作业题解第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+||Fe3+,Fe2+|Pt(+)(2)负极：Ni=Ni2++2e-正极：Sn4++2e-=Sn2+∴原电池符号：(-)Ni|Ni2+||Sn2+,Sn4+|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：负极：Fe=Fe2++2e-正极：Ni2++2e-=Ni(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)=0.9259V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+,Sn4+||Fe2+,Fe3+|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)(-)=⊝(Sn4+/Sn2+)+(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:负极：H2=2H++2e-正极：2H++2e-=H2E=(+)-(-)=(0.059/2)lgx2/1-(0.059/2)lg0.12/1=0.059(lgx+1)=0.016V∴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+/Fe)=+0.770V⊝(MnO4-/Mn2+)=+1.491V即:⊝(I2/I-)⊝(Fe3+/Fe)⊝(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。解:负极：Pb=Pb2++2e-正极：Ag++e-=Ag(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:lgK⊝=-ΔG⊖/2.303RT=-178.67×103/2.303×8.314×298.15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⊝=2.43×1031(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+)15.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+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)正极：2H++2e-=H2负极：Cu2++2e-=Cu(+)=⊝(H+/H2)+(0.059/2)lg[c(H+)/c⊝]2/[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29