大學(xué)化學(xué)課后習(xí)題答案第四章

1、第四章電化學(xué)與金屬腐蝕1.是非題(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)填“+”,錯(cuò)的填“-”號(hào)(1取兩根銅棒,將一根插入盛有0.1moldm-3CuSO4溶液的燒杯中,另一根插入盛有1moldm-3CuSO4溶液的燒杯中,并用鹽橋?qū)芍粺械娜芤哼B結(jié)起來(lái),可以組成一個(gè)濃差原電池。( (2金屬鐵可以置換Cu2+,因此三氯化鐵不能與金屬銅反應(yīng)。( (3電動(dòng)勢(shì)E(或電極電勢(shì)的數(shù)值與反應(yīng)式(或半反應(yīng)式的寫(xiě)法無(wú)關(guān),而標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的數(shù)據(jù),隨反應(yīng)式的寫(xiě)法(即化學(xué)計(jì)量數(shù)不同而變。( (4鋼鐵在大氣的中性或弱酸性水膜中主要發(fā)生吸氧腐蝕,只有在酸性較強(qiáng)的水膜中才主要發(fā)生析氫腐蝕。( (5有下列原電池(-Cd|CdSO4(1.0mol

2、dm-3|CuSO4(1.0moldm-3|Cu(+ 若往CdSO4溶液中加入少量Na2S 溶液,或往CuSO4溶液中加入少量CuSO45H2O晶體,都會(huì)使原電池的電動(dòng)勢(shì)變小。( 解:(1+;(2;(3+;(4+;(5。2.選擇題(將所有正確答案的標(biāo)號(hào)填入空格內(nèi)(1在標(biāo)準(zhǔn)條件下,下列反應(yīng)均向正方向進(jìn)行:Cr2O72 - +6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+它們中間最強(qiáng)的氧化劑和最強(qiáng)的還原劑是_。(aSn2+和Fe3+(bCr2O72 -和Sn2+(cCr3+和Sn4+(dCr2O72 -和Fe3+(2有一個(gè)原電池由兩個(gè)氫電極組成,其中有一個(gè)是

3、標(biāo)準(zhǔn)氫電極,為了得到最大的電動(dòng)勢(shì),另一個(gè)電極浸入的酸性溶液設(shè)p(H2=100kPa應(yīng)為(a0.1moldm-3HCl (b0.1moldm-3HAc+0.1molL-1NaAc(c0.1moldm-3Hac (d0.1moldm-3H3PO4(3在下列電池反應(yīng)中Ni(s+Cu2+(aqNi2+(1.0moldm-3+Cu(s當(dāng)該原電池的電動(dòng)勢(shì)為零時(shí),Cu2+濃度為(a5.0510-27moldm-3(b5.7110-21moldm-3(c7.1010-14moldm-3(d7.5610-11moldm-3(4電鍍工藝是將欲鍍零件作為電解池的(;陽(yáng)極氧化是將需處理的部件作為電解池的(。(a陰極(

4、b陽(yáng)極(c任意一個(gè)極解:(1b;(2b;(3b;(4a,b。3.填空題(1有一種含Cl-、Br-和I-的溶液,要使I-被氧化而Cl-、Br-不被氧化,則在常用的氧化劑(aKMnO4酸性溶液,(bK2Cr2O7酸性溶液,(c氯水和(dFe2(SO43溶液中應(yīng)選(為最適宜。(2有下列原電池(-pt|Fe2+(1mol dm-3 Fe3+(0.01mol dm-3|Fe2+(1mol dm-3 ,Fe3+(1mol dm-3|Pt(+該原電池的負(fù)極反應(yīng)為(,正極反應(yīng)為(。(3電解含有下列金屬離子的鹽類(lèi)水溶液:Li+、Na+、K+、Zn2+、Ca2+、Ba2+、Ag+。(能被還原成金屬單質(zhì);(不能被還

5、原成金屬單質(zhì)解:(1d(2Fe2+= Fe3+ e-; Fe3+ e-= Fe2+(3Zn2+、Ag+;Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+4.寫(xiě)出下列化學(xué)方程式的氧化反應(yīng)及還原反應(yīng)的半反應(yīng)式(須配平。(1Zn+Fe2+=Zn2+Fe(22I-+2Fe3+=I2+2Fe2+(3Ni+Sn4+=Ni2+Sn2+(45Fe2+8H+MnO 4- =Mn2+5Fe3+4H2O解:(1負(fù)極Zn(s= Zn2+(aq+2 e-正極Fe2+(aq+2 e-= Fe(s(2 負(fù)極2I-(aq = I2(s +2 e-正極Fe3+(aq+ e-= Fe2+(aq(3 負(fù)極Ni(s= Ni2+(aq+2 e

