氧化還原反應與電極電位

1、首頁難題解析第八章難題解析氧化還原反應與電極電位學生自測題學生自測答案章后習題答案TOP例 8-1 寫出并配平下列各電池的電極反應、電池反應，注明電極的種類。1) (-) Ag,AgCl(s) |HCl |Cl 2(100kp),Pt (+)2) (-) Pb, PbSO4(s)| K2SO4KCl| PbCl 2(s),Pb (+)3) (-) Zn | Zn 2+ MnO 4- , Mn2+, H+| Pt (+)4) (-) Ag | Ag + (c1) Ag +(c2) |Ag (+)析 將所給原電池拆分為兩個電極。負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，寫出正、負極反應式，由正極反應和負

2、極反應相加構成電池反應。1)正極反應 Cl2+2e- 2 Cl此電極為氣體電極負極反應 Ag+Cl - AgCl(s)+e -此電極為金屬 -難溶鹽 -陰離子電極2)電池反應 2Ag+Cl 2 2AgCl(s)正極反應n=2PbCl2(s)+2e- Pb+2Cl- 此電極為金屬 -難溶鹽 -陰離子電極負極反應Pb+SO42- PbSO4(s)+2e-此電極為金屬 -難溶鹽 -陰離子電極電池反應PbCl2(s) +SO42- PbSO4(s) +2Cl-n=23)正極反應MnO4- +8 H+5e-Mn2+ 4 H2O 此電極為氧化還原電極負極反應Zn Zn2+2e-此電極為金屬及其離子電極電池

3、反應2MnO 4- +16 H + 5Zn2Mn 2+8 H2O 5Zn 2+n=104)正極反應Ag+(c2) +e- Ag此電極為金屬及其離子電極負極反應Ag Ag+ (c1) + e-此電極為金屬及其離子電極電池反應Ag+(c2) Ag+ (c1)n=1的電動勢為 1.136V ，已知例 8-2 25時測得電池 (-) Ag,AgCl(s) |HCl(c) |Cl2(100kp),Pt (+)析 首先根據電池電動勢和已知的標準電極電位，由Nernst 方程求出AgCl/Ag 。 (2) AgCl 的平衡AgCl(s)Ag+ + Cl -，方程式兩側各加 Ag：( Cl2/Cl-)=1.3

4、58V, ( Ag+/Ag)=0.799 6V ，求 AgCl 的溶度積。AgCl(s) + AgAg + + Cl- + AgAgCl 與產物 Ag 組成 AgCl/Ag 電對；反應物Ag與 Ag+組成 Ag +/Ag 電對。 AgCl(s)的溶度積常數(shù)為： 0.05916VnE n( AgCl/Ag Ag /Ag ) logKsp 0.0n5E916V = AgCl/AgAg/Ag 。解 由電池表達式：正極反應 Cl2 + 2e- 2 Cl-，Cl2 /ClCl 2 /Cl+0.05916V lg PCl22Cl 2負極反應 Ag + Cl - AgCl(s) + e-，AgCl/Ag =

5、 AgCl/Ag 0.05916V lg 1 2Cl 2電池反應Cl2(g) + 2Ag 2AgCl(s)Cl2 /Cl - AgCl/Ag (Cl2/Cl+ 0.05916V lg PCl22Cl )-(AgCl/Ag0.05916V lg 1 2)2 Cl 2=1.136V ，又由Cl 2/Cl和 PCl2 數(shù)據帶入AgCl/AgCl2 /Cl 1.136 V 1.358 V 1.136 V 0.222V ，AgCl(s) + AgAg+ + Cl- + Aglog K sp nE n( AgCl/Ag Ag /Ag0.05916V)=(0.222-0.799 6)V/0. 16V -9.

