(gòu)成電池反應(yīng)。解 （1）正極反應(yīng) Cl2+2e- 2 Cl 此電極為氣體電極負(fù)極反應(yīng) Ag+Cl- AgCl(s)+e- 此電極為金屬-難溶鹽-陰離子電極電池反應(yīng) 2Ag+Cl2 2AgCl(s) n=2（2）正極反應(yīng) PbCl2(s)+2e- Pb+2Cl- 此電極為金屬-難溶鹽-陰離子電極 負(fù)極反應(yīng) Pb+SO42- PbSO4(s)+2e-此電極為金屬-難溶鹽-陰離子電極 電池反應(yīng) PbCl2(s) +SO42-PbSO4(s) +2Cl- n=2（3）正極反應(yīng) MnO4- +8 H+5e- Mn2+ 4 H2O 此電極為氧化還原電極 負(fù)極反應(yīng) Zn Zn2+2e- 此電極為金屬及其離子電極 電池反應(yīng) 2MnO4- +16 H+5Zn2Mn2+8 H2O5Zn2+ n=10（4）正極反應(yīng) Ag+(c2) +e- Ag 此電極為金屬及其離子電極 負(fù)極反應(yīng) Ag Ag+ (c1) + e- 此電極為金屬及其離子電極 電池反應(yīng) Ag+(c2) Ag+ (c1) n=1例 8-2 25時(shí)測(cè)得電池 (-) Ag,AgCl(s) |HCl(c) |Cl2(100kp),Pt (+) 的電動(dòng)勢(shì)為1.136V，已知( Cl2/Cl-)=1.358V, ( Ag+/Ag)=0.799 6V，求AgCl的溶度積。析 首先根據(jù)電池電動(dòng)勢(shì)和已知的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，由Nernst方程求出AgCl/Ag 。(2) AgCl的平衡AgCl(s)Ag+ + Cl-，方程式兩側(cè)各加Ag：AgCl(s) + Ag Ag+ + Cl- + AgAgCl與產(chǎn)物Ag組成AgCl/Ag電對(duì)；反應(yīng)物Ag與Ag+組成Ag+/Ag電對(duì)。AgCl(s)的溶度積常數(shù)為：=。解 由電池表達(dá)式：正極反應(yīng) Cl2 + 2e- 2 Cl-，=+lg負(fù)極反應(yīng) Ag + Cl- AgCl(s) + e-，=lg電池反應(yīng) Cl2(g) + 2Ag 2AgCl(s)E =-(+lg)-(lg)=1.136V，將和數(shù)據(jù)帶入1.136 V1.358 V1.136 V0.222V，又由 AgCl(s) + Ag Ag+ + Cl- + Ag=(0.222-0.799 6)V/0.059 16V-9.76Ksp(AgCl) = 1.7410-10例 8-3 在A(yíng)g+、Cu2+離子濃度分別為1.0010-2molL-1和1.00molL-1的溶液中加入鐵粉，哪一種金屬被先還原？當(dāng)?shù)诙N金屬離子被還原時(shí)，第一種金屬離子在溶液中的濃度為多少？已知( Cu2+/Cu)=0.341 9V，(Ag+/Ag)=0.799 6V。析 首先根據(jù)電極電位判斷物質(zhì)氧化性或還原性的相對(duì)強(qiáng)弱。氧化能力的氧化型物質(zhì)將首先被還原。隨著反應(yīng)進(jìn)行，被還原金屬離子濃度降低，電極電位減小，當(dāng)減小到與第二種金屬離子的電極電位相等時(shí)，第二種金屬離子才能被還原。解 = 0.059 16VlogAg+ 0.799 6V + 0.059 16Vlg(1.0010-2) = 0.681 3 V= = 0.341 9 V由于，Ag+是較強(qiáng)氧化劑，當(dāng)加入還原劑鐵粉時(shí)首先被還原。當(dāng)=時(shí)，Cu2+離子被還原。則= 0.799 6V+ 0.059 16VlgAg+ = 0.341 9V Ag+ = 1.8210-8（molL-1）例8-4 298K時(shí)電池(-)Pt,H2(100kp)|NaOH(aq)|HgO(s)|Hg(+)的=0.926V，反應(yīng)H2(g)+O2(g) = H2O(l)的rHm= -285.84kJ mol-1。又： H2(g) O2(g) H2O(l) Hg(l) HgO(s)S/Jmol-1K-1 130.5 205.03 69.94 77.4 70.29試求分解反應(yīng) HgO(s)Hg(l) +O2(g)(1) 在298K時(shí)氧的平衡分壓；(2) 假定反應(yīng)熱與溫度無(wú)關(guān)，HgO在空氣中能穩(wěn)定存在的最高溫度是多少？解 給定的電池反應(yīng)：HgO(s)+ H2 Hg(l) +H2O(l) （1式）rGm= -nFE=-296 500Cmol-10.926V-178 718 Jmol-1由 H2(g) + O2(g)H2O(l) （2式）rGmH2O (l)rHmTrSm-285 840Jmol-1-298K(69.94-130.5-205.03) Jmol-1K-1-237 244 Jmol-11式2式得 HgO(s) Hg(l) + O2(g) （3式）rGm-178 718 Jmol-1-(-237 244 Jmol-1)58 526 Jmol-1(1) 由 rGmRTlnKp，lnKp=-rGm/RT = -58 526 Jmol-1/(8.314 Jmol-1K-1298K) = -23.62Kp=5.510-11= Kp2 =3.0310-21atm = 3.0710-19kPa(2) 反應(yīng) HgO(s) Hg(l) + O2(g) 的rSm =77.4 Jmol-1K-1+205.03 Jmol-1K-1-70.29 Jmol-1K-1=109.6 Jmol-1K-1 rHm = rGm + TrSm=58 526 Jmol-1298K109.6 Jmol-1K-1 = 91 187 Jmol-1當(dāng)HgO在空氣中能穩(wěn)定存在時(shí)，=0.2 atm，Kp= 0.447再由 = =計(jì)算得 T2784.2K學(xué)生自測(cè)題 TOP 判斷題 選擇題 填空題 問(wèn)答題 計(jì)算題一、判斷題（對(duì)的打，錯(cuò)的打，共10分）1 CH4中C與4個(gè)H形成四個(gè)共價(jià)鍵，因此C的氧化值是4。 2 濃差電池Ag|AgNO3(c1)|AgNO3(c2)|Ag，c1（Sn2+/Sn）（Cd2+/Cd）B. （Pb2+/Pb）（Cd2+/Cd）（Sn2+/Sn）C. （Sn2+/Sn）（Pb2+/Pb）（Cd2+/Cd）D. （Sn2+/Sn）（Cd2+/Cd）（Pb2+/Pb）E. （Cd2+/Cd）（Sn2+/Sn）（Pb2+/Pb）17.下列原電池的符號(hào)中，書(shū)寫(xiě)正確的是 ( )A. (-) Zn|Zn2+(c)Cu2+(c)|Cu (+) B. (-) Zn2+(c)|ZnCu2+(c)|Cu (+)C. (-) Zn|Zn2+(c)Cu| Cu2+(c) (+) D. (-)Zn2+(c)|ZnCu| Cu2+(c) (+)E. (-) Zn,Zn2+(c)Cu2+(c),Cu (+)18.將銀絲插入1L的下列溶液中組成電極，則電極電位最低的是 ( )A. 含AgNO3 0.1molB. 含AgNO3 0.1mol,含NaI 0.1molC. 含AgNO3 0.1mol,含NaBr 0.1molD. 含AgNO3 0.1mol,含NaCl 0.1molE. 含AgNO3 0.1mol,含NaNO3 0.1mol19.下述電池反應(yīng)：2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ +10Cl2+8 H2O 的電子轉(zhuǎn)移數(shù)n為 ( )A. 1 B. 2 C. 5 D. 8 E. 1020.下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 ( )A. 在原電池中，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)B. 在原電池中，電極電位較高的電對(duì)是原電池的正極C. 在原電池中，電極電位較低的電對(duì)是原電池的負(fù)極D. 原電池的電動(dòng)勢(shì)等于正極的電極電位減去負(fù)極的電極電位E. 原電池的電動(dòng)勢(shì)越大，電池反應(yīng)的趨勢(shì)越大21.對(duì)于反應(yīng)2Fe3+2Br-=2Fe2+Br2 和Fe3+Br-=Fe2+1/2Br2 ，在標(biāo)態(tài)下，它們的 ( )A. 、r、都相等 B. 相等、r、不相等C. 、r相等、不相等 D. r相等、不相等E. 相等、r、不相等22.下列電池反應(yīng)中，有關(guān)離子的濃度均減少一半時(shí)，電極電位值將增大的是 ( )A. Cl2+2e-=2Cl- B. Sn4+2e-=Sn2+ C. Fe2+2e-=FeD. 2H+2e-=H2 E. Ag+e-=Ag23.增加電池(-) Cu|Cu2+Ag+|Ag (+)電動(dòng)勢(shì)的方法是 ( )A. 正極加入氨水 B. 負(fù)極加氨水 C. 正極加NaClD. 負(fù)極加CuCl2 E. 正極加NaBr24.