教材第八章習(xí)題解答

1、第八章氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)習(xí)題解答1. 回答下列問題。（1）怎樣利用電極電勢來確定原電池的正負(fù)極，并計算原電池的電動 勢（2）怎樣理解介質(zhì)的酸性增強(qiáng)，KMnO4的電極電勢代數(shù)值增大、氧化 性增強(qiáng)（3）Nernst方程式中有哪些影響因素它與氧化態(tài)及還原態(tài)中的離子濃 度、氣體分圧和介質(zhì)的關(guān)系如何（4）區(qū)別概念：一次電池與二次電池、可逆電池與不可逆電池。（5）介紹兒種不同原電池的性能和使用范圍。（6）什么是電化學(xué)腐蝕，它與化學(xué)腐蝕有何不同（7）防止金屬腐蝕的方法主要有哪些各根據(jù)什么原理【解答】（1）電極電勢值高的電極做正極，電極電勢值低的電極做負(fù)極。原 電池的電動勢等于正極的電動電勢減去負(fù)極的電極電

2、勢。（2）根據(jù)電極反應(yīng)：MnO4 +8H+5e =Mn2+ +4H2O山電極電勢的能斯特公式可知，介質(zhì)酸性增強(qiáng)時，屮濃度增大, <p（Mn°4In2j代數(shù)值增大，電對中MnO4-的氧化性增強(qiáng)。(3)對于電極反應(yīng)a(Ox)+z& = b(Red)電極電勢的Nernst方程為:<p（Ox/Red） = <p°（Ox/Red）-冬4In 代欣 /：zF （j/c ）影響電極電勢大小的因素：a）濃度對電極電勢的影響電對中氧化態(tài)的離子濃度（或氣體分壓） 增大時，電極電勢增加；還原態(tài)的離子濃度（或氣體分壓）增大時，電極電 勢降低。b）酸度對電極電勢的影響 對于

3、有屮或0H-參加的電極反應(yīng)，溶液 酸度的變化會對電極電勢產(chǎn)生影響，對于沒有屮或0H-參加的電極反應(yīng)， 洛液酸度的變化對電極電勢的影響很小。I（4）一次電池是指電池放電到活性物質(zhì)耗盡只能廢棄而不能再生和 重復(fù)使用的電池。二次電池是指活性物質(zhì)耗盡后，用其他外來直流電源進(jìn) 行充電使活性物質(zhì)再生可重復(fù)使用的電池?？赡骐姵氐摹翱赡妗笔侵笩崃W(xué)可逆，可逆電池中的任何過程均為熱 力學(xué)的可逆過程。可逆電池必須滿足兩個條件：電極反應(yīng)和電池反應(yīng)必須可以正逆兩 個方向進(jìn)行，且互為可逆反應(yīng)；通過電池的電流必須無限小，電極反應(yīng) 是在接近電化學(xué)平衡的條件下進(jìn)行的。凡是不滿足這兩個條件的電池就是 不可逆電池。（5）鋅猛干電

4、池：是一次電池，負(fù)極為鋅，正極的導(dǎo)電材料為石墨 棒，活性材料為二氧化猛，電解質(zhì)為氯化鋅和淀粉的氯化氨水洛液。電池 電動勢為V,適應(yīng)于間歇式放電場合。鉛蓄電池：是最常用的二次電池，正極的活性物質(zhì)是二氧化鉛，負(fù) 極的活性物質(zhì)是海綿狀鉛，電解液是硫酸水溶液。該電池價格低廉但質(zhì)量 大，比能量低，對環(huán)境有一定的污染。鋰電池：比能量高，有廣闊的溫度使用范圍，放電電壓平坦。特別 適用于心臟起搏器的電源。燃料電池：能量轉(zhuǎn)換效率高，電池能長時間運(yùn)行，且污染小噪音低。 這種電池已經(jīng)在航空航天、海洋開發(fā)和通訊電源等方面得到應(yīng)用。（6）單純由化學(xué)作用引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶 液接觸時，山于電化學(xué)作用而

5、引起的腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕特 點是形成腐蝕電池。（7）防止金屬腐蝕的方法主要有：正確選用金屬材料合理設(shè)汁金屬 結(jié)構(gòu)；電化學(xué)保護(hù)法，電化學(xué)保護(hù)法乂分為陽極保護(hù)法和陰極保護(hù)法；覆 蓋層保護(hù)法；緩蝕劑法。2. 將下列反應(yīng)設(shè)計成原電池，以電池符號表示，并寫出正、負(fù)極反 應(yīng)（設(shè)各物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。(1) Fe + Cuai + Fe2*(2) 2Fe2+ + Cl2 t 2Fe3* + 2CP(3) 5Fe2+ + 8H+ + MnO； t Mn" + 5Fe3+ + 4H2O【解答】(1) (-)Fe|Fe2+(ce)|Cu2+(ce)|Cu(+)正極：Cu2+ + 2e =

