作业题解4章氧化还原反应与电化学

氧化还原反应与电化学作业：123页：4、5、7、8、9、10、11、12；123页：14、16、17、18、19、21。•3.用离子-电子法配平下列半反应•(1)NO3-→NO2-(酸性介质)•(2)Br2→BrO3-(碱性介质)•(3)H2O2→H2O(酸性介质)•(4)H2O2→O2(碱性介质)•(5)CrO42-→CrO2-(碱性介质)解：(1)NO3-+2H++2e-=NO2-+H2O(2)Br2+12OH-=2BrO3-+6H2O+10e-(3)H2O2+2H++2e-=2H2O(4)H2O2+2OH-=O2+2H2O+2e-(5)CrO42-+2H2O+3e-=CrO2-+4OH-4.用离子-电子法配平下列反应式：解：(1)5×)Fe2+=Fe3++e-+1×)MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O得：5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O(2)2×)Cr3++8OH-=CrO42-+4H2O+3e-+3×)H2O2+2e-=2OH-得：2Cr3++3H2O2+10OH-=2CrO42-+8H2O(3)5×)H2O2=O2+2H++2e-+2×)MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O得：2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2+8H2O(4)4×)Mg=Mg2++2e-+1×)2NO3-+10H++8e-=N2O+5H2O得：2NO3-+4Mg+10H+=N2O+4Mg2++5H2O5.将下列氧化还原反应组成原电池，写出原电池符号和两极反应。(1)Pb+2Fe2+=2Fe3++Pb2+(2)Ni+Sn4+=Ni2++Sn2+解：(1)负极：Pb=Pb2++2e-；正极：Fe3++e-=Fe2+∴原电池符号：(-)Pb|Pb2+(c1)||Fe3+(c2),Fe2+(c3)|Pt(+)(2)负极：Ni=Ni2++2e-；正极：Sn4++2e-=Sn2+∴原电池符号：(-)Ni|Ni2+(c1)||Sn2+(c2),Sn4+(c3)|Pt(+)•6.写出下列各电池的化学反应式，并计算298.15K时电池的电动势。•(1)(-)Fe|Fe2+(0.001mol·dm-3)||Ni2+(0.1mol·dm-3)|Ni(+)•(2)(-)Pb|Pb2+(1mol·dm-3)||Ag+(1mol·dm-3)|Ag(+)•6.解：(1)Fe+Ni2+=Fe2++Ni•+=⊝(Ni2+/Ni)+(0.059/2)lg0.1•=-0.23-0.0295=-0.26V•-=⊝(Fe2+/Fe)+(0.059/2)lg0.001•=-0.4402-0.0885•=-0.53V•E=+--=-0.26-(-0.53)=0.27V•(2)Pb+2Ag+=Pb2++2Ag•E=+⊝--⊝=⊝(Ag+/Ag)-⊝(Pb2+/Pb)•=0.7996-(-0.1263)=0.9255V•7.将下列反应组成原电池•Sn2++2Fe2+=Sn4++2Fe2+•(1)写出原电池符号。•(2)计算在298.15K标准态时原电池的电动势和反应的吉布斯函数变。•(3)若改变Sn2+浓度，使其c(Sn2+)=1.0×10-3mol·dm-3，则原电池的电动势为多少？•(4)该原电池在使用若干时间后，电池的电动势和两极的电极电势如何变化？7.