第五章 氧化还原反应与电化学

第五章氧化还原反应与电化学习题与解答1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。（1）．氧化数就是某元素的一个原子在化合态时的电荷数。答：不确切，氧化数是某元素的一个原子在化合态时的形式电荷数。（2）．所有参比电极的电极电势皆为零。答：错，只有氢标准氢电极的电极电势为零，其它不为零。（3）．因为ΔrGm的值与化学反应计量方程式的写法（即参与反应物质的化学计量数）有关，因此Θ也是如此。答：错，因电极电势的数值反映物种得失电子的倾向，这种性质应当与物质的量无关，因此与电极反应式的写法无关。对电极反应a氧化态+ze-=b还原态则有abz][][lg059.0氧化态还原态；如果电极反应为na氧化态+nze-=nb还原态，则有nanbnz][][lg059.0氧化态还原态=abz][][lg059.0氧化态还原态，与上式相同。而是指氧化态与还原态都是单位浓度（或标准态压力）时的，因此与电极反应方程式写法无关，也是如此。因ΔrGm=JRTGmrln，而BBmfBmrGG,，所以ΔrGm与化学计量数有关，故mrG也是如此，与化学反应方程式写法有关。（4）．插入水中的铁棒，易被腐蚀的部位是水面以下较深部位。答：错，水面下的接近水线处的铁棒容易被腐蚀。（5）．凡是电极电势偏离平衡电极电势的现象，都称之为极化现象。答：对。2．选择题（将正确答案的标号填入空格内，正确答案可以不止一个）（1）为了提高Fe2(SO4)3的氧化能力，可采用下列那些措施（①）。①．增加Fe3+的浓度，降低Fe2+的浓度；②．增加Fe2+的浓度，降低Fe3+的浓度；③．增加溶液的pH值；④．降低溶液的pH值。（1）的正确答案是①。（2）极化的结果总是使（②③）。①．正极的电势升高，负极的电势降低；②．原电池的实际工作电压小于其电动势；③．电解池的实际分解电压大于其理论分解电压。（2）的正确答案是②③。3．试比较下列情况下铜电极电位的高低，并说明依据。（1）铜在0.01mol·L-1CuSO4溶液中；（2）铜在加有Na2S的0.01mol·L-1CuSO4溶液中。解：]Culg[2059.0)Cu/Cu()CuCu(222,S2—+Cu2+=CuS↓，使[Cu2+]降低，降低。所以（2）中的电极电势较低。4．试说明下列现象产生的原因。（1）硝酸能将铜氧化，而盐酸却不能；答：因为/H)(H/Cu)(CuO)/N(NO23（2.0V）说明：由Nernst方程abz][][lg059.0氧化态还原态可以看出，浓度的影响在对数项中；影响不太大，一般情况下（除非象24/MnMnO或3272/CrOCr这些电对），V2.0时即可以根据的相对大小判断反应方向。（2）Sn2+与Fe3+不能在同一溶液中共存；答：因为V2.0)/Sn(Sn)/Fe(Fe2423，Fe3++Sn2+=Fe2++Sn4+，所以Sn2+与Fe3+不能在同一溶液中共存。（3）氟不能用电解含氟化合物的水溶液制得。答：)F/F(2很高，氟的氧化性非常强，能将水分解，释放氧气，同时生成氟化氢。5．利用电极电势的概念解释下列现象。（1）配好的Fe2+溶液要加入一些铁钉；答：（V77.023FeFe；V41.0FeFe2；）因发生归一反应，既23Fe3FeFe2，加入铁钉可以减缓Fe2+被氧化为Fe3+的速度，（即使加入铁钉也不能完全防止Fe2+被氧化为Fe3+。）（2）H2SO3溶液不易保存，只能在使用时临时配制；答：由17.0)SO/SO(2324V可以看出，23SO很容易被空气中的氧气所氧化，难以保存。（3）海上船舰常镶嵌镁块、锌块或铝合金块，防止船壳体的腐蚀。答：被镶嵌的镁、锌、铝合金都比较活泼，电势都较低，与船体相连后作为腐蚀电池的阳极被腐蚀，而将作为阴极的船体保护起来。6．