6、Cu負(fù)極：Fe-2e =Fe2*(2) (-)PtiFe3*(lmol.din3),Fe2+ (cG)|Cr(ce)|ci2(pe)|Pt(+)正極：Cl2 + 2e=2C1-負(fù)極：FeZ_e=Fe"(3) (-)Pt|Fe3+(ce),Fe2+(ce)|MnOf(c°)AIn2+ (ce),H+(c0)|Pt(+) 正極：MnO/ + 8H+ + 5e" = Mn2* + 4H2O負(fù)極：Fe-eFe3*3. 判斷下列反應(yīng)在時反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。(1) Fe" + Af t Fe" + Agc* = c. + = cB ” = 1 Omol d

7、m?reAg be(2) 2Br" + Cu2* ->Cu + Br2cn _ = 1 .Omol dm'3 ；* = O.lOmol dm'3BrCiT【解答】（1）假定正向自發(fā)，則:正極：Ag* +e=Ag負(fù)極：FeZ_e=Fe"<pe(Ag*/Ag) = 0.8V<pe(Fe3*/Feu) = 0.771V=<pe (Ag* / Ag) - <pe (Fe3* / Feu)= 0.8-0.771=0.029V > 0假設(shè)成立，正向自發(fā)。(2)假設(shè)正向自發(fā)，則:<pe(Cu2*/Cu) = 0.342Vcpe(B

8、r2(l)/Br-) = 1.066V負(fù)極:2Br_2e= 2Br2E = Ee-2 5正極：Cu2* + 2e- = Cu=(p° (Cu“/Cu)-<pe(Br2/Br")-= 0.8-0.771-0.0296=-0.0006V < 0假設(shè)正向自發(fā)不成立，逆反應(yīng)自發(fā)。4.今有一種含CIS Br- . T三種離子的混合溶液，欲使I氧化為 而乂不使Br". Cl 氧化，在常用的氧化劑Fee-和KMnO4中，選擇哪一 種才符合上述要求為什么【解答】查表得：q>0(MnO4 /Mn2+)=1.491V ； <p°(Fe3+/Fe2+)

9、=0.771V9°(Cl2/Cr)=1.3583V : <p(Bi/Br )=l065V ； <p(l2/I )=0535V山此可知，在常用的FeCl3和KMn(中，選擇FeCl,符合上述要求。 根據(jù)題意，所選電對的電極電勢應(yīng)在S之間，只有眉(Feh/FB)=0 771 V ,所以選擇FeCl3作為氧化齊嘰5. 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢確定下列各種物質(zhì)哪些是氧化劑哪些是還原劑 并排出它們氧化能力和還原能力的大小順療;。Fe2+, MnO；, CP, S2Oj-, Cu2*, Sn2*, Fe3*, Zn【解答】查表得：<pe(S2O827SO42- )=2.866V<

10、p°(MnO4 /Mn2+)=1.491V ；<p®(CI2/Cr )=1358V<pe(Fe3+/Fe2+)=0.771V ；(Cu/Cu) = 0.342V(pe(Sn4*/Sn2+) = 0.151V ； <pe(Sn2*/Sn) =-0.138V<p° (Fe2+/Fe)=-0.447V ；(pe (Zn2+/Zn)=-0.762V氧化劑氧化能力山高到低：S2O > MnO； > Fe3* > Cuu > Sn2*> Fe2+還原劑還原能力山高到低：Zn>Sn2+>Fe2+>Cr6.

11、山標(biāo)準(zhǔn)氫電極和傑電極組成原電池，若=0.010mol-dm_5M， 電池的電動勢為，鐮為負(fù)極，計算銀電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢?！窘獯稹坎楸淼茫赫龢O：IT + e = H2<pe(H+/H2)=°V負(fù)極：Ni - 2e=Nl2*<p° (Ni2+/Ni)=?電池反應(yīng)：Ni + 2H+ = Ni2* + H2= <p°(ir/H2) <p (Ni"/Nl)_0.05922lgO.Ol= 0-<pe(Ni2+/Ni) + 0.0592=0.316 V解得：<pe(Niu/Ni)=-7. 計算下列電池反應(yīng)在時的E°或E和A

12、rG初或4G川值，并指出反應(yīng) 是否自發(fā)。(1) 1 Cu + - Cl2 -> 1 Cu2* + cr2 2 2 2pCI. = 100kPa,ccr = cCu2, = lmoldnv(2) Cu + 2HJCu"+H2cjr = 0.01 Omol dm-5, c(，u2t = 0.1 Omol dm-5, pH. = 90kPa【解答】(1)假設(shè)反應(yīng)正向自發(fā)，則：正極：-Cl2+e- = cr <pe(cl2/cr)=1-358V2負(fù)極：lcu-e-=lcuu cpe(Cu2*/Cu) = 0.342V 2 2Ee = <pe (Cl2/cr)- <pe

13、(Cu /Cu) = 1358 一 0.342 = L016VArG = -zEeF = -1 x 1.016x96485 = -9802876JmoL <0正向自發(fā)（2）假設(shè)反應(yīng)正向自發(fā)，則:正極：2H* + 2e- = H2<pe(H+/H2)=OV負(fù)極：Cu-2e- = Cu2* <pe(Cu2*/Cu) = 0.342Vc(Cuu) PH>0.0190x= <pe(H + /H2)-(pe(Cii2+/Cu)-彎十帀嚴(yán)= 0-0.342-0.0578=-0.3998V < 0ArGm =-zE F =-2x(-0.3998)x96485 = 7714

14、9.4J.moK1 >0逆向自發(fā)&在和pH=7時，下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行計算說明之。(1) Cr,O|- + 14H* + 6Br t 3Br, + 2Cr3+ +7H2OCC-=CCr-=CBr-=hf1Ol Jmy(2) 2MnO； +16H- + 10CP T5C12 + 2Mn2+ +8H2OCMno; =CMn> =匚廣=lmol dmj= lOOkPa【解答】假設(shè)反應(yīng)正向自發(fā)，貝IJ:(1)正極：60；-+141+6& 20并+7比0<pe (Cr2O7/Cr3* )=1.232V負(fù)極：2Br-2e- ->Br2<pe(Br2/Br )=

15、1.065VEe = <pe (Cr2O7/Cr3* )-(pe(Br2/Br") = 1.232 - L065 = 0.167VcCt (才=cCr = c時=mol -dnfy, pH=7, c(H*) = 10"' mol dm"3c(Cr3*) 2E = E-池覽"6zc(Cr2O72-) Br" c(H)cc c= 0.167一蘭t6 (少= 0.167-0.967=-0.8V < 0逆向自發(fā)(2)假設(shè)反應(yīng)正向自發(fā)，則：正極：MnO； +8H* +5e Mn2* +4H2O<pe(MnO4 /Mn2+ )=1

16、.491 V負(fù)極:2Cr-2e-Cl,<pe(Cl2/Cl)=1358VEe = q>e (MnO4/Mn2*) - <pe (Cl2 / CP) = 1.491-1.358 = 0.133VMnO；=j - = cz,B. = lmol dm"3, pf,. = 1 OOkPa ,Mn*Cl* J?pH=7, c(H") = 107mobdm"3= 0.133-10丘=0.133 - 0.663 =0.53 V < 0逆向自發(fā)9.在時，有下列反應(yīng)H3AsO4 + 21- + 2H* -> H3AsO3 +I2 + H2O（1）ir算

17、該反應(yīng)組成的原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢。（2）計算該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變，并指出反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn) 行。（3）若溶液的 pH=7,而cHAsO4 =cHAsO =cr =linol-dm_3，問反應(yīng)的 G,“是多少此時反應(yīng)進(jìn)行的方向【解答】首先判斷原電池的正極和負(fù)極正極:H3AsO4 + 2H* + 2e-H3AsO3 + H2Ocpe （H3AsO4/H3AsO3）= 0.56 V負(fù)極：2K + 2e -> I(pe (I2/I ) = 0.536 V(1) Ee = <pe (H3AsO4/H3AsO3)-(pe (I2/I )=0.56-0.536=0.024V2)ArG = -n

18、FEe=- 2x96485x0.024 = -4631.28J - mol"1q -463kJ mol"1 < 0反應(yīng)能正向自發(fā)(3) pH=7，c(H*) = lOmol dm" , cIIuVO4 = cHiAs()3 = c廠=lmol dm-3= 0.024-0.05922-=-0.3904V v 0反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行10計算下列反應(yīng)Ag+ + Fe2* t Ag + Fe3*(1) 在時的平衡常數(shù)°(2) 若反應(yīng)開始c乜+ = 1 .OmoldirT、,= 0.1 Omol dm-3,求達(dá)到平衡時c#=?【解答】首先判斷原電池的正極和負(fù)極正極：Ag*+e- = Ag ,討(Ag*/Ag) = 0.8V負(fù)極：Fe2+-e =Fe3*, <p°(Fe3+/Fe2+)= 0-771v（1）時的平衡常數(shù)K°E° = <pe