6、-正極Sn4+(aq+2 e-= Sn2+(aq(4 負(fù)極Fe2+(aq = Fe3+(aq+ e-正極MnO 4-(aq+ 8H+(aq + 5e-= Mn2+(aq +4H2O(l5.將上題各氧化還原反應(yīng)組成原電池,分別用圖式表示各原電池。解:(1 (-Zn|Zn2+| Fe2+ | Fe (+(2 (-Pt| I2| I-|Fe2+,Fe3+|Pt(+(3 (-Ni | Ni 2+| Sn 2+, Sn 4+|Pt(+(4 (-Pt| Fe 2+,Fe 3+| Mn 2+, MnO 4- , H +|Pt(+6.參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表,分別選擇一種合適的氧化劑,能夠氧化:(1Cl - 成Cl

7、 2;(2Pb 成Pb 2+;(3Fe 2+成Fe 3+。再分別選擇一種合適的還原劑,能夠還原:(aFe 2+成Fe ;(bAg +成Ag ;(cNO 2- 成NO 。解:合適的氧化劑為(1酸化的MnO 4- (2 HNO 3 (3Cl 2合適的還原劑為(1Zn (2Sn 2+ (3I -本題非唯一答案,凡合理的其他答案均可。7.將錫和鉛的金屬片分別插入含有該金屬離子的溶液中并組成原電池(用圖式表示,要注明濃度。(1c(Sn 2+=0.0100moldm -3,c(Pb 2+=1.00moldm -3;(2c(Sn 2+=1.00moldm -3,c(Pb 2+=0.100moldm -3。分

8、別計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì),寫(xiě)出原電池的兩電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式。解:查閱教材附錄10可知:(1當(dāng)(1 c (Sn 2+=0.0100moldm -3,c (Pb 2+=1.00moldm -3時(shí): 故以錫電極作原電池負(fù)極,鉛電極作正極。V1262.0Pb/Pb (Pb/Pb (V0.138V - /Sn (lg0.05917VSn/Sn (Sn/Sn (22222-=-=+=+=+c c n 0.126V - /PbPb (0.138V - Sn/Sn(22=+原電池圖式為:(-Sn | Sn 2+(0.0100mol dm -3 | Pb 2+(1.00mol dm -3 | Pb(+正極反應(yīng):

9、Pb 2+2 e-= Pb負(fù)極反應(yīng):Sn +2 e-= Sn 2+2 e-電池總反應(yīng):Pb 2+ Sn= Pb+ Sn 2+原電池電動(dòng)勢(shì):E=_-+= Pb/Pb (2+Sn/Sn (2+ =V 1262.0-(0.197V =0.071V(2當(dāng)c (Sn 2+=1.00moldm -3,c (Pb 2+=0.100moldm -3時(shí):Sn/Sn(2+=Sn/Sn (2+= 0.1375V 此時(shí)以鉛電極為原電池負(fù)極,錫電極為正極。原電池圖式為:(-Pb | Pb 2+ (0.100mol dm -3 | Sn 2+ (1.00mol dm -3 | Sn (+正極反應(yīng):Sn 2+2 e-= S

10、n負(fù)極反應(yīng):Pb= Pb 2+2 e-電池總反應(yīng):Pb+ Sn 2+ = Pb 2+ Sn原電池電動(dòng)勢(shì):E=_-+= Sn/Sn (2+Pb/Pb (2+=V 1375.0-(0.156V =0.019V8.求反應(yīng)Zn+Fe 2+(aq=Zn 2+(aq+Fe 在298.15K 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若將過(guò)量極細(xì)的鋅粉加入Fe 2+溶液中,求平衡時(shí)Fe 2+(aq濃度對(duì)Zn 2+(aq濃度的比值?解:Zn+Fe 2+(aq=Zn 2+(aq+Fe E=_-+= 2(Fe /Fe+2(Zn /Zn+ =0.447V (7618V =0.315V 全。9.將下列反應(yīng)組成原電池(溫度為298.15K:2

