西安交大 大學化學 第五章 課后答案

1、第5章電化學基礎問題1. 什么是氧化還原的半反應式？原電池的電極反應與氧化還原反應式有何關系？答：任何一個氧化還原反應都可以分寫成兩個半反應：一個是還原反應，表示氧化劑被還原；一個是氧化反應，表示還原劑被氧化。即：還原反應：氧化態(tài) ne 還原態(tài)；氧化反應：還原態(tài) ne 氧化態(tài)這兩個式子稱為氧化還原的半反應式。原電池的總反應是一個氧化還原反應，原電池的兩個電極反應各乘以一個適當的系數后再加和起來，即得原電池總反應式氧化還原反應式。2. 原電池由那些部分組成？試分別敘述每一部分的作用 。答：原電池主要由以下幾個部分組成：E正極得到電子，發(fā)生還原反應；k 負極提供電子，發(fā)生氧化反應；l 在雙液電池中

2、鹽橋也必不可少，其作用是通過離子擴散來保持溶液的電中性，消除電極反應產生的過剩電荷的阻力，導通電流； m 導線是導通電流，確保反應持續(xù)進行。3. 如何將一個在溶液中進行的氧化還原反應設計成原電池 ？答：E先將氧化還原反應分寫成兩個半反應：一個是還原反應，表示氧化劑被還原；一個是氧化反應，表示還原劑被氧化；k 根據兩個半反應的電對特點將其設計成電極，并用符號表示電極的組成；l 確定正負極：氧化反應對應于陽極，即負極；而還原反應對應于陰極，即正極；m 不同的電解質間要用鹽橋連接以減小液接電勢。例如：將反應2KMnO45Na2SO33H2SO42MnSO45Na2SO4K2SO43H2O設計成原電池

3、。E氧化反應；SO32 ne SO42 kl電極組成：() Pt| Na2SO4，Na2SO3 還原反應： MnO4 ne Mn2+ (+) Pt| KMnO4，MnSO4，H2SO4m 電池符號：()Pt| Na2SO4，Na2SO3KMnO4，MnSO4，H2SO4| Pt(+)4. 如何用符號表示一個原電池？寫出原電池：Pt|H2|H+|Cl|AgCl|Ag的電極反應及電池反應式。答：用符號表示一個原電池的一般規(guī)則為：E負極在左，正極在右；k用“|”表示兩相之間的相界面，用“|”表示鹽橋；l 溶液應注明濃度(molL1)，氣體應注明分壓(kPa)；m 從負極開始沿著電池內部依次書寫到正極

4、。原電池：Pt|H2|H+|Cl|AgCl|Ag的電極反應及電池反應如下：負極反應： H2 2e 2H+陽極反應： AgCl e Ag Cl電池反應： H2 + 2AgCl = 2Ag + 2Cl5. 何謂電極電勢?怎樣用這一概念解釋原電池產生電流的原因？ 答：電極與溶液形成雙電層達到動態(tài)平衡時，金屬的電勢E(金屬)與溶液的電勢E(溶液)之差稱為電極電勢，以符號E(Mn+/M)表示。即：E(Mn+/M)= E(金屬)E(溶液)。Mn+/M表示組成該電極的氧化還原電對，如 E(Zn 2+/Zn), E(Cu 2+/Cu)和 E(Cl 2C1 )等。將兩個電極電勢不同的電極組成原電池時，原電池的電

5、動勢E0，電就會從電極電勢高的電極（正極）自動地流向電極電勢低的電極(負極)，從而產生電流。6. 什么叫標準氫電極？是否在所有溫度下，其電極電勢都為零？答：在298.15K時，把鍍有鉑黑的鉑片插入含有1 molL1H +的溶液中，并不斷用壓力為100kPa純H2氣流通過Pt片,使之吸附H2達到飽和并發(fā)生電極反應。如此構成的氫電極叫標準氫電電極。標準氫電極的符號記為：H +(1 molL1)| H2(100kPa)|Pt。目前國際上將標準氫電極作為標準參比電極，將其電極電勢值規(guī)定為零，即：E (H+/H 2) = 0.000V。此值是在298.15K的條件下的規(guī)定值，當溫度發(fā)生變化時其電極電勢就

6、不等于零。具體數值可由能斯特公式求得，。7. 怎樣測定電極的標準電極電勢？其符號和大小有何物理意義？答：標準電極電勢E (氧化態(tài)/還原態(tài))數值的大小表示了反應：氧化態(tài) + ne 還原態(tài)，在標準狀態(tài)下進行的趨勢，反映了電極的氧化態(tài)及還原態(tài)的氧化還原能力或傾向，即標準電極電勢數值越大，氧化態(tài)得電子能力越強，是強的氧化劑；標準電極電勢數值越小，還原態(tài)失電子能力越強，是強的還原劑；反之亦然。標準電極電勢的測定方法主要有兩種：E氫標法： 將待測標準電極與標準氫電極組成原電池，測定該原電池的電動勢即標準電動勢 E ，由E = E (正)E (負)和E (H+/H 2) = 0.000V可求得待測電極的標準