對(duì)于反應(yīng)2BrO3-+3N2H42Br-+3N2+6H2O來(lái)說(shuō),方程rGm=-nFE中的n為 ( )A. 2 B. 6 C. 8 D. 12 E. 425.已知?dú)潆姌OH+(c)/H2(100KPa)，Pt的電極電位為-0.059 2V，則H+應(yīng)為 ( )A. 1molL-1 B. 0.1molL-1 C. 0.01molL-1D. 10molL-1 E. 0.001molL-1三、填空題（每空1分，共20分） TOP1. Fe3O4中Fe的氧化值為 ； Na2O2中O的氧化值為 。2.在氧化還原反應(yīng)中，電對(duì)的電極電位值愈負(fù)的，其還原型物質(zhì) 電子的傾向愈大，是愈強(qiáng)的 劑。3.對(duì)于 Mn+Xe-M（n-x）+ 的電極反應(yīng)，若加入M （n-x）+的沉淀劑或絡(luò)合劑，則此電極的電極電勢(shì)將 ，Mn+的氧化性將 。4.已知= 1.51V，=1.09V，=1.28V，則最強(qiáng)的氧化劑是 ，最強(qiáng)的還原劑是 。5.已知Ag+/Ag和Ksp(Ag2CrO4)，則可推出Ag2CrO4/Ag,CrO42- 的表達(dá)式為 。6. 在原電池中除了兩個(gè)電極外，另一個(gè)重要的裝置是 ，其作用是 。7. 利用下列反應(yīng)：Sn2+(0.001molL-1)+Cd2+(0.1molL-1) Sn4+(0.1molL-1) +Cd(s)組成原電池(298K)。該電池組成式 為 ，其中負(fù)極發(fā)生 反應(yīng)，正極發(fā)生 反應(yīng)。電池電動(dòng)勢(shì)為 ，電池反應(yīng)的平衡常數(shù)lgK= 。（已知：= 0.154V，= -0.336V）8. 電池反應(yīng)Zn+Cu2+Cu+Zn2+。若只增加Zn2+，電池的E將 ；若只增加Zn電極的表面積,電池的電動(dòng)勢(shì)E將 。9.在MnO4-+8H+5e- 2Mn2+ + 4H2O反應(yīng)中，若使溶液的pH值增大，其電極電勢(shì) ，的 能力降低。四、問(wèn)答題（20分） TOP1應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電極電位數(shù)據(jù)，解釋下列現(xiàn)象：（1）為使Fe2+溶液不被氧化，常放入鐵釘。（2）H2S溶液，久置常出現(xiàn)渾濁。（3）無(wú)法在水溶液中制備FeI3 。（= 0.77V， = -0.44V， = -0.141V， = 1.122V， = 0.54V）2當(dāng)OH- = 0.01molL-1時(shí)，氧電極的電極電位是多少？與其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的電極電位比較說(shuō)明什么？（O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-， = 0.40V ）3同種金屬及其鹽溶液能否組成原電池？若能組成，鹽溶液的濃度必須具備什么條件？4簡(jiǎn)述電極電位與物質(zhì)氧化還原的關(guān)系。5在原電池中，根據(jù)電極上物質(zhì)的相態(tài)與組成，通常將電極分為四大類(lèi)，請(qǐng)分別寫(xiě)出這四類(lèi)電極的名稱(chēng)，并各舉一例說(shuō)明（用電極符號(hào)）。五、計(jì)算題（25分） TOP1設(shè)計(jì)一原電池，計(jì)算AgCl的溶度積常數(shù)Ksp，并寫(xiě)出原電池的組成式。2已知(Cu2+/Cu) =0.340V，(Ag+/Ag) =0.799V，將銅片插入0.1molL-1 CuSO4 溶液中和銀片插入0.1 molL-1 AgNO3 溶液中組成原電池。(1)計(jì)算各個(gè)電極的電極電位，寫(xiě)出原電池符號(hào)。(2)寫(xiě)出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。(3)計(jì)算電池反應(yīng)的平衡常數(shù)。3計(jì)算下列反應(yīng)組成電池的、rGm、K及rGmSn2+(0.1 molL-1) + Hg2+(0.1 molL-1) = Sn4+(0.1 molL-1) + Hg(l)已知(Sn4+/Sn2+) =0.151V, (Hg2+/Hg) =0.851V。4反應(yīng)MnO2 + 4Cl- + 4H+ = MnCl2 + Cl2 + 2H2O(1) 判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)反應(yīng)進(jìn)行的方向。