解：(1)原电池符号：(-)Pt|Sn2+(c1),Sn4+(c2)||Fe2+(c3),Fe3+(c4)|Pt(+)(2)E⊝=⊝(Fe3+/Fe2+)-⊝(Sn4+/Sn2+)=0.770-0.15=0.62VΔG⊖=-nFE⊝=-2×96485×0.62=-119641J·mol-1=-119.641kJ·mol-1•(3)(-)=⊝(Fe3+/Fe2+)+(0.059/2)lg(1/1.0×10-3)•=0.15+0.0885=0.238V•∴E=(+)-(-)=0.770-0.238=0.532V•(4)使用后：c(Fe3+)↙，c(Fe2+)↗，∴(+)↙；•c(Sn2+)↙，c(Sn4+)↗，∴(-)↗；•∴E减小。•使用若干时间后E减小直至E=0。•8.下列电池反应中，当Cu2+浓度为何值时，该原电池的电动势为零？•Ni+Cu2+(xmol·dm-3)=Ni2+(1.0mol·dm-3)+Cu•9.由镍电极和标准氢电极组成原电池。•若c(Ni2+)=0.01mol·dm-3时，原电池的电动势为0.288V，其中Ni为负极。试计算镍电极的标准电极电势。•8.解:(+)=⊝(Cu2+/Cu)+(0.059/2)lgc(Cu2+)•=0.3402+(0.059/2)lgc(Cu2+)•(-)=⊝(Ni2+/Ni)=-0.23V•由E=(+)-(-)=0得：(+)=(-)，即•0.3402+(0.059/2)lgc(Cu2+)=-0.23•∴c(Cu2+)=4.69×10-20•9.解:E=(+)-(-)=⊝(H+/H2)-(Ni2+/Ni)•=-(Ni2+/Ni)•=-⊝(Ni2+/Ni)-(0.059/2)lg0.01•=0.288•∴⊝(Ni2+/Ni)=-0.23V•10.由两个氢电极H2(1.01325×105Pa)|H+(0.1mol·dm-3)和H2(1.01325×105Pa)|H+(xmol·dm-3)组成原电池，测得该原电池的电动势为0.016V。若电极H2(1.01325×105Pa)|H+(xmol·dm-3)作为该原电池的正极，问组成该电极的H+浓度为多少？•11.今有一种含有Cl-、Br-、I-三种离子的混合溶液，欲使I-氧化为I2而又不使Br-、Cl-氧化，在常用的氧化剂Fe2(SO4)3和KMnO4中，选用哪一种能符合上述要求？•10.解:E=(+)-(-)•=(0.059/2)lgx2/1-(0.059/2)lg0.12/1•=0.059(lgx+1)•=0.016•∴lgx=-0.729•即:x=0.19mol·dm-3•11.解:已知：⊝(I2/I-)=+0.535V•⊝(Br2/Br-)=+1.065V•⊝(Cl2/Cl-)=+1.3583V•⊝(Fe3+/Fe2+)=+0.770V•⊝(MnO4-/Mn2+)=+1.491V•即:⊝(I2/I-)⊝(Fe3+/Fe2+)⊝(Br2/Br-)•⊝(Cl2/Cl-)⊝(MnO4-/Mn2+)•∴选择Fe2(SO4)3合适。•12.通过实验得到如下现象•(1)在水溶液中，KI能与FeCl3反应生成I2和FeCl2，而KBr则不能与FeCl3反应；•(2)溴水能与FeSO4溶液作用生成Fe3+和Br-离子，而碘则不能与FeSO4反应。根据以上现象定性地推断Br2/Br-、I2/I-和Fe3+/Fe三电对电极电势的大小。解:(I2/I-)(Fe3+/Fe)(Br2/Br-)13.求反应Sn+Pb2+(1mol·dm-3)=Pb+Sn2+(1mol·dm-3)在298.15K时的平衡常数，并写出原电池符号。•13.解：原电池符号：•(-)Sn|Sn2+(1mol·dm-3)||Pb2+(1mol·dm-3)|Pb(+)•⊝+=⊝(Pb2+/Pb)=-0.1263V•⊝-=⊝(Sn2+/Sn)=-0.1364V•∴E⊝=⊝+-⊝-=-0.1263-(-0.1364)•=0.0101V20.2342.0059.00101.02059.0lgKnEK•14.已知原电池：•(-)Pb|Pb2+(0.01mol·dm-3)||Ag+(1mol·dm-3)|Ag(+)•(1)求298.15K时原电池的电动势。•(2)写出电池反应并计算反应的ΔG⊖值。