7、電極電勢 E (氧化態(tài)/還原態(tài))的值。例如，實驗測E （Zn2+/Zn）所用的標準原電池如下：（）Zn|ZnSO4（1 molL1）| H+（1 molL1）|H2(100kPa)| Pt (+)測得的標準電動勢為 E = 0.7628V，由E E (正)E (負) E （H+/H2）E (Zn2+/Zn)得：0.7628 0.000 E (Zn2+/Zn)則得： E (Zn2+/Zn) 0.7628（V）k 參比電極法：標準電極電勢也可用飽和甘汞電極作為參比電極來測量。測量時將待測標準電極與飽和甘汞電極組成原電池，測定該原電池的電動勢E，由E = E(正)E(負)和E(Hg2Cl2/H g，

8、飽和) = 0.2415V可求得待測電極的標準電極電勢 E (氧化態(tài)/還原態(tài))值。8. 怎樣利用電極電勢來決定原電池的正、負極？計算原電池的電動勢？判斷氧化還原反應的方向？答：j比較兩電對電極電勢的代數值，電極電勢代數值大的為正極，小者為負極。k原電池的電動勢由E E(正)E(負)求得。l按照反應方程式書寫方式，在反應物一側找出氧化劑和還原劑，令氧化劑對應的電對作原電池的正極，還原劑對應的電對作原電池的負極，若：E(氧化劑)E(還原劑),則氧化還原反應從左右自發(fā)進行；E(氧化劑)E(還原劑),則氧化還原反應從右左自發(fā)進行；E(氧化劑)E(還原劑),則氧化還原反應達到了平衡態(tài)。9. 在電化學中E

9、有那些應用？試分別說明之。答：E判斷在標準狀態(tài)下氧化還原反應進行的方向；k 判斷氧化還原反應進行的程度。10. 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、氣體分壓和介質的關系如何？答：濃度對電極電勢的影響可由Nernst方程式表示： 式中，n為電極反應中得失的電子數（摩爾）；R = 8.314Jmol1K 1；F96500 Cmol1（Faraday常數），氧化態(tài)、還原態(tài)表示電極反應中氧化態(tài)及還原態(tài)物質的相對濃度(c/c )或相對分壓(P/p )，并以電極反應中對應物質的系數為指數。從該式可以看出，影響電極電勢的主要因素有氧化態(tài)、還原態(tài)物質的濃度及反應系統(tǒng)的溫度等。氧

10、化態(tài)越大，電極電勢越高；還原態(tài)越大，電極電勢越低；當電極反應中有氫離子H+或氫氧根離子OH出現時，則介質的pH值對電極電勢亦有影響，pH值越大，電極電勢越低。11. 查閱標準電極電勢時，為什么既要注意物質的價態(tài)，又要注意物質的聚集狀態(tài)和介質條件（酸堿性）。答：因為物質的價態(tài) 、聚集狀態(tài)和介質條件（酸堿性）對電極電勢都有影響，當其不同時，電極電勢的值亦不同的。12. 實驗室中，為了保證FeSO4溶液不變質常給溶液中加入無銹鐵釘。試從有關電對的電極電勢說明理由。答：E(Fe3+/ Fe2+)= 0.771，E(O2/ H2O)= 1.229, E(Fe3+/ Fe)= 0.037。E(O2/ H2

11、O) E(Fe3+/ Fe2+)，水溶液中的溶解氧能將Fe2+氧化成Fe3+而使FeSO4溶液變質。又E(Fe3+/ Fe2+) E(Fe3+/ Fe)當給溶液中加入無銹鐵釘時，Fe能將Fe3+還原成Fe2+，從而保證了FeSO4溶液不變質。13. 由標準鋅半電池和標準銅半電池組成原電池： ()Zn|ZnSO4 (1molL1)|CuSO4(1molL1)|Cu(+)（1） 改變下列條件對原電池電動勢有何影響？（a）增加ZnSO4溶液的濃度；（b）在ZnSO4溶液中加入過量的NaOH；（c）增加銅片的電極表面積；（d）在CuSO4溶液中加入Na2S溶液。（2） 當銅鋅原電池工作半小時以后，原電

12、池的電動勢是否會發(fā)生變化？為什么？答：（1）由Nernst方程式知：（a）增加ZnSO4溶液的濃度, E(Zn2+/Zn)增大，即E（負）增大。又由E = E(正)E(負)，其他條件不變時，E（負）增大，使E減小。（b）在ZnSO4溶液中加入過量的NaOH，則發(fā)生如下反應：Zn2+ 4OH ZnO22 2H2O，使溶液中c(Zn2+)減小，E(負)減小，使E增大。（c）增加銅片的電極表面積，對E(Zn2+)無影響，故E保持不變。（d）在CuSO4溶液中加入Na2S溶液，則發(fā)生如下反應：Cu2+ S2 CuS()，使溶液中c(Cu2+)減小，E(正)減小，使E減小。（2）當銅鋅原電池工作半小時以