铜制水龙头与铁制水管接头处，哪个部位容易遭受腐蚀？这种腐蚀现象与钉入木头的铁钉的腐蚀在机理上有什么不同？试简要说明之。答：铜与铁在水中能形成腐蚀原电池，铁作为阳极被腐蚀，铜为阴极促进了铁的腐蚀，发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，而钉入木材的铁钉的腐蚀是差异充气腐蚀。7．填充题（1）由标准氢电极和标准镍电极组成原电池，测得其电动势为0.23V，则该原电池的正极为标准氢电极，负极为标准镍电极（查表），此电池的反应方向为2H++Ni=H2+Ni2+，镍电极的标准电极电势为-0.23，当c（Ni2+）降到0.01mol·L-1时，原电池电动势降低。答案为（标准氢电极）（负极为标准镍电极）（2H++Ni=H2+Ni2+）（-0.23）（降低）。8．写出下列物质中元素符号右上角标*元素的氧化数。KCl*O3Cu2*ONa2O2*S8*Na2S2*O3Na2S4*O6O*F2K2Cr2*O7N2*ON*H4Pb*3O4N2*H4（肼）AlN*（氮化铝）答：物质KCl*O3Cu2*ONa2O2*S8*Na2S2*O3Na2S4*O6O*F2氧化数+5+1-10+2+2.5+2物质K2Cr*2O7N*2ON*H4+Pb*3O4N2*H4AIN*氧化数+6+1–3+8/3–2–39．如果将下列氧化还原反应装配成电池，试用符号表示所组成的原电池。（1）Zn（s）+Ag+（aq）=Zn2+（aq）+Ag（s）（2）Cu（s）+FeCl3（aq）=CuCl（aq）+FeCl2（aq）（3）Sn2+（aq）+2Fe3+（aq）=Sn4+（aq）+2Fe2+（aq）（4）Zn（s）+2HCl（aq）=ZnCl2（aq）+H2（g）（5）MnO4-（0.1mol·L-1）+8H+（10-4mol·L-1）+5Fe2+（0.1mol·L-1）=Mn2+（0.1mol·L-1）+5Fe（0.1mol·L-1）+4H2O（l）解：(1)(–)Zn|Zn2+(C1)||Ag+(C2)|Ag(+)(2)(–)Cu|Cu+(c1)||Fe3+(c2),Fe2+(c3)|Pt(+)(3)(–)Pt|Sn2+(c1),Sn4+(c2)||Fe3+(c3),Fe2+(c4)|Pt(+)(4)(–)Zn|Zn2+(c1)||H+(c2)|H2（p），(Pt)(+)(5)(–)Pt|Fe2+(0.1mol·L-1),Fe3+(0.1mol·L-1)||MnO-4(0.1mol·L-1),Mn2+(0.1mo1·L-1),H+(10-4mo1·L-1)|Pt(+)10．下列物质SnCl2、FeCl2、KI、Zn、H2、Mg、Al、HS2-在一定条件下都可以做还原剂。试根据标准电极电势数据，把这些物质按其还原能力递增顺序重新排列，并写出它们对应的氧化产物。解：还原能力由低到高的排列顺序（氧化产物写在括号中）是：FeCl2(Fe3+),KI(I2),SnCl2(Sn4+),H2(H+),S2-（S），Zn(Zn2+),Al(Al3+)，Mg(Mg2+)。11．判断下列反应在标准态时进行的方向，如能正向进行，试估计进行的程度大小。已知0.44V/Fe)(Fe2Θ（1）Fe（s）+2Fe3+（aq）=3Fe2+（aq）（2）Sn4+（aq）+2Fe2+（aq）=Sn2+（aq）+3Fe3+（aq）判断下列反应在标准态时进行的方向，并估计进行的限度。解：（1））（23Fe/Fe）（Fe/Fe2∴反应正向进行。1gK41059.0)]44.0(77.0[2059.0nE;KΘ=1041;∴反应进行程度很大。（2）∵)/Fe(Fe)/Sn(Sn2324；∴反应逆向进行。12．在pH分别为3和6时，KMnO4能否氧化I-和Br-[假设MnO4-被还原成Mn2+，且c（MnO4-）=c（Mn2+）=c（I-）=c（Br-）=1mol·L-1]。