•(3)分别从E⊖值和ΔG⊖值计算反应的平衡常数。•14.解:(1)(+)=⊝(Ag+/Ag)=+0.7996V•(-)=⊝(Pb2+/Pb)+(0.059/2)lg0.01•=-0.1263-0.059=-0.1853V•E=(+)-(-)=0.7996-(-0.1853)=0.9849V(2)电池反应：Pb+2Ag+=Pb2++2AgΔG⊖=-nFE⊝=-2×96485×[0.7996-(-0.1263)]×10-3=-178.67kJ·mol-1(3)方法①:ΔG⊖=-2.303RTlgK⊝-178.67×103=-2.303×8.314×298.15×lgK⊝解得:K⊝=1.98×1031方法②:lgK⊝=nE⊝/0.059=2×[0.7996-(-0.1263)]/0.059=31.39解得:K⊝=2.43×103115.计算下列反应的平衡常数和所组成的原电池的电动势(设离子浓度均为1.0mol·dm-3)。Fe3++I-=Fe2++½I2•15.⊝+=⊝(Fe3+/Fe2+)=0.770V•⊝-=⊝(I2/I-)=0.535V•∴E⊝=⊝+-⊝-=0.770-0.535=0.235V31062.9983.3059.0235.01059.0lgKnEK•16.下列反应中，离子浓度均为1.0mol·dm-3，试用标准电极电势判断下列反应的方向。•(1)Cu+2Fe3+—Cu2++2Fe2+•(2)6Fe3++2Cr3++7H2O—Cr2O72-+6Fe2++14H+•(3)Sn4++2Fe2+—Sn2++2Fe3+•16.解:(1)⊝(Cu2+/Cu)=+0.3402V•⊝(Fe3+/Fe2+)=+0.770•E⊝=⊝(Fe3+/Fe2+)-⊝(Cu2+/Cu)•=0.770-0.3402=0.4298V0•即Fe3+为氧化剂，Cu为还原剂•所以反应正向进行。(Cu+2Fe3+→Cu2++2Fe2+)•(2)⊝(Fe3+/Fe2+)=+0.770•⊝(Cr2O72-/Cr3+)=+1.33VE⊝=⊝(Fe3+/Fe2+)-⊝(Cr2O72-/Cr3+)=0.770-1.33=-0.56V0•即Cr2O72-为氧化剂，Fe2+为还原剂•所以反应逆向进行。•即：6Fe3++2Cr3++7H2O←Cr2O72-+6Fe2++14H+•(3)⊝(Sn4+/Sn2+)=+0.15V•⊝(Fe3+/Fe2+)=+0.770•E⊝=⊝(Sn4+/Sn2+)-⊝(Fe3+/Fe2+)•=0.15-0.770=-0.62V0•即Fe3+为氧化剂，Sn2+为还原剂•所以反应逆向进行。•(Sn4++2Fe2+←Sn2++2Fe3+)•17.试求下列电池反应在298.15K时的ΔG值。说明反应是否能从左至右自发进行。(1)1/2Cu+1/2Cl2(101325Pa)=1/2Cu2+(1mol·dm-3)+Cl-(1mol·dm-3)(2)Cu+2H+(0.01mol·dm-3)=Cu2+(0.1mol·dm-3)+H2(0.9×101325Pa)•17.解:(1)(+)=⊝(Cl2/Cl-)=+1.3583V•(-)=⊝(Cu2+/Cu)=+0.3402VΔG=-nFE=-1×96485×(1.3583-0.3402)×10-3=-98.23kJ·mol-10∴反应能够自发进行。(2)2H++2e-=H2(+)=⊝(H+/H2)+(0.059/2)lg[c2(H+)/c⊝]/[p(H2)/p⊝]=0+(0.059/2)lg[0.012/0.9]=-0.1167V(-)=⊝(Cu2+/Cu)+(0.059/2)lgc(Cu2+)=0.3402+(0.059/2)lg0.1=0.3107VΔG=-nFE=-2×96485×(-0.1167-0.3107)×10-3=82.48kJ·mol-10∴反应不能自发进行。•18.在298.15K时，由Co|Co2+(1mol·dm-3)和Cl2(101325Pa)|Cl-(1m