13、后，原電池的電動勢會降低。因為隨著電池反應的進行，正極電解質溶液中的c(Cu2+)減小，使E(正)減??；同時負極電解質溶液中的c(Zn2+)增大，使使E(負)增大，這兩個方面產生的結果都使原電池的電動勢E減小。14. 什么叫濃差電池？它與一般化學電池有何不同？答：由不同濃度的同類電極組成的原電池稱為濃差電池。電池()Ag|AgNO3 (0.01 molL1)|AgNO3 (1 molL1)|Ag(+)就是一個例子。該電池的正、負極均由Ag+/Ag電對組成，兩電極的化學本性相同，只是c(Ag+)不同。 濃差電池與一般的化學電池相比有如下幾點不同：j濃差電池的正、負極均由同一電對組成，兩電極的化學

14、本性相同，只是某一物質的濃度或分壓不同；而一般的化學電池，兩極由不同電對組成，兩電極的化學本性就不相同；k濃差電池的電池反應即電池過程是濃度擴散過程，而一般的化學電池的電池反應是一個氧化還原反應；l濃差電池的標準電動勢等于零，而一般的化學電池的標準電動勢則等于零；m濃差電池的電動勢只與兩極有關物質的濃度或分壓有關；而一般化學電池的電動勢則不但與兩極有關物質的濃度或分壓有關，而且還與兩極的標準電極電勢有關；15. 原電池和電解池在結構和原理上各有何特點？試舉例說明（從電極名稱、電極反應、電子流方向等方面進行比較）。答：原電池是以氧化還原反應為基礎將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，即借助原電池可將化學能轉

15、變?yōu)殡娔?，利用化學反應產生電流；電解池則是借助于電流通過電解質溶液產生化學反應的的裝置，即借助電解池由外界對系統(tǒng)作電功，在電流作用下發(fā)生化學反應，將電能轉變成化學能。二者的差異如下表所示：原電池電解池作用將化學能轉變?yōu)殡娔軐㈦娔苻D化為化學能發(fā)生氧化反應的電極名稱陽極或負極陽極或正極發(fā)生還原反應的電極名稱陰極或正極陰極或負極電子流動方向從負極通過外電路正極從負極通過電解質溶液中離子定向移動正極16.實際分解電壓為什么高于理論分解電壓？簡單說明超電壓（或超電勢）的概念。答：電解時要使電解作用進行，必須在兩極間加上一適當的電壓，這種使電流順利通過電解質溶液、保證電解不斷進行所需的最低外加電壓，稱為該

16、電解池的實際分解電壓。分解電壓之所以需要，是因為兩電極上的電解產物又組成了一個原電池，該原電池的電動勢與外加電壓的方向相反，要使反應順利進行，外加電壓必須克服這一電動勢，這就是理論分解電壓。實際上，電解時所需要的外加電壓(實際分解電壓)總是大于理論分解電壓。這是由于電極上和溶液中產生的一些電化學反應，使電極過程離開了平衡狀態(tài)發(fā)生了電極極化。實際分解電壓與理論分解電壓的差值，常稱為超電壓。17. H+/H2電對的電極電勢代數值往往比Zn2+/Zn電對的或Fe2+/Fe電對的要大，為什么電解鋅鹽或亞鐵鹽溶液時在陰極常常得到金屬鋅或金屬鐵？答：因為氣體的超電勢比金屬的要大，從而造成電勢降低，所以電解

17、鋅鹽或亞鐵鹽溶液時在陰極常常得到金屬鋅或金屬鐵18.試說明用電解法精煉銅，除去粗銅中的Ag、Au、Pb、Ni、Fe、Zn等雜質的原理。 答：電解法精煉銅時，用含雜質的銅做陽極，用純銅薄片做陰極，以硫酸銅溶液作電解液，通以一定電壓的直流電。這時，兩極發(fā)生如下反應： 在陽極 Cu 2e = Cu2+ 在陰極 Cu2+ + 2e = Cu當含雜質的銅在陽極不斷溶解時，位于金屬活動性順序銅以前的雜質元素如鋅、鐵、鎳等，雖然也同時失去電子，如：Zn 2e = Zn2+ 和Ni 2e =Ni2+，但它們的陽離子比Cu2+難以還原，所以它們不在陰極獲得電子，只是溶解在電解液里；而位于金屬活動性順序銅之后的銀