6、76 0.05916VKsp(AgCl) = 1.74 10-10例 8-3在 Ag+、Cu2+離子濃度分別為 1.00 10-2mol L -1 和 1.00mol L -1 的溶液中加入鐵粉， 哪一種金 屬被先還原？當?shù)诙N金屬離子被還原時，第一種金屬離子在溶液中的濃度為多少？已知( Cu2+/Cu)=0.341 9V ， (Ag+/Ag)=0.799 6V 。析 首先根據電極電位判斷物質氧化性或還原性的相對強弱。氧化能力的氧化型物質將首先被還 原。隨著反應進行，被還原金屬離子濃度降低，電極電位減小，當減小到與第二種金屬離子的電極電位 相等時，第二種金屬離子才能被還原。解 Ag /Ag =

7、 Ag /Ag 0. 16VlogAg + 0.799 6V + 0. 16Vlg(1.00 10-2) = 0.681 3 VCu2 /Cu = Cu2 /Cu = 0.341 9 V由于 Ag /Ag Cu2 /Cu ，Ag +是較強氧化劑，當加入還原劑鐵粉時首先被還原。當 Ag /Ag = Cu2 /Cu 時， Cu2+離子被還原。則Ag /Ag = 0.799 6V+ 0. 16VlgAg + = 0.341 9VAg+ = 1.82 10-8(molL-1)例 8-4 298K 時電池 (-)Pt,H 2(100kp)|NaOH(aq)|HgO(s)|Hg(+) 的 =0.926V

8、，反應 H2(g)+ 1 O2(g) = 2H2O(l)的rHm = -285.84kJ mol-1。又：H2(g) O2(g)H2O(l)Hg(l)HgO(s)S/J mol-1K-1130.5205.0369.9477.470.29試求分解反應 HgO(s)Hg(l) + 1 O2(g)2(1) 在 298K 時氧的平衡分壓；(2) 假定反應熱與溫度無關， HgO 在空氣中能穩(wěn)定存在的最高溫度是多少？解 給定的電池反應： HgO(s)+ H 2 Hg(l) +H 2O(l) ( 1 式)rGm= -nFE=-2 96 500C mol -10.926V -178 718 J mol-1由H

9、2(g) + 1O2(g)H2O(l) (2式)2rGmH2O (l) rHmTrSm-285 840J mol-1-298K (69.94-130.5- 1 205.03) Jmol-1K-12-237 244 J mol -11 式 2 式得 HgO(s) Hg(l) + 1 O2(g) ( 3 式)2rGm-178 718 J mol-1-(-237 244 J mol-1) 58 526 J mol -1(1) 由 rGm RTln Kp，lnKp=-rGm/RT = -58 526 J mol -1/(8.314 J mol -1K -1298K) = -23.62Kp=5.5 10

10、-11= pO2pO2= Kp2 =3.03 10-21atm = 3.07 10-19kPa(2) 反應 HgO(s) Hg(l) + 1 O2(g) 的2 rSm=77.4 J mol-1K-1+ 1 205.03 J mol-1K-1-70.29 Jmol-1K-12=109.6 J mol-1K-1 rHm= rGm + T rSmK-1 = 91 187 J mol -1=58 526 J mol-1298K109.6 J mol -1當 HgO 在空氣中能穩(wěn)定存在時，pO2 =0.2 atm，再由lnKK21r H m(T2 T1)(T2 T1 )Rln5.5191187J mol

11、0.44711 110 11 (T2 298K) 8.314J mol 1 K(T2 298K)1計算得T2784.2K學生自測題TOP判斷題 選擇題 填空題問答題計算題、判斷題(對的打，錯的打 ，共 10 分)定是氧化劑。TOP1CH4中 C與4個H 形成四個共價鍵，因此 C的氧化值是 4。2 濃差電池 Ag|AgNO 3(c1)|AgNO 3(c2)|Ag ， c1(Sn2+/Sn)(Cd2+/Cd)B.(Pb2+/Pb)(Cd2+/Cd)( Sn2+/Sn)C.(Sn2+/Sn)( Pb2+/Pb)(Cd2+/Cd)D.( Sn2+/Sn)(Cd2+/Cd)( Pb2+/Pb)E.(Cd