(2) 當(dāng)使用濃鹽酸H+=Cl-=12 molL-1，Mn2+、均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。(已知：= 1.224V，= 1.358V )學(xué)生自測(cè)答案 TOP一、判斷題1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.二、選擇題1.D 2.E 3.D 4.D 5.B 6.E 7.A 8.B 9.B 10.A 11.B 12.E 13.D 14.A 15.C 16.A 17.A 18.B 19.E 20.A 21.B 22.A 23.B 24.D 25.B 三、填空題1.，-12.失去，還原3.增大，增強(qiáng)4.，Br-5. (Ag2CrO4/Ag,CrO42-) =Ag+/Ag +log Ksp(Ag2CrO4)6. 鹽橋；離子導(dǎo)體和中和半電池中的電荷，維持電中性。7. (-) Cd|Cd2+(0.1molL-1)|Sn4+(0.1molL-1)，Sn2+(0.001molL-1) |Pt (+)，氧化，還原，0.541 6，0.9768.降低，不變9.下降，氧化四、簡(jiǎn)答題1 (1)由于，所以溶液中Fe2+易被氧化成Fe3+。當(dāng)有鐵釘存在時(shí)，低電極電位的還原劑能夠還原高電極電位的氧化劑，所以Fe能將Fe3+還原成Fe2+，反應(yīng)式為：2 Fe3+Fe3Fe2+。(2) 因?yàn)?，所以H2SH2OS可自發(fā)進(jìn)行，久置常出現(xiàn)渾濁。(3) 因?yàn)?，溶液中的Fe3+和I-能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)。2= += 0.52V。因?yàn)?，降低OH-，值升高，說(shuō)明降低電對(duì)中還原型物質(zhì)會(huì)使值升高，還原型物質(zhì)還原能力降低，氧化型物質(zhì)氧化能力增強(qiáng)。3同種金屬及其鹽溶液也能組成原電池。但組成原電池的兩個(gè)半電池中金屬離子濃度必須不同，正極鹽溶液的濃度大于負(fù)極鹽溶液的濃度。4電極電位的高低反映了氧化還原電對(duì)中氧化型和還原型物質(zhì)得失電子的難易程度，而物質(zhì)的氧化還原性也是與其得失電子的能力有關(guān)的，所以電極電位的高低同樣反映了物質(zhì)的氧化還原性。一般電極電位愈高，電對(duì)中氧化型物質(zhì)的氧化性愈強(qiáng)，而其還原型物質(zhì)的還原性愈弱；電極電位愈低，電對(duì)中的還原型物質(zhì)的還原性愈強(qiáng)，而其氧化型物質(zhì)的氧化性愈弱。5略。五、計(jì)算題1 設(shè)計(jì)以銀電極和氯化銀電極組成的原電池(-) Ag(s)|AgNO3|KCl|AgCl(s)，Ag (+)正極反應(yīng)AgCl(s)+e- Ag +Cl- 負(fù)極反應(yīng) Ag - e- Ag+ 電池反應(yīng) AgCl(s) Ag+ + Cl- （此反應(yīng)的平衡常數(shù)即為Ksp）= 0.223V0.799V0.576V=9.74Ksp=1.8210-102(1) 銅電極的=0.310 V ;銀電極的=0.740 V ,故銀電極為正極。電池符號(hào)為 （）Cu|Cu2+(0.1 molL-1) | Ag+(0.1 molL-1)|Ag （）(2) 正極反應(yīng) Ag+ e- Ag；負(fù)極反應(yīng) Cu 2e- Cu2+電池反應(yīng) 2Ag+ Cu 2Ag + Cu2+ ， n=2(3) =0.459V，n=2 ，logK=n/0.05916，K=3.310153(1) =0.700V，n=2(2) rGm= - nF= 135.1KJ/mol(3) logK=n/0.05916, K= 4.61023(4) E = 0.67V,n=2, rGm =nFE= 129.3 KJmol-14(1) =1.224V1.358V= -0.134V0 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。(2) H+=Cl-=12 molL-1，Mn2+、均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)。電極反應(yīng)：MnO2 + 4H+ + 2e- = Mn2+ + 2H2O= +lg=1.224V0.059 16V/2lg124=1.342V電極反應(yīng)：Cl2 + 2e- = 2Cl-= +log =1.358Vlog(1/122) =1.294V=1.342V1.294V = 0.048V0此反應(yīng)正向進(jìn)行。