18、、金等金屬雜質，因為給出電子的能力比銅弱，所以不在陽極失去電子，而是以金屬單質的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥。這樣，在陰極就得到了純銅，通常叫它電解銅(純度可達99.99)。把陽極泥加以處理，可以得到金銀等貴重金屬。19.電鍍和電鑄有何異同？答：電鑄的基本原理和工藝過程與電鍍基本相似，都是利用電解的原理使某種金屬在陰極還原析出。不同之處在于：電鍍時要求得到與基體結合牢固的金屬鍍層，而電鑄要求與原模分離，制造或復制金屬制品，其厚度遠大于電鍍層，電鑄層和原模的結合力很弱。20.試述電拋光的方法原理及其優(yōu)缺點。答：電拋光是利用電解作用進行拋光，使金屬獲得平滑和有光澤的金屬表面。電拋光時，以金屬工件

19、作陽極，以不溶于電解拋光液的金屬作陰極，電解液靜止不動，且兩極間的距離較大。電拋光過程中陽極不斷被溶解，陽極附近鹽的濃度不斷增加，在金屬表面形成一種粘性薄膜，這種薄膜的導電能力差，而使得陽極的電極電勢代數值增大。對表面凹凸不平的金屬工件，電拋光時，這種粘性薄膜的厚薄分布不均勻，凸起部分薄膜層較薄，凹陷的部分薄膜層較厚，這樣造成陽極表面各處的電阻不同，控制兩極間電位差一定，凸起部分電阻較小，電流密度較大，凸起部分的溶解速度比凹陷部分的溶解速度大。金屬表面逐漸被整平，凸起部分的高度不斷降低，使凸起處與凹陷處的溶解速率趨于接近，同時在其表面形成一層鈍化膜。 電拋光的優(yōu)點（1）生產率高。電拋光不受金屬

20、材料硬度和韌性的限制，對難以進行機械拋光的材料，如純鋁以及合金鋼（特別是奧氏體鉻鎳鋼）具有特別的意義。（2）耐腐蝕性好，使用壽命長。（3）無殘余應力、燒傷、微斷裂紋等缺陷，具有較高反射率。（4）易于實現自動化，有利于降低成本。電拋光的缺點 ：一般電拋光表面的硬度不如機械拋光高。電拋光受被拋光材料成分的影響很大，不同材料的表面進行電拋光時難易程度極不相同，特別是對某些各組分電極電勢相差較大的合金，在電拋光時會產生選擇性溶解，而不是凸起部位的溶解速率較凹陷部位的溶解速率大，因而難于得到平整光潔的表面。電拋光受拋光面積大小的影響，拋光面積越大，陽極上的電流分布也就越不均勻，拋光效果越差。21. 什么

21、叫電化學腐蝕？它與化學腐蝕有何不同？答：金屬與腐蝕介質如氧、氯和硫化氫等作用，直接發(fā)生的腐蝕叫化學腐蝕。溫度對化學腐蝕影響很大，化學腐蝕會引起工件“脫碳”和“氫脆”。當金屬表面在介質如潮濕空氣、電解質溶液中，因形成微電池而發(fā)生電化學作用而引起的腐蝕，叫電化學腐蝕，電化學腐蝕比化學腐蝕危害更大，影響因素更多。如大氣相對濕度、環(huán)境溫度、空氣中污染物質、介質的酸、堿性等。22. 通常大氣腐蝕主要是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？寫出腐蝕電池的電極反應。答：鋼鐵的電化學腐蝕可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，在較強酸性介質中，由于H+濃度大，鋼鐵以析氫腐蝕為主；在弱酸性或中性介質中，發(fā)生的腐蝕是吸氧腐蝕。通常情況下，由于

22、大氣中CO2的存在使水膜呈弱酸性，所以通常大氣腐蝕主要是吸氧腐蝕。析氫腐蝕：陰極反應：O2 + 2H2O +4e = 4OH；陽極反應：Fe 2e = Fe2 。吸氧腐蝕：陰極反應：O2 + 2H2O +4e = 4OH；陽極反應：Fe 2e = Fe223. 防止金屬腐蝕的方法主要有哪些？各根據什么原理？ 答：u 改善金屬的本質 E提高金屬或合金的熱力學穩(wěn)定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學穩(wěn)定性高的合金元素，以提高合金的電極電勢，增加耐蝕性。k 加入易鈍化的合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基體金屬的耐蝕性。l 加入能使金屬表面生成致密的腐蝕產物保護膜的合金元素，是制取耐蝕合金的