12、2+/Cd)(Sn2+/Sn)( Pb2+/Pb)17. 下列原電池的符號中，書寫正確的是A. (-) Zn|Zn 2+(c)Cu2+(c)|Cu (+)C. (-) Zn|Zn 2+(c)Cu| Cu2+(c) (+)E. (-) Zn,Zn 2+(c)Cu2+(c),Cu (+)18.將銀絲插入 1L 的下列溶液中組成電極，則電極電位最低的是( )B. (-) Zn 2+(c)|ZnCu2+(c)|Cu (+)D. (-)Zn 2+(c)|Zn Cu| Cu2+(c) (+)( )A. 含 AgNO 3 0.1molB. 含 AgNO 3 0.1mol, 含 NaI 0.1molC. 含

13、AgNO 3 0.1mol,含 NaBr 0.1molD. 含 AgNO3 0.1mol,含 NaCl 0.1molE. 含 AgNO 3 0.1mol, 含 NaNO3 0.1mol19. 下述電池反應： 2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn 2+ +10Cl2+8 H2O 的電子轉移數(shù) n 為 ( ) A. 1 B. 2 C. 5D. 8E. 1020. 下列說法中錯誤的是( )A. 在原電池中，正極發(fā)生氧化反應，負極發(fā)生還原反應B. 在原電池中，電極電位較高的電對是原電池的正極C. 在原電池中，電極電位較低的電對是原電池的負極D. 原電池的電動勢等于正極的電極電位減去負極的電極電位E

14、. 原電池的電動勢越大，電池反應的趨勢越大21. 對于反應 2Fe3+2Br -=2Fe2+Br 2 和 Fe3+Br-=Fe2+1/2Br 2 ，在標態(tài)下，它們的 ( )A. E 、 rGm 、 K 都相等B. E 相等、 rGm 、 K 不相等C. E、rGm相等、 K不相等D. Grm相等、 E、 K不相等E. K 相等、 rGm 、 E 不相等22. 下列電池反應中，有關離子的濃度均減少一半時，電極電位值將增大的是( )A. Cl2+2e-=2Cl -B.Sn4+2e-=Sn2+D. 2H+2e-=H 2E.Ag +e-=Ag23. 增加電池 (-) Cu|Cu2+Ag+|Ag (+)

15、電動勢的方法是 A. 正極加入氨水B.負極加氨水D. 負極加 CuCl 2E.正極加 NaBrC. Fe2+2e-=Fe( )C. 正極加 NaCl24. 對于反應 2BrO 3-+3N 2H4 2Br -+3N 2+6H 2O來說,方程 rGm=-nFE 中的 n為 ( )A. 2B. 6C. 8 D. 12 E. 425. 已知氫電極 H +(c)/H 2(100KPa) ，Pt的電極電位為 -0. 2V，則 H+應為( )A. 1mol L-1B. 0.1mol L-1C. 0.01mol L-1三、填空題(每空 1分，共 20 分)TOP1. Fe3O4 中 Fe 的氧化值為； Na2

16、O2中 O 的氧化值為2.在氧化還原反應中，電對的電極電位值愈負的，其還原型物質電子的傾向愈大，是愈強劑。3.對于 M n+Xe -M(n-x)+的電極反應，若加入 M (n-x )+的沉淀劑或絡合劑，則此電極的電極電勢，M n+的氧化性將4.已知MnO 4/Mn2 = 1.51V ，Br2/Br=1.09V ，Cr O2 /Cr3 =1.28V ，則最強的氧化劑是強的還原劑是5. 已 知 Ag +/Ag 和Ksp(Ag 2CrO 4)則 可 推 出 Ag 2CrO 4/Ag,CrO 42- 的 表 達6. 在 原 電 池 中 除 了 兩 個 電 極 外 ，另一個重要的裝置是，其作D. 10m