解：①pH=3时，反应式为OH8)(Mne5)(H8)(MnO224aqaqaq(MnO4/Mn2+)=1.507+g15059.0)(Mn)(H)(MnO284ccc=1.507+241015059.0g=1.507–0.283=1.224V（已知：（Br2/Br-）=1.066V,(I2/I-)=0.536V）∵1.224V(Br2/Br-)(I2/I-)；∴可以氧化溴离子和碘离子。②pH=6中性应该还原成MnO2，反应式为)(HO4(s)MnOe3OH2)(MnO224aqaq(24/MnMnO)=0.509+g13059.0)(OH)(MnO44cc若设还原产物为Mn2+，可按①中的关系式算出(MnO4/Mn2+)=0.941(Br2/Br-)0.941(I2/I-)∴可氧化碘离子，不能氧化溴离子。13．今有一种含有Cl-、Br-、I-三种离子的混合溶液，欲使I-氧化成I2，又不使Br-、Cl-离子氧化，在常用氧化剂Fe2(SO4)3和KMnO4中应选哪一种？解：查表：(Br2/Br-)=1.066V,(I2/I-)=0.535V,(C12/C1–)=1.358V；(Fe3+/Fe2+)=0.77V,(MnO4–/Mn2+)=1.507V；∵(MnO4/Mn2+)(C12/C1-)(Br2/Br-)(Fe3+/Fe2+)(I2/I-),∴标态下,只能选用硫酸铁。14．由标准钴电极和标准氯电极组成原电池，测得其电动势为1.63V，此时钴为负极，现知氯的标准电极电势为+1.36V，问：（1）此电池的反应方向？（2）钴的电极电势为多少？（3）当氯气的分压增大时，电池电动势将如何变化？（4）当c（Co2+）降到0.01mol·L-1时，通过计算说明电动势又将如何变化？解：（1）电池总反应：Co+C12=Co2++2C1-∵E=1.63V0∴正向进行。（2）E=(C12/C1–)–(Co2+/Co)(Co2+/Co)=1.36―1.63=-0.27V(3)(C12/C1–)=(C12/C1–)+)(Cl/12059.022ClcppgE=(C12/C1–)―(Co2+/Co)∴若氯气分压增大，则(C12/C1–)增加,电动势将增大。（4）(Co2+/Co)=(Co2+/Co)+)](Co[12059.02cg=-0.27+g12059.00.01=–0.329V,若c(Co2+)降低，则(Co2+/Co)降低,∴电动势升高。15．由两个氢半电池Pt，H2（Θp）∣H+（0.1mol·L-1）和Pt，H2（Θp）∣H+（xmol·L-1）组成一原电池，测得该原电池的电动势为0.016V，若Pt，H2（Θp）∣H+（xmol·L-1）作为该原电池的正极，问组成该半电池的溶液中H+浓度是多少？解：E=（H+/H2）正-（H+/H2）负0.016=[(H+/H2)+g12059.0c2(H+)]正―[(H+/H2)+g12059.0c2(H+)]负0.016=0+g12059.0c2(H+)-g12059.00.12―0.043=g12059.0c2(H+)1gc(H+)=059.0043.0=―0.729；c(H+)=0.187mol·L–116．根据下列反应（假设离子浓度均为1mol·L-1）Ni（s）+Sn2+（aq）=Ni2+（aq）+Sn（s）Cl2（g）+2Br-（aq）=Br2（g）+2Cl-（aq）试分别计算：（1）它们组成原电池的电动势，并指出正负极；（2）25℃时的平衡常数；（3）反应的标准吉布斯函数变ΘmrΔG。解：（1）反应方程式：Ni(s)+Sn2+(aq)=Ni2+(aq)+Sn(s)E=(Sn2+/Sn)―(Ni2+/Ni)=―0.1375―(―0.257)=0.1195(V)0∴锡电极为正