23、又一途徑。v 形成保護層 金屬的腐蝕發(fā)生在金屬與周圍介質的接界面上 ，因此，只要在金屬表面形成一層保護膜，將金屬表面與周圍介質隔開，就能保護金屬避免腐蝕。j非金屬保護膜 將耐腐蝕的物質如油漆、搪瓷、陶瓷、玻璃 、瀝青 、高分子材料（如塑料、橡膠 、聚酯等 ）涂在要保護的金屬表面 。k金屬保護膜 用耐蝕性較強的金屬或合金覆蓋在被保護的金屬表面上，覆蓋的重要方法是電鍍。按防腐蝕的性質可將保護層分為陽極保護層和陰極保護層。w 改善腐蝕環(huán)境緩蝕劑法 在腐蝕性介質中，加入少量能減小腐蝕速度的物質來防止腐蝕的方法叫做緩蝕劑法。所加的物質叫做緩蝕劑,緩蝕劑可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑兩類。j無機緩蝕劑 通常

24、在堿性介質中使用的有硝酸鈉、亞硝酸鈉、磷酸鹽等；在中性溶液中使用的有亞硝酸鈉、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、硅酸鹽等。無機緩蝕劑的作用主要是在金屬表面形成氧化膜或難溶物質，直接阻止金屬表面的金屬離子進入溶液，從而延緩腐蝕。 k有機緩蝕劑 在酸性介質中，通常用的有機緩蝕劑，如苯胺、硫醇胺、烏洛托品六次甲基四胺。有機緩蝕劑對金屬緩蝕作用的機理較復雜，最簡單的一種機理認為緩蝕劑吸附在金屬表面增加了氫的超電勢，阻礙了H離子的放電，因而減慢了腐蝕。例如，胺類能和H離子作用生成正離子。這種正離子被帶負電荷的金屬表面吸收后，金屬的腐蝕就受到了阻礙。 x 電化學保護法 電化學保護法有陽極電保護法和陰極保護法。陰極保護法就

25、是將被保護的金屬作為腐蝕電池（原電池）的陰極或作為電解池的陰極而免受腐蝕。前一種是犧牲陽極保護法，后一種是外加電流法。E犧牲陽極保護法 是將較活潑金屬或其合金連接在被保護的金屬上，形成原電池 。這時較活潑金屬作為腐蝕電池的陽極被腐蝕，被保護的金屬得到電子作為陰極而達到保護的目的k 外加電流法 是將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極。被保護金屬為陰極，在直流電的作用下陰極就受到保護。這種保護法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設備的腐蝕。 l 陽極電保護法 把被保護的金屬接到外加電源的正極上，使被保護的金屬進行陽極極化，電極電勢向正的方向移動，使金屬得到“鈍化”而得到保護。第5章電化學基

26、礎習題1. 用半反應式法配平下列氧化還原反應方程式： （1）I + H+ + NO2 NO(g) + H2O + I2(s) （2）Al(s) + H+ + SO42 Al3+ + SO2(g) + H2O （3）H2S(aq) + Cr2O72 + H+ Cr3+ S(s) + H2O （4）ClO + I2(s) + H2O Cl + H+ +IO3 （5）Mn(OH)2(s) + H2O2 MnO2(s) + H2O （6）Zn(s) + NO3 + H+ Zn2+ + NH4+ + H2O （7）P(s) + NO3 + H+ H3PO4 + NO(g) （8）H2S(aq) + NO

27、3 + H+ S(s) + NO(g) + H2O解：（1）I + H+ + NO2 NO(g) + H2O + I2(s)寫出兩個半反應式并配平：氧化反應： 2I2 e I2 （a） 還原反應： NO2 e 2H+ NO（g）H2O (b)(a) + (b)2得：2 I + 4 H+ + 2NO2 2NO(g) +2 H2O + I2(s)寫成分子反應方程式：2HI + 2HNO2 2NO(g) +2 H2O + I2(s) （2）Al(s) + H+ + SO42 Al3+ + SO2(g) + H2O 寫出兩個半反應式并配平：氧化反應： Al 3 e Al （a）還原反應：SO422 e

28、4H+ SO2（g） 2H2O (b)(a)2（b ）3得：2Al(s) +12 H+ + 3SO42 2Al3+ + 3SO2(g) + 6H2O寫成分子反應方程式：2Al(s) + 6H2SO4 Al2（SO4）3+ 3SO2(g) + 6H2O （3）H2S(aq) + Cr2O72 + H+ Cr3+ S(s) + H2O寫出兩個半反應式并配平：氧化反應： H2S(aq) 2 e S(s) + 2H+ (a)還原反應： Cr2O72 + 6e 14H+ 2Cr3+ + 7H2O (b)(a)3（b）得：3H2S(aq) + Cr2O72 + 8 H+ 2Cr3+ + 3 S(s) +

29、7H2O寫成分子反應方程式：3H2S(aq) + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 Cr2（SO4）3 + K2SO4 3 S(s) + 7H2O （4）ClO + I2(s) + H2O Cl + H+ +IO3寫出兩個半反應式：氧化反應： I2(s) 10e + 6H2O 2IO3 + 12H+ (a)還原反應： ClO + 2e + 2H+ Cl + H2O (b)(a)（b）5得：5ClO + I2(s) + H2O 5Cl + 2H+ +2IO3寫成分子反應方程式：5NaClO + I2(s) + H2O 5NaCl + 2H IO3（5）Mn(OH)2(s) + H2O2 MnO

30、2(s) + H2O寫出兩個半反應式：氧化反應： Mn(OH)2(s) 2e MnO2(s) + 2H+ (a)還原反應： H2O2 2e 2 OH (b)(a)（b）得：Mn(OH)2(s) + H2O2 MnO2(s) + 2H2O （6）Zn(s) + NO3 + H+ Zn2+ + NH4+ + H2O寫出兩個半反應式：氧化反應： Zn（s） 2e Zn2+ (a)還原反應： NO3 + 8e 10H+ NH4+ + 3H2O (b)(a) 4（b ）得：4Zn(s) + NO3 +10 H+ 4Zn2+ + NH4+ + 3H2O寫成分子反應方程式：4Zn(s) + 10H NO3

31、4Zn(NO3)2 + NH4 NO3 + 3H2O （7）P(s) + NO3 + H+ H3PO4 + NO(g)寫出兩個半反應式：氧化反應： P(s) 5e + 4 H2O H3PO4 + 5H+ (a)還原反應： NO3 + 3e 4H+ NO(g) 2 H2O (b)(a)3（b）5得：3P(s) + 5NO3 +5 H+ +2H2O 3H3PO4 + 5 NO(g)寫成分子反應方程式：3P(s) + 5HNO3 + 2H2O 3H3PO4 + 5 NO(g) （8）H2S(aq) + NO3 + H+ S(s) + NO(g) + H2O寫出兩個半反應式：氧化反應： H2S (aq

32、) 2e S(s) + 2H+ (a)還原反應： NO3 3e + 4H+ NO(g) + 2H2O (b)(a)3（b）2得：3H2S(aq) + 2NO3 + 2H+ 3S(s) + 2 NO(g) + 4H2O寫成分子反應方程式：3H2S(aq) + 2HNO3 3S(s) + 2 NO(g) + 4H2O2. 將下列化學反應組裝成原電池。（1）用符號表示原電池的裝置；（2）標出正、負極及電子流動的方向。 (a) Al + 3NiCl2 = 2AlCl3 + 3Ni (b) Co3+ + Fe2+ = Co2+ + Fe3+ (c) Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2(d) PbC

33、l2 + 2KI = PbI2 + 2KCl(e) AgCl + 2NH3 = Ag(NH3) 2 + + Cl 解：以下各電池，電子流動方向均為：（）極 （+）極(a) Al + 3NiCl2 = 2AlCl3 + 3Ni （）Al|Al3+(c1)Ni2+(c2)|Ni（+）(b) Co3+ + Fe2+ = Co2+ + Fe3+（）Pt|Fe2+(c1)，Fe3+(c2)Co3+(c3)，Co2+(c4)|Pt（+） (c) Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2（）Fe|Fe2+(c1)Fe3+(c2)，Fe2+(c3)|Pt（+）(d) PbCl2 + 2KI = PbI2 +

34、2KCl（）Pb|PbI2|KI(c1)KCl(c2)|PbCl2|Pb（+）(e) AgCl + 2NH3 = Ag(NH3) 2 + + Cl（）Ag|Ag(NH3)2+(c1)，NH3(c2)Cl(c2)|AgCl|Ag（+）3. 根據標準電極電勢數值將下列物質：FeCl2、SnCl2、H2、KI、Li、Mg按還原能力從小到大依次排列，并寫出它們的氧化產物。解：作為還原劑時，FeCl2、SnCl2、H2、KI、Li、Mg的氧化產物分別為：FeCl3、SnCl4、H+、I2、Li+、Mg2+。查表得各電對的標準電極電勢依次為：E(Fe3+/ Fe2+)= 0.771V；E(Sn4+/ Sn

35、2+)= 0.151V；E(H+/H2)= 0.00V；E(I2/ I)= 0.5355V；E(Li+/ Li)= 3.0401V；E(Mg2+/Mg)= 2.372V。按照電極電勢越小，電對中的還原態(tài)物質的還原能力越強，是強的還原劑，則上述還原劑還原能力從小到大次序為： FeCl2KI SnCl2H2MgLi。4. 通過計算指出下列各原電池的正、負極，寫出電極反應、電池反應并計算電動勢。 (1) Pt|I2|I(0.1 molL1)|Cr2O72(0.1 molL1),Cr3+(1 molL1),H+(11010 molL1)|Pt (2) Pb|Pb2+(1 molL1)| H+(1 mo

36、lL1)|H2|Pt解：(1) Pt|I2|I(0.1molL1)|Cr2O72(0.1molL1),Cr3+(1molL1),H+(11010molL1)|PtE(I2/I)= E(I2/I)(0.0592/2)lgc(I)/c2 = 0.5355 + 0.0592 = 0.5947VE (Cr2O72/Cr3+) E(Cr2O72/Cr3+) + (0.0592/6)lgc(Cr2O72)/cc(H+)/c14/c(Cr3+)/c21.232+ (0.0592/6)lg 0.11101014/120.1592VE(I2/I)E(Cr2O72/Cr3+) Pt | Cr2O72 ，Cr3+

37、為負極；Pt | I2 | I為正極正極反應：I2 2e 2I負極反應：2Cr3+ 6e 7H2O Cr2O72 14H+電池反應：2Cr3+ 3I2 7H2O Cr2O72 6I 14H+EE(正)E(負)E(I2/I)E (Cr2O72/Cr3+)0.5947(0.1592)0.7539（V）(2) Pb|Pb2+(1 molL1)| H+(1 molL1)|H2|Pt因兩電極均為標準電極，查表得：E(H+/H2)0.000V E(Pb2+/Pb)=0.1262V所以E（H+/H2）為正極，E(Pb2+/Pb)為負極正極反應：2H+2e H2 負極反應：Pb2e Pb2+ 電池反應：2H+

38、 Pb H2 Pb2+E = E(正)E(負)E (H+/H2)E (Pb2+/Pb)0.1262V5. 已知：AgI(s) + e = Ag(s) + I(aq)的E = 0.1340V，Ag+(aq) + e = Ag(s)的E = +0.7996V (1) 寫出由上述電極組裝成的原電池符號； (2) 寫出原電池的電池反應式； (3) 計算該原電池的標準電動勢E ； (4) 計算電池反應的標準Gibbs函數變量rGm； (5) 計算在298.15K時AgI的溶度積常數。 解：（1） 由上述電極組裝成的原電池符號為：（）Ag | AgI(s)| I(1 molL1)| Ag+(1 molL1

39、)| Ag（+） （2） 原電池的電池反應式為： Ag+ I AgI（3） 原電池的標準電動勢E E(Ag/Ag)E(AgI/Ag) = 0.7996 + 0.1340 = 0.9336V（4） 電池反應的標準吉布斯函數變量rGm nFE 1964850.9336/100090.078kJ mol1（5） 在298.15K時AgI的溶度積常數為Ksp，且Ksp與電池反應平衡常數K 的關系為： K 1/Ksp代入熱力學關系：rGmRTln K 得： rGm RTln Ksp 即： ln Ksp rGm/ RT 90.078103 / 8.314298.15 36.3391 取反對數得：Ksp1.

40、651016或者直接使用298.15K時K 與E的公式lgK nEm/ 0.0592 = 10.9336/ 0.0592 = 15.77Ksp1/K 1.6910166. 在298.15K時，測得電池Cd|Cd2+ (1.0 molL1) |H+ (x molL1) |H2(100kPa)|Pt的電動勢為0.15V,試計算氫電極溶液中的c(H+)和pH。解：E（H2/H+）= E （H2/H+）+ 0.0592lgc(H+)/c = 0.0592lgXE（Cd2+/Cd）=0.403VEE（H2/H+）E（Cd2+/Cd）= 0.0592lgX + 0.403 = 0.15lgX = （0.1

41、50.403）/0.0592lgX = 4.274, PH = lgX = 4.274 X H+ 5.331057. 已知298.15K時： Cr2O72 + 14 H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O fGm /kJmol1 1319.0 0 215 237試計算此半電池反應的E值。解：rGm = 7fGm( H2O )2fGm( Cr3+ )14fGm ( H+ )fGm ( Cr2O72 )rGm 7（237）2（215）（1319.0） 770 kJmol1由rGm 6 FE 得： E rGm /（6F）（7701000）/（696485）1.3301V8. 用電化學原理判斷下

42、列反應在標準狀態(tài)下能否自動進行。 （1）3AgNO3 + Au = Au(NO) 3 + 3Ag （2）2Br + 2Fe3+ = Br2 + 2Fe2+ （3）2KMnO4 + 10KBr + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 5Br2 + 8H2O解：（1）3AgNO3 + Au = Au(NO) 3 +Ag查表得：E（正） E（Ag+/Ag）=0.7996V ； E（負）E（Au3+/Au）=1.498VE （正）E （負） 在標準狀態(tài)下該反應不能自發(fā)進行。 （2）2Br + 2Fe3+ = Br2 + 2Fe2+查表得：E（正）E（Fe3+/ Fe2+）=0.771

43、V ； E（負）= E （Br2/Br）=1.066VE（正）E（負） 在標準狀態(tài)下該反應不能自發(fā)進行。 （3）2KMnO4 + 10KBr +8H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O查表得：E（正）E（MnO4/ Mn2+）=1.507V ； E（負）E（Br2/Br）=1.066VE（正）E（負） 在標準狀態(tài)下該反應能夠自發(fā)進行。9. 今有一含有Cl、Br、I、三種離子的混合溶液，欲使I被氧化為I2，而Br 、Cl不被氧化，在常用的氧化劑Fe2(SO4) 3和KMnO4中應選那一種，才能滿足上述要求（設各物質均為標準狀態(tài)）。解：查表得：E（Br2/Br）=1.066V

44、； E（Cl2/Cl）=1.35827V； E（I2/I）=0.5355V； E（Fe3+/Fe2+）=0.771V； E（MnO4Mn2+）=1.507 因為E（MnO4Mn2+）比 （Cl2/Cl）、E（Br2/Br）、E（I2/I）都大，所以，KMnO4能將Cl、Br、I都氧化，故不能選用KMnO4。k 因為E（Fe3+/Fe2+）小于E（Cl2/Cl）和 E（Br2/Br），且大于E（I2/I），所以，Fe2(SO4) 3能氧化I ，但不能氧化Cl、Br ，所以選用Fe2(SO4) 3才能滿足上述條件。10. 電池反應：Fe2+ + Ag+ = Ag(s) + Fe3+ （1）求298

45、.15K時反應的標準平衡常數K。 （2）將極細的銀粉加入0.05 molL1的Fe2(SO4) 3液中，求Ag+的平衡濃度。解：電池反應：Fe2+ + Ag+ = Ag(s) + Fe3+（1）查表得：E（Ag+/Ag）=0.7996V； E（Fe3+/Fe2+）0.771VE E（正）E（負）E（Ag+/Ag）E（Fe3+/Fe2+）=0.79960.7710.0286（V）由rGm RTln K nF E 得： ln K nFE /RT（1964850.0286）（8.314298.15）1.1132 K 3.044 （2）設平衡時c（Ag+）x molL1；則c（Fe2+）x molL1

46、；c（Fe3+）（0.1x）molL1 即： 電池反應：Fe2+ + Ag+ = Ag(s) + Fe3+ x x 0.1x 則K （0.1x）/x2 3.044 解得：x = c（Ag+） 0.0803 （molL1）11. 對電池反應：2H2 + O2 = 2H2O，在298.15時， （1）設計成原電池，并用符號表示其組成。 （2）求電池的E ； （3）寫出各電極反應式； （4）計算反應的標準平衡常數K。解： （1）正極反應：O2 4e 2 H2O 4OH 電對：O2/ OH 電極：OH | O2 | Pt（+）負極反應：H2 2e 2 H+ 電對：H+ / H2 電極：（）Pt | H

47、2 | H+ 原電池組成符號為：（）Pt | H2 | H+ | OH | O2 | Pt（+） （2）電池標準電動勢：E E （O2/OH）E （H+/H2）= 0.401V （3）電池的正極反應：O2 4e 2 H2O 4OH R正負極反應：H2 2e 2 H+ R負電池反應R正 2R負： O2 2H2 2 H2O（4）由rGm RTlnKnFE 得：lnK nFE/RT（4964850.401）（8.314298.15）62.4337K 1.30102712. 已知： Fe3+ + e = Fe2+ , E (1)=0.771V Fe2+ + 2e = Fe , E (2)= 0.44V

48、 試計算：Fe 3+ 3e = Fe , E (3) = ?解：上述三個反應式間的關系為：R（3） R（1）R（2） rGm（3） rGm （1） rGm （2）將rGmnF E 代入得： n（3）FE （3） n（1）F E （1）n（2）F E （2） 兩邊同除以（F）得： n（3）E （3） n（1）E （1） n（2）E （2） 即： E （3）n（1）E （1）n（2）E （2）n（3） 10.7712（0.44）30.0363（V）13. 已知：PbSO4 + 2e = Pb + SO42 E = 0.356V Pb2+ + 2e = Pb, E = 0.126V（1）寫出由這兩個

49、電極組成的原電池符號； （2）計算原電池的E； （3）寫出電池反應式； （4）求此原電池反應的rGm；（5）計算298.15時，PbSO4的溶度積。解：（1）由這兩個電極組成的原電池符號：（）Pb | PbSO4 | SO42（c1） | Pb2+ | Pb（+）（2）原電池的E E （Pb2+/Pb）E （PbSO4/Pb）=0.126（0.356）0.23V（3）電池反應式：Pb2+ + SO42 PbSO4（4）原電池反應的rGm nFE2964850.23 44383.1Jmol1（5）由溶度積Ksp 的定義可知，Ksp與電池反應平衡常數K的關系為：Ksp1K由：lnKnFE/RT（2964850.23）（8.314298.15）17.9049 K5.97107得：Ksp1K 15.971071.610814. 銀不能溶于1.0 molL1的HCl溶液，但可以溶于1.0 molL1的HI溶液，試通過計算說明之。溶解反應為：2Ag(s) + 2