17、ol L-1E. 0.001mol L-17. 利用下列反應： Sn2+(0.001mol L-1)+Cd2+(0.1mol L-1) S4n+(0.1mol L-1) +Cd(s)組成原電池 (298K) 。 該電池組成式 為 ，其中負極發(fā)生 反應，正極發(fā)生 反應。電池電動勢為 ，電池反應的平衡常數(shù) lgK=。(已知：Sn4 /Sn 2= 0.154V ，Cd2 /Cd = -0.336V )8. 電池反應 Zn+Cu2+Cu+Zn2+。若只增加 Zn 2+ ，電池的 E將 ；若只增加 Zn 電極的表 面積 ,電池的電動勢 E 將。9. 在MnO 4-+8H +5e- 2Mn2+ + 4H

18、2O反應中，若使溶液的 pH值增大，其電極電勢，MnO 4的 能力降低。四、問答題( 20 分)TOP1應用標準電極電位數(shù)據，解釋下列現(xiàn)象：( 1)為使 Fe2+溶液不被氧化，常放入鐵釘。(2)H2S 溶液，久置常出現(xiàn)渾濁。( 3)無法在水溶液中制備 FeI3 。( Fe3 /Fe2 = 0.77V ，F(xiàn)e2 /Fe = -0.44V ，S/H2S = -0.141V ，O2/H2O = 1.122V ，I /I= 0.54V )2當OH - = 0.01mol L-1時，氧電極的電極電位是多少？與其標準狀態(tài)的電極電位比較說明什么？(O2 + 2H2O+ 4e- = 4OH-， O /OH =

19、 0.40V )3同種金屬及其鹽溶液能否組成原電池？若能組成，鹽溶液的濃度必須具備什么條件？4簡述電極電位與物質氧化還原的關系。5在原電池中，根據電極上物質的相態(tài)與組成，通常將電極分為四大類，請分別寫出這四類電極的名稱，并各舉一例說明(用電極符號) 。五、計算題( 25 分)TOP1設計一原電池，計算 AgCl 的溶度積常數(shù) Ksp，并寫出原電池的組成式。2已知 (Cu2+/Cu) =0.340V ， (Ag +/Ag) =0.799V ，將銅片插入 0.1mol L-1 CuSO4 溶液中和銀片插入 0.1 mol L-1 AgNO 3 溶液中組成原電池。(1) 計算各個電極的電極電位，寫出

20、原電池符號。(2) 寫出電極反應和電池反應。(3) 計算電池反應的平衡常數(shù)。3計算下列反應組成電池的 、 rGm 、K 及 rGmSn2+(0.1 mol L-1) + Hg 2+(0.1 mol L-1) = Sn4+(0.1 mol L-1) + Hg(l)已知 (Sn4+/Sn2+) =0.151V, (Hg2+/Hg) =0.851V 。4反應 MnO2 + 4Cl- + 4H+ = MnCl 2 + Cl2 + 2H2O(1) 判斷標準狀態(tài)時反應進行的方向。(2) 當使用濃鹽酸 H +=Cl -=12 mol L-1，Mn 2+、 PCl 2 均為標準狀態(tài)時， 判斷反應自發(fā)進行的方向

21、。(已知：MnO 2/Mn= 1.224V ，Cl2 /Cl學生自測答案 TOP一、判斷題1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 二、選擇題1.D 2.E 3.D 4.D 5.B 6.E 7.A 8.B 9.B 10.A 11.B 12.E 13.D 14.A 15.C 16.A 17.A 18.B 19.E 20.A 21.B 22.A 23.B 24.D 25.B三、填空題1. 83，-12. 失去，還原3. 增大，增強4.MnO4 ， Br5.2-(Ag 2CrO4/Ag,CrO 42-) =Ag+/Ag + 0.05916V log Ksp(Ag2CrO4)6.鹽