11、I -(aq+2Fe 3+(aq=I 2(s+2Fe 2+(aq (1計(jì)算原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì); (2計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變; (3用圖式表示原電池;(4計(jì)算c(I -=1.010-2moldm -3 以及c(Fe 3+=c(Fe 2+/10 時(shí),原電池 的電動(dòng)勢(shì)。解:(1查閱教材附錄10可知:32(Fe /Fe +=0.771V ,-2(I /I =0.5355 VE =_+-=32(Fe /Fe +-2(I/I =0.771 V 0.5355 V=0.236 V(2rGm (298K =nF E =296485 C.mol -10.236V=45.5 kJ.mol -1(3原電池圖式

12、:(-Pt| I 2| I -|Fe 3+,Fe 2+|Pt(+ =0.236V lg102/(1.01022=0.058V10.當(dāng)pH=5.00,除H +(aq離子外,其余有關(guān)物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件下時(shí), 下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明之。2MnO 4- (aq+16H +(aq+10Cl -=5Cl 2(g+5Mn 2+(aq+8H 2O(1解:由反應(yīng)2MnO 4- (aq+16H +(aq+10Cl -=5Cl 2(g+5Mn 2+(aq+8H 2O(1組成原電池正極:MnO 4-(aq+ 8H +(aq + 5e-= Mn 2+(aq +4H 2O(l 負(fù)極:2Cl -(aq = C

13、l 2(g + 2e-當(dāng)pH=5.00,其他有關(guān)物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí): =1.033V11.由鎳電極和標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池。若c(Ni 2+=0.0100moldm -3 時(shí), 原電池的電動(dòng)勢(shì)為0.315V ,其中鎳為負(fù)極,計(jì)算鎳電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。 12. 由兩個(gè)氫電極H 2(101.325kPa|H +(0.10mol dm -3|Pt 和H 2(101.325kPa|H +(xmoldm -3|Pt 組成原電池,測(cè)得該原電池的電動(dòng)勢(shì)為0.016V 。若后一電極作為該原電池的正極,問(wèn)組成該電極的溶液中H+的濃度x 值為多少? 13.判斷下列氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向(設(shè)離子濃度均為1moldm

14、 -3: (1Ag +Fe 2+ Ag +Fe 3+(22Cr3+3I 2+7H 2O Cr 2O 72 - +6I -+14H + (3Cu+2FeCl 3 CuCl 2+2FeCl 2解 14.在pH=4.0 時(shí),下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明之(除H+及OH -外,其他物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件下。(1Cr 2O 72 - (aq+H +(aq+Br -(aq Br 2(l+Cr 3+(aq+H 2O(l (2MnO 4- (aq+H +(aq+Cl -(aqCl 2(g+Mn 2+(aq+H 2O(l 解:pH=4.0及其他物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件下:(1反應(yīng)Cr 2O 72 - (aq+H

15、+(aq+Br -(aqBr 2(l+Cr 3+(aq+H 2O(l 組成原電池:正極:Cr 2O 72 - +H + 6e-= Cr 3+H 2O 負(fù)極:Br -= Br 2+ 2e- 2(B r /B r -=2(Br /Br -=1.066V因 2 327(C r O/C r-+2(B r /B r -,故正反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。(2 反應(yīng)MnO 4- (aq+H +(aq+Cl -(aqCl 2(g+Mn 2+(aq+H 2O(l組成原電池:正極:MnO 4-(aq+ 8H +(aq + 5e-= Mn 2+(aq +4H 2O(l 負(fù)極:2Cl -(aq = Cl 2(g + 2e- 2

16、(C l /C l -=2(C l /C l -=1.358 V因2+4(M nO /M n-0,反應(yīng)正向進(jìn)行,溶液由淺黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樽攸S色,并(或有紫黑色碘沉淀析出。16. 由標(biāo)準(zhǔn)鈷電極(Co 2+和Co 組成與標(biāo)準(zhǔn)氯電極組成原電池,測(cè)得其電動(dòng)勢(shì)為1.64V ,此時(shí)鈷電極為負(fù)極。已知jq (Cl 2/Cl -=1.36V ,問(wèn): (1標(biāo)準(zhǔn)鈷電極的電極電勢(shì)為多少(不查表? (2此電池反應(yīng)的方向如何?(3當(dāng)氯氣的壓力增大或減小時(shí),原電池的電動(dòng)勢(shì)將發(fā)生怎樣的變化?(4當(dāng)Co 2+的濃度降低到0.010moldm -3 時(shí),原電池的電動(dòng)勢(shì)將如何變 化?數(shù)值是多少?解:(1依題意鈷電極為負(fù)極,氯電極為正極