這就是實(shí)驗(yàn)室通常用濃鹽酸制備氯氣的道理。章后習(xí)題答案 TOP1化合物中劃線(xiàn)元素的氧化值分別為：6；2；4；4；5；1；1；6。2 2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ 2Mn2+ + 52 + 8H2OCr2O72- +3SO32-+ 8H+ 2Cr3+ 3SO42-+ 4H2OAs2S3 + 5ClO3- 5H2O 5Cl- + 2AsO42- + 3SO42- + 10H+3作用是：離子導(dǎo)體和中和半電池中的電荷，維持電中性。4氧化劑能力增強(qiáng)順序：Zn2+、Fe3+、MnO2、Cr2O72-、Cl2、MnO4-還原劑能力增強(qiáng)順序： Cl-、Cr3+、Fe2+、H2、Li5(1)（） Zn(s)Zn2+(aq)Ag+(aq)Ag(s) （）(2)（）Pt, Cl2(g)Cl-(aq)Cr3+(aq) , Cr2O72-(aq), H+(aq)Pt(s) （）(3)（）PtFe2+(aq), Fe3+(aq)IO3-(aq),H+(aq)I2(s),Pt(s) （）6只要找到的氧化還原電對(duì)的電極電位處于兩個(gè)電對(duì)的電極電位之間即可。7(1)GnFE；(2)與W無(wú)直接關(guān)系；(3)E8(1) n=2，+= -0.068 V(2) n=6，+= 0.818 V(3) n=2，+ = 1.107 V9（MnO4-/Mn2+）=1.507V，(Br2/Br-)=1.066V，(I2/I-)=0.535V(1) pH=0.0 時(shí)，即為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，MnO4-離子能氧化 I- 和 Br- 離子。(2) (MnO4-/Mn2+) =(MnO4-/Mn2+)+1.507 V0.059 16 V5.58/50.986 V故此時(shí)，MnO4-離子只能氧化 I-離子不能氧化Br-離子。10(1) 反應(yīng)的離子方程式為：2ClO2(aq)+Cl2(g) = 2ClO2(g)+2Cl(aq) E=1.358V-0.954V = 0.404V 296 500 Cmol-10.404V77 972 Jmol-1 lgK = 20.404V/0.059 16V，K = 4.51013 (2) 6ClO2(g)+ 3H2O = 5ClO3-(aq) + Cl-(aq) +6H+11(1) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，當(dāng)鈷金屬溶于1.0 molL-1硝酸時(shí)，反應(yīng)生成的是Co2+ 。(2) 電極電位相差0.3V，故改變硝酸的濃度不能改變(1)中的結(jié)論。12 +，E=0.241 2V0.059 16V(-pH) = 0.420 V = 0.420VpH3.02。13pH升高，H濃度下降。據(jù)半反應(yīng)，沒(méi)有H+參與的氧化性不變；H在氧化型一邊的電極電位下降，氧化性減弱；H在還原型一邊的電極電位上升，氧化性增強(qiáng)。還應(yīng)注意酸堿不同介質(zhì)中氧化型和還原型物質(zhì)的形式。14右(Cu2+/ Cu)+(1.010-1)(Cu2+/ Cu)0.029 6V左(Cu2+/ Cu)+ (1.010-4)(Cu2+/ Cu)0.118 4V右邊為正極，左邊為負(fù)極。E = 0.118 4V0.029 6V = 0.088 8 V15(Cd2+/Cd) = -0.403V；(Zn2+/Zn) = -0.762V(Cd2+/Cd) -(Zn2+/Zn) = -0.403V - (-0.762V) = 0.359V0.388 4V = 0.359V - Zn2+ = 0.02 molL-116將兩個(gè)電極組成原電池；Hg22+ SO42Hg2SO4(s)0.797V-0.612V0.185lgK= 2/0.059 16，K= 1.8106Ksp = = 5.610717(Hg2Cl2/Hg) = (Hg2Cl2/Hg) -0.327V0.268VCl- = 0.1 molL-118根據(jù) 4.0H+= 1.010-4 molL-1又 c = 0.01 molL-1Ka = = 1.010-6Exercises1 ( I2/ I-)=0.535V； ( Br2/ Br-)=1.066VlgK =-17.95K = 1.