22、橋；離子導體和中和半電池中的電荷，維持電中性。7.2+ -1 4+ -1 2+(-) Cd|Cd2+(0.1mol L-1)|Sn 4+(0.1mol L-1) ，Sn2+(0.001molL-1) |Pt (+) ，氧化，還原， 0.5416， 0.9768. 降低，不變9. 下降，氧化四、簡答題1(1) 由于O 2/OH Fe3 /Fe2 ，所以溶液中 Fe2+ 易被氧化成Fe3+。當有鐵釘存在時，F(xiàn)e2 /Fe S/H S，所以 H2S 1O2 H2OS可自發(fā)進行，久置常出現(xiàn)渾濁。(3) 因為 Fe3 /Fe2 I/I ，溶液中的 Fe3+和 I -能自發(fā)進行反應。Fe /FeI 2/I

23、2 O/OH = + 0.05916V lg PO2 4 = 0.52V 。因為 ，降低 OH- ， 值升高，說明降低O2/OHn OH 4電對中還原型物質會使 值升高，還原型物質還原能力降低，氧化型物質氧化能力增強。3同種金屬及其鹽溶液也能組成原電池。但組成原電池的兩個半電池中金屬離子濃度必須不同， 正極鹽溶液的濃度大于負極鹽溶液的濃度。4電極電位的高低反映了氧化還原電對中氧化型和還原型物質得失電子的難易程度，而物質的氧 化還原性也是與其得失電子的能力有關的，所以電極電位的高低同樣反映了物質的氧化還原性。一般電 極電位愈高，電對中氧化型物質的氧化性愈強，而其還原型物質的還原性愈弱；電極電位愈

24、低，電對中 的還原型物質的還原性愈強，而其氧化型物質的氧化性愈弱。5略。五、計算題1 設計以銀電極和氯化銀電極組成的原電池(-) Ag(s)|AgNO 3|KCl|AgCl(s) ， Ag (+)正極反應 AgCl(s)+e - Ag +Cl - 0.223V負極反應 Ag - e - Ag電池反應 AgCl(s) Ag + + Cl0.799V此反應的平衡常數(shù)即為 Ksp)E 氧 還= 0.223V 0.799V 0.576VlgK1 ( 0.576)0.05916=9.74Ksp=1.8210-102(1) 銅電極的 =0.310 V ; 銀電極的 =0.740 V , 故銀電極為正極。2

25、+ -1 + -1電池符號為 () Cu|Cu2+(0.1 mol L-1) | Ag +(0.1 mol L-1)|Ag ()+ - - 2+(2) 正極反應 Ag + e Ag；負極反應 Cu 2e Cu+ 2+電池反應 2Ag+ Cu 2Ag + Cu 2+ ， n=215(3) E =0.459V ， n=2 ， logK=n E /0.05916 ， K=3.3 103(1)=0.700V ，n=2(2) rGm= - nF= .1KJ/mol(3) logK=n E /0.05916, K= 4.6 1203-1(4) E = 0.67V,n=2,rGm =nFE= 129.3 K

26、J mol -14(1) E 氧 還 =1.224V 1.358V= -0.134V 0此反應正向進行。這就是實驗室通常用濃鹽酸制備氯氣的道理。章后習題答案 TOP1化合物中劃線元素的氧化值分別為：6； 2； 4； 4； 5； 1； 1； 6。22MnO 4- + 5H2O2 + 6H+ 2Mn2+ + 52 + 8H2OCr2O72- +3SO32-+ 8H+ 2Cr3+ 3SO42-+ 4H2OAs2S3 + 5ClO 3- 5H2O5Cl- + 2AsO 42- + 3SO42-+ 10H3作用是：離子導體和中和半電池中的電荷，維持電中性。4氧化劑能力增強順序：Zn2+、Fe3+、MnO

27、 2、Cr2O72-、Cl2、MnO4-還原劑能力增強順序：Cl-、Cr3+、Fe2+、 H2、Li5(1)() Zn(s)Zn2+(aq)Ag +(aq)Ag(s) ()(2)() Pt, Cl2(g)Cl-(aq)Cr3+(aq) , Cr2O72-(aq), H +(aq)Pt(s) ()(3)() PtFe2+(aq), Fe3+(aq)IO3-(aq),H+(aq)I2(s),Pt(s) ()6只要找到的氧化還原電對的電極電位處于兩個電對的電極電位之間即可。7(1) G nFE；(2) 與 W無直接關系； (3)E ERTlnQ nF8(1) n=2，2+ 0.05916V lg H

28、 2 = -0.068 VPH2(2) n=6，+ 0.05916V lg H 14Cr2O72 = 0.818 V6Cr 3 2(3) n=2，+ 0.05916V lg 1 2 = 1.107 VBr 29 MnO 4-/Mn 2+) =1.507V ， (Br 2/Br -)=1.066V ，(I2/I-)=0.535V(1) pH=0.0 時，即為標準狀態(tài)， MnO 4-離子能氧化 I- 和Br- 離子。8 - 2+ - 2+ 0.05916V MnO 4 H (2)(MnO 4-/Mn 2+) =(MnO 4-/Mn 2+)+lg 45Mn 2 1.507 V0. 16 V 5.5

29、8/50.986 V故此時， MnO 4-離子只能氧化 I-離子不能氧化 Br -離子。10(1) 反應的離子方程式為： 2ClO 2 (aq)+Cl 2(g) = 2ClO 2(g)+2Cl (aq)E =1.358V-0.954V = 0.404VG 296 500 C mol -10.404V 77 972 JmollgK = 2 0.404V/0. 16V ，K = 4.5 1013(2) 6ClO 2(g)+ 3H2O = 5ClO 3-(aq) + Cl -(aq) +6H+11(1) 標準狀態(tài)下，當鈷金屬溶于 1.0 mol L-1 硝酸時，反應生成的是 Co2+ 。(2)電極電

30、位相差0.3V ，故改變硝酸的濃度不能改變 (1)中的結論。12(H14 右 (Cu2+/ Cu)+ 0.05916V lg (1.0 10-1) (Cu 2+/ Cu)0. 6V2左(Cu2+/ Cu)+ 0.05916V lg (1.0 10-4)(Cu2+/ Cu) 0.118 4V2右邊為正極，左邊為負極。E = 0.118 4V0. 6V = 0.088 8 V15(Cd2+/Cd) = -0.403V ；(Zn 2+/Zn) = -0.762VE (Cd2+/Cd) - (Zn2+/Zn) = -0.403V - (-0.762V) = 0.359V0.388 4V = 0.359

31、V -0.05916Vlg0.2Zn 2 Zn 2+ = 0.02 mol L-116將兩個電極組成原電池； Hg 22+ SO42Hg2SO4(s)E 0.797V-0.612V 0.185lgK= 2 E /0. 16，K= 1.8 106Ksp =1= 5.6 10K17 (Hg2Cl2/Hg) =(Hg 2Cl 2/Hg) -0.05916V2lg12Cl 20.327V 0.268V 0.05916V2lg12Cl 2Cl - = 0.1 mol L-118根據pH pHs (E Es)Fs 2.303RTpH 6.0 (0.231V 0.350V) 4.00.05916VH+= 1

32、.0 10-4 mol L -1又 c = 0.01 molL -12Ka = H = 1.0 10-6cExerciseslgK =0.05916V1( I2/ I -)=0.535V ；( Br2/ Br -)=1.066VK = 1.1 10-182 G = - 8.314J K -1mol -1298Kln(5 103)= -21100J molG =-nF E , n=1,E =- 21100J mol-1 = 0.219V96500C mol-13(1) 3 Fe(OH) 2(s)+ MnO 4-(aq) + 2H2OMnO2(s)+3Fe(OH) 3(s)OH-(aq)(2)5Zn(s) + 2NO 3-(aq)12H+ 5Zn2+(aq) + N2(g) +6H2O4(1)() Al(s) Al 3+(c1)Cr3+(c2)Cr(s) (+)(2)() Pt, SO2(g)SO42-( c1) +4H+( c2)Cu2+(c3)Cu(s) (+)5 (Cu2+/Cu)=0.342V(Cu2+/Cu) (Cu2+/Cu)+ 0.05916V lgCu 2 2E = ( Cu2+/Cu) ( SHE)0.0