17、: E =_+-=2(C l/C l -2+(Co/Co 1.64V=1.36V 2+(Co /Co 2+(Co/Co =0.28V(2原電池反應(yīng)為: Co+ Cl 2= Co 2+2Cl - 當(dāng)p (Cl 2增大時(shí),2(C l /C l -增大,原電池電動(dòng)勢(shì)E 值增大;當(dāng)p (Cl 2減小時(shí),2(C l/C l -減小,原電池電動(dòng)勢(shì)E 減小。(4當(dāng)c (Co 2+=0.010 moldm -3時(shí) 17.從標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)值分析下列反應(yīng)向哪一方向進(jìn)行? MnO 2(s+2Cl -(aq+4H +(aq=Mn 2+(aq+Cl 2(g+2H 2O(l實(shí)驗(yàn)室中是根據(jù)什么原理,采取什么措施,利用上述反應(yīng)

18、制備氯氣的?解:查閱教材附錄10可知:2+2(M nO/M n=1.244V ,2(C l /C l -=1.358V 。2+2(M nO /M n2(C l /C l -,反應(yīng)正向進(jìn)行。此外,加熱可以使反應(yīng)速率增加。18.用圖式表示下列反應(yīng)可能組成的原電池,并計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。Cu(s+2Fe 3+(aq Cu 2+(aq+2Fe 2+(aq 解:原電池圖式為:(-Cu| Cu 2+|Fe 2+,Fe 3+|Pt(+ 341V/0.05917V=14.5 K =3101419.為什么Cu +在水溶液中不穩(wěn)定,容易發(fā)生歧化反應(yīng)?25C 時(shí)歧化反應(yīng)的rG m 和K 分別是多少?提示:銅的歧

19、化反應(yīng)為2 Cu +(aq = Cu 2+(aq + Cu (s 解:歧化反應(yīng) 2 Cu +(aq = Cu 2+(aq + Cu (s 查閱教材附錄10可知:Cu/Cu(+=0.521V 而Cu /Cu (2+得利用Cu /Cu (+與Cu /Cu(2+= 0.3419V ,通過(guò)計(jì)算而得: E =_+-=Cu /Cu (+Cu /Cu (2+=0.521V 0.163V=0.358V0 可見(jiàn),Cu +在水溶液中是不穩(wěn)定的,容易發(fā)生歧化反應(yīng)。 r G m =nFE =196485C mol -10.358V=34.5 kJmol -1 K =1.1210620.用兩極反應(yīng)表示下列物質(zhì)的主要電解

20、產(chǎn)物。 (1電解NiSO 4 溶液,陽(yáng)極用鎳,陰極用鐵; (2電解熔融MgCl 2,陽(yáng)極用石墨,陰極用鐵; (3電解KOH 溶液,兩極都用鉑。 解:(1陽(yáng)極:Ni (s = Ni 2+(aq +2e - 陰極:Ni 2+(aq +2e -= Ni (s (2 陽(yáng)極:2Cl -(aq = Cl 2(g + 2e-陰極:Mg 2+2e -= Mg (s (3 陽(yáng)極:4OH -(aq =2H 2O(l+O 2(g +2e -陰極:2H 2O(l +2e -=2OH -(aq +H 2(g*21.電解鎳鹽溶液,其中c(Ni 2+=0.10moldm -3。如果在陰極上只要Ni 析出,而不析出氫氣,計(jì)算

21、溶液的最小pH 值(設(shè)氫氣在Ni 上的超電勢(shì)為0.21V。解:電解鎳鹽溶液時(shí),陰極可能發(fā)生的反應(yīng)為:Ni 2+(aq +2e -= Ni (s H +2e -=H 2鎳的析出電勢(shì): 氫的析出電勢(shì)p (H 2=P : 為使氫氣不斷析出,需滿足Ni /Ni (2+H /H (2+ 即:0.29V 0.05917V lg c (H +0.21V則:c (H +0.044 moldm -3pH= lg c (H +/c lg0.044=1.36 溶液的最小pH 為1.3622.分別寫(xiě)出鐵在微酸性水膜中,與鐵完全浸沒(méi)在稀硫酸(1moldm -3中發(fā)生腐蝕的兩極反應(yīng)式。解:鐵在微酸性水膜中發(fā)生吸氧腐蝕,電極反應(yīng)為: 陽(yáng)極:Fe (s = Fe 2+(aq+ 2e- 陰極: 2H 2O(l+O 2(g +4e -=4OH -(aq 鐵浸沒(méi)在稀硫酸中發(fā)生析氫腐蝕,電極反應(yīng)為: