第四章 习题答案

第四章氧化还原反应习题答案•3.用离子-电子法配平下列反应方程式:•(1)I-+H2O2+H+─→I2+H2O•(2)Cr2O72-+H2S+H+─→Cr3++S•(3)ClO3-+Fe2++H+─→Cl-+Fe3+•(4)Cl2+OH-─→Cl-+ClO-•(5)Zn+ClO-+OH-─→Zn(OH)42-+Cl-•(6)MnO4-+SO32-+OH-─→MnO42-+SO42-(1)2I--2e→I2H2O2+2H+→2H2O2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O(2)Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O3H2S-6e-→3S↓+6H+Cr2O72-+3H2S+8H+=2Cr3++3S↓+7H2O(3)ClO3-+6e+6H+→Cl-+3H2OFe2+-e→Fe3+ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O(4)Cl2+2e→2Cl-Cl2+4OH--2e→2ClO-+2H2OCl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O(5)ClO-+H2O+2e→Cl-+2OH-Zn-+4OH-+2e→[Zn(OH)4]2-Zn+ClO-+2OH-+H2O=[Zn(OH)4]2-+Cl-(6)MnO4-+e→MnO42-SO32-+2OH--2e→SO42-+H2O2MnO4-+SO32-+2OH-=2MnO42-+SO42-+H2O•4.将下列氧化还原反应设计成原电池,并写出原电池符号:(1)Cl2(g)+2I-→I2(s)+2Cl-(2)MnO4-+5Fe2++8H+→Mn2++5Fe3++4H2O(3)Zn+CdSO4→ZnSO4+Cd(1)正极反应：Cl2(g)+2e→2Cl-负极反应：2I-e→I2(s)电池符号：（-）Pt,I2(s)︳I-(c1)‖Cl-(c2)︳Cl2(pΘ),Pt(+)(2)正极反应：MnO4-+5e+18H+→Mn2++4H2O负极反应：Fe2+-e→Fe3+电池符号：(-)Pt∣Fe2+(c1),Fe3+(c2)‖MnO4-(c3),Mn2+(c4),H+(c5)∣Pt(+)(3)正极反应：负极反应：电池符号：（-）Zn︳ZnSO4(c1)‖CdSO4(c2)︳Cd(+)•8.己知:MnO4-+8H++5e-→Mn2++4H2OEθ＝+1.51V,Fe3++e-→Fe2+Eθ＝+0.771V,(1)判断下列反应的方向:MnO4-+5Fe2++8H+→Mn2++5Fe3++4H2O(2)将这两个半电池组成原电池,用电池符号表示原电池的组成,标明正、负极,并计算其标准电动势。(3)当H+离子浓度为10.0mol·L-1,其他离子浓度均为1.0mol·L-1时,计算该电池的电动势。（1）Eθ(MnO4-/Mn2+）Eθ（Fe3+/Fe2+),该反应能自发向右进行。（2）（-）Pt︳Fe2+(c1),Fe3+(c2)‖MnO4-(c3),Mn2+(c4),H+(c5)︳Pt(+)Eθ=Eθ(MnO4-/Mn2+)－Eθ(Fe3+/Fe2+)=(1.51－0.771)V=0.74V(3)E(MnO4-/Mn2+)=Eθ(MnO4-/Mn2+)+(0.0592V/z)×㏒=1.51V+(0.0592V/5)㏒108=1.61VE=E(MnO4-/Mn2+)－Eθ(Fe3+/Fe2+）=(1.61－0.771)V=0.83V842{()/}{()/}{()/}cMnOccHccMnc•9.写出按下列各反应设计成的原电池符号,并计算各原电池的电动势E(注:浓度单位均为mol·L-1)(1)Zn(s)+Ni2+(0.080)─→Zn2+(0.020)+Ni(s)(2)Cr2O72-(1.0)+6Cl-(10)+14H+(10)→2Cr3+(1.0)+3Cl2(10.0kPa)+7H2O(l)解：(1)E(Zn2+/Zn)=Eθ(Zn2+/Zn)+㏒{c(Zn2+)/cθ}=－0.7626V+(0.0592V/2)㏒(0.020)=－0.813VE(Ni2+/Ni)=Eθ(Ni2+/Ni)+㏒{c(Ni2+)/cθ}=－0.257V+(0.0592V/2)㏒(0.080)=－0.289V(-)Zn︳Zn2+(0.020mol·L-1)‖Ni2+(0.080mol·L-1)︳Ni(+)E=E（Ni2+/Ni）－E（Zn2+/Zn）=[－0.289－(－0.813)]V=0.524V(2)E(Cr2O72-/Cr3+)=Eθ(Cr2O72-/Cr3+)+(0.0592V/z)㏒=+1.36V+(0.0592V/6)㏒(10)14=+1.50VE(Cl2/Cl-)=Eθ(Cl2/Cl-)+(0.0592V/z)㏒=+1.3583V+(0.0592V/2)㏒[1.00/(10)2]=+1.30VE=1.50V－1.30V=0.20V（-）Pt,Cl2(100.0kPa)︳Cl-(10mol·L-1)‖Cr2O72-(1.0mol·L-1),Cr3+(1.0mol·L-1),H+(10mol·L-1)︳Pt(+)2142732{()/}{()/}{()/}cCrOccHccCrc22{()/}{()/}pClpcClc•10.求下列情况下在298.15K时有关电对的电极电势:(1)金属铜放在0.50mol·L-1的Cu2+溶液中,E(Cu2+/Cu)＝?(2)在上述(1)的溶液中加入固体Na2S,使溶液中的c(S2-)＝1.0mol·L-1,求:E(Cu2+/Cu)＝?(3)100kPa氢气通入0.10mol·L-1HCl溶液中,E(H+/H2)＝?(4)在1.0L上述(3)的溶液中加入0.10mol固体NaOH(忽略加入固体时引起溶液体积的变化),E(H+/H2)＝?(5)在1.0L上述(3)的溶液中加入0.10mol固体NaOAc(忽略加入固体时引起溶液体积的变化),E(H+/H2)＝?解：（1）E(Cu2+/Cu)=Eθ(Cu2+/Cu)+(0.0592V/2)㏒{c(Cu2+)/cθ}=+0.340V+(0.0592V/2)㏒(0.50)=+0.33V(2)c(Cu2+)=Kspθ(CuS)(cθ)2/c(S2-)=(6.3×10-36/1.0)mol·L-1=6.3×10-36mol·L-1E(Cu2+/Cu)=+0.340V+(0.0592V/2)㏒(6.3×10-36)=－0.70V(3)E(H+/H2)＝Eθ(H+/H2)+㏒[(H+)2/(PH2/Pθ)]=0.00V+(0.0592V/2)㏒[(0.10)2/1]=－0.0592V(4)OH-+H+→H2Oc/(mol·L-1)0.10.1刚好完全中和，所以c(H+)=1.0×10-7mol·L-1E(H+/H2)=0.00V+(0.0592V/2)㏒(1.0×10-7)2=－0.41V（5）加入的NaOAc与HCl刚好完全反应生成0.10mol·L-1的HOAcHOAc→H++OAc-平衡浓度c/(mol·L-1)0.10－xxx(HOAc)=x2/(0.10－x)=1.8×10-5x=0.0013mol·L-1E(H+/H2)=0.00V+(0.0592V/2)㏒(0.0013)2=－0.17V•12.己知半电池反应:Ag++e-→Ag,Eθ(Ag+/Ag)=+0.7991VAgBr(s)+e-→Ag+Br-Eθ(AgBr/Ag)=+0.0711V,试计算Kspθ(AgBr)。解：Eθ(AgBr/Ag)=E(Ag+/Ag)=Eθ(Ag+/Ag)+0.0592V×㏒{c(Ag+)}=Eθ(Ag+/Ag)+0.0592V×㏒Kθsp(AgBr)所以：0.0711V=0.7991V+0.0592V×㏒Kθsp(AgBr)Kθsp(AgBr)=5.04×10-13•13.今有氢电极（氢气压力为100kPa）。该电极所用的溶液由浓度均为1.0mol·L-1的弱酸(HA)及其钾盐(KA)所组成。若将此氢电极与另一电极组成原电池,测得其电动势为E=0.38V,并知氢电极为正极,另一电极的E=－0.65V。问该氢电极中溶液的pH值和弱酸(HA)的解离常数各为多少?解：E=E(H+/H2)－E(－)0.38V=E(H+/H2)－(－0.65V)故E(H+/H2)=－0.27VE(H+/H2)=Eθ(H+/H2)+(0.0592V/2)×㏒{(c(H+)/cθ)2/(p(H2)/pθ)}－0.27V=(0.0592V/2)×㏒(c(H+))2c(H+)=2.7×10-5mol·L-1pH=4.57故Kaθ(HA)={(c(H+)/cθ)(c(A-)/cθ)}/{c(HA)/cθ}=c(H+)/=2.7×10-5•15.在Ag+和Cu2+浓度分别为1.0×10-2mol·L-1和0.10mol·L-1的混合溶液中加入Fe粉,哪种金属离子先被还原?当第二种离子被还原时,第一种金属离子在溶液中的浓度是多少?解：E(Cu2+/Cu)=Eθ(Cu2+/Cu)+(0.0592V/2)×㏒{c(Cu2+)/cθ}=+0.340V+(0.0592V/2)×㏒(0.10)=+0.31VE(Ag+/Ag)=Eθ(Ag+/Ag)+0.0592V×㏒{c(Ag+)/cθ}=+0.7991V+0.0592V×㏒(1.0×10-2)=+0.681VEθ(Fe2+/Fe)=－0.44V{E(Ag+/Ag)－Eθ(Fe2+/Fe)}{E(Cu2+/Cu)－Eθ(Fe2+/Fe)}故Ag+先被Fe粉还原。当Cu2+要被还原时，需E(Ag+/Ag)=E(Cu2+/Cu)这时Eθ(Ag+/Ag)+0.0592V×㏒{c(Ag+)}=E(Cu2+/Cu)所以得：0.7991V+0.0592V×㏒{c(Ag+)}=0.31Vc(Ag+)=5.0×10-9mol·L-1即当Cu2+被还原时，Ag+在溶液中的浓度为5.0×10-9mol·L-1。•16.己知反应:2Ag++Zn→2Ag+Zn2+(1)开始时Ag+和Zn2+的浓度分别为0.10mol·L-1和0.30mol·L-1,求E(Ag+/Ag),E(Zn2+/Zn)及E值。(2)计算反应的Kθ,Eθ及△rGmθ。(3)求达平衡时溶液中剩余的Ag+的浓度。解：(1)E(Ag+/Ag)=Eθ(Ag+/Ag)+0.0592V×㏒{c(Ag+)/cθ}=+0.7991V+0.0592V×㏒(0.10)=+0.74VE(Zn2+/Zn)=Eθ(Zn2+/Zn)+(0.0592V/2)×㏒{c(Zn2+)/}=－0.7626V+(0.0592V/2)×㏒(0.30)=－0.78VE=E(Ag+/Ag)－E(Zn2+/Zn)=+0.74V－(－0.78)V=+1.5V(2)㏒Kθ=z’{Eθ(Ag+/Ag)-Eθ(Zn2+/Zn)}/0.0592V=2×[0.7991V－(－0.7626V)]/0.0592V=52.76Kθ=5.76×1052Eθ=Eθ(Ag+/Ag)－Eθ(Zn2+/Zn)=+0.7991V－(－0.7626V)=+1.5617V△rGmθ=－z’FEθ=－2×96485×1.5617V=－3.014×102kJ·mol-1(3)达平衡时c(Ag+)=xmol·L-12Ag++Zn→2Ag+Zn2+平衡浓度c/(mol·L-1)x0.30+1/2(0.10－x)Kθ=5.76×1052=x=2.5×10-27c(Ag+)=2.5×10-27mol·L-122()/{()/}cZnccAgc20.350.50xx17.已知锰的元素电势图:(1)求EAΘ(MnO42-/MnO2)和EAΘ(MnO2/Mn3+)的值；(2)指出图中哪些物质能发生歧化反应?(3)指出金属Mn溶于稀HCl或H2SO4中的产物是Mn2+还是Mn3+,为什么?MnO4-0.56MnO42-?MnO2?Mn3+1.5Mn2+-1.18Mn1.70