氧化还原反应习题及答案..

第五章氧化还原反应作业参考答案【第2题(P120)】用氧化数法或离子电子法配平下列方程式：(2)K2Cr2O7+H2S+H2SO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+S+H2O(7)MnO4-+H2O2+H+→Mn2++O2+H2O【解法一：氧化数法】①标出被氧化和被还原的元素原子的氧化数②确定氧化数增加或减少的数值（可采用“线桥”来表示）③乘以相应系数，使增、减氧化数相等(2)K2Cr2O7+H2S+H2SO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+S+H2OCr2(SO4)3+3K2Cr2O7++6+3-20H2S+H2SO4→K2SO4+S氧化数降低3×2氧化数升高23×3K2Cr2O7+3H2S+4H2SO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+3S+7H2O+H2O④配平反应前后氧化数未发生变化的原子数。＝(7)MnO4-+H2O2+H+→Mn2++O2+H2OMn2++5MnO4-++7+2-10H2O2+H+→O2氧化数降低5氧化数升高1×25×5+H2O×222①标出被氧化和被还原的元素原子的氧化数②确定氧化数增加或减少的数值（可采用“线桥”来表示）③乘以相应系数，使增、减氧化数相等④配平反应前后氧化数未发生变化的原子数。2MnO4-+5H2O2+2Mn2++5O26H+→＝+8H2O【解法二：离子电子法】(2)K2Cr2O7+H2S+H2SO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+S+H2O①将反应物和产物以离子形式写出:Cr2O72-+H2S+H+→Cr3++S+H2O②将氧化还原反应分为两个半反应，一个发生氧化反应，另一个发生还原反应：H2S→SCr2O72-+H+→Cr3++H2O③分别配平两个半反应：H2S-2e-→S+2H+Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O④确定两个半反应得、失电子数的最小公倍数，将两个半反应分别乘以相应系数，使其得、失电子数相等，再将两个半反应合并为一个配平的氧化还原反应的离子方程式，最后改写成化学方程式。Cr2O72-+3H2S+8H+=2Cr3++3S+7H2O3H2S-6e-→3S+6H+(2e-×3=6e-)Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O(6e-×1=6e-)+)K2Cr2O7+3H2S+4H2SO4=K2SO4+Cr2(SO4)3+3S+7H2O(7)MnO4-+H2O2+H+→Mn2++O2+H2O①将氧化还原反应分为两个半反应，一个发生氧化反应，另一个发生还原反应：H2O2→O2MnO4-+H+→Mn2++H2O②分别配平两个半反应：H2O2-2e-→O2+2H+MnO4-+8H++5e-→Mn2++4H2O④确定两个半反应的得、失电子数相等，再将两个半反应合并即可。5H2O2-10e-→5O2+10H+(2e-×5=10e-)2MnO4-+16H++10e-→2Mn2++8H2O(5e-×2=10e-)+)2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2+8H2O【第14题(P121)】对照电极电势表：(1)选择一种合适的氧化剂，它能使Sn2+变成Sn4+，Fe2+变成Fe3+，但不能使Cl-变成Cl2。(2)选择一种合适的还原剂，它能使Cu2+变成Cu，Ag+变成Ag，但不能使Fe2+变成Fe。【解】查表得P459附录十四得各电对的电极电势：电极电对φөSn4+/Sn2+φөFe3+/Fe2+φөCl2/Cl-电极电势/V0.1540.7711.36电极电对φөCu2+/CuφөAg+/AgφөFe2+/Fe电极电势/V0.3370.799-0.440(1)所选择的氧化剂，其相应的电极电势必须大于φөSn4+/Sn2+=0.154V和φөFe3+/Fe2+=0.771V，但必须小于φөCl2/Cl-=1.36V。根据P459附录十四可查得：φөNO3-/NO2=0.80V，φөNO3-/HNO2=0.94V，φөNO3-/NO=0.96V，φөHNO2/NO=1.00V，φөBr2/Br-=1.07V，φөClO4-/ClO3=1.19V，φөO2/H2O=1.229V，φөMnO2/Mn2+=1.23V，等。可见，HNO3、HNO2、Br2、HClO4、O2和MnO2等均能使Sn2+变成Sn4+，Fe2+变成Fe3+，但不能使Cl-变成Cl2。(2)所选择的还原剂，其相应的电极电势必须小于φөCu2+/Cu=0.337V和φөAg+/Ag=0.799V，但必须大于φөFe2+/Fe=-0.440V。根据P459附录十四可查得：φөSO42-/H2SO3=0.17V，φөSn4+/Sn2+=0.154V，φөS/H2S=0.141V，φөH+/H2=0.0000V，等。可见，H2SO3、Sn2+、H2S和H2等均能使Cu2+变成Cu，Ag+变成Ag，但不能使Fe2+变成Fe。【第16题(P121)】利用电极电势表，计算下列反应在298K时的△rGө：(1)Cl2+2Br-=2Cl-+Br2，(2)I2+Sn2+=2I-+Sn4+(3)MnO2+4H++2Cl-=Mn2++Cl2+2H2O【解】查P459附录十四得各电对的电极电势：电极电对φөSn4+/Sn2+φөBr2/Br-φөCl2/Cl-电极电势/V0.1541.071.36电极电对φөI2/I-φөMnO2/Mn2+电极电势/V0.53451.23(1)Cl2+2Br-=2Cl-+Br2正极反应：Cl2+2e-=2Cl-负极反应：2Br--2e-=Br2则原电池的电动势：Eө=φөCl2/Cl--φөBr2/Br-=1.36-1.07=0.29V△rGө=-z·F·Eө=-2×96500C·mol-1×0.29V=-55970J·mol-1=-55.97kJ·mol-10(2)I2+Sn2+=2I-+Sn4+正极反应：I2+2e-=2I-负极反应：Sn4+-2e-=Sn4+则原电池的电动势：Eө=φөI2/I--φөSn4+/Sn2+=0.5345-0.154=0.3805V△rGө=-z·F·Eө=-2×96500C·mol-1×0.3805V=-73437J·mol-1=-73.44kJ·mol-10(3)MnO2+4H++2Cl-=Mn2++Cl2+2H2O正极反应：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O负极反应：2Cl--2e-=Cl2则原电池的电动势：Eө=φөMnO2/Mn2+-φөCl2/Cl-=1.23-1.36=-0.13V△rGө=-z·F·Eө=-2×96500C·mol-1×(-0.13V)=25090J·mol-1=25.09kJ·mol-10【第19题(P122)】过量的铁屑置于0.050mol·L-1Cd2+溶液中，平衡后Cd2+的浓度是多少?【解】P459附录十四得：φөFe2+/Fe=-0.440V，φөCd2+/Cd=-0.403V根据题意，该氧化还原反应为：Cd2++Fe⇌Cd+Fe2+其正极反应为：Cd2++2e-⇌Cd负极反应为：Fe-2e-⇌Fe2+则原电池的电动势：Eө=φөCd2+/Cd-φөFe2+/Fe=-0.403V–(-0.440V)=0.037VlgKө=z·Eө/0.0592=2×0.037/0.0592=1.25Kө=17.783Cd2++Fe⇌Cd+Fe2+初始浓度/mol·L-10.0500平衡浓度/mol·L-10.050-xxKө=[Fe2+][Cd2+]=x0.050-x=17.783解之得：x=4.73×10-2mol·L-1则：平衡后Cd2+的浓度为0.050-4.73×10-2=2.7×10-3mol·L-1【第21题(P122)】如果下列原电池的电动势为0.500V(298K)：Pt,H2(100kPa)|H+(?mol·L-1)‖Cu2+(1.0mol·L-1)|Cu则溶液的H+浓度应是多少?【解】P459附录十四得：φөCu2+/Cu=0.337V，φөH+/H2=0.0000V根据题意，该原电池的电动势：Eө=φөCu2+/Cu-φH+/H2=0.337V-φH+/H2=0.500V则：φH+/H2=-0.163V对于电极反应2H++2e-⇌H2，根据能斯特方程有：φH+/H2=φөH+/H2-0.05922lgpH2/pөc2H+=0.0000-0.05922lg1c2H+=-0.163V解之得：cH+=1.76×10-3mol·L-1即：溶液的H+浓度应是1.76×10-3mol·L-1。【第23题(P122)】已知φөAg+/Ag=0.799V，Kspө(AgBr)=7.7×10-13。求下列电极反应的φө：AgBr+e-⇌Ag+Br-AgBr⇌Ag++Br-，Kspө=[Ag+][Br-]=7.7×10-13【解】当[Br-]=1.0mol·L-1时而Ag++e-⇌AgφөAg+/Ag＝0.799V∴φөAgBr/Ag=φөAg+/Ag-0.0592lg(1/Kspө)=0.799-0.0592lg(7.7×10-13)-1=0.082V[Ag+]=Kspө/[Br-]=Kspө相当于非标准状态时的φAg+/Ag，此时cAg+与cBr–有关。【第24题(P122)】某根据电极电势解释下列现象：(1)金属铁能置换Cu2+，而Fe3+溶液又能溶解铜。(2)H2S溶液久置会变混浊。(3)H2O2溶液不稳定，易分解。(4)分别用NaNO3溶液和稀H2SO4溶液均不能把Fe2+氧化，但两者混合后就可将Fe2+氧化。(5)Ag不能置换1mol·L-1HCl中的氢，但可置换1mol·L-1HI中的氢。【解释】根据对角线关系，将各标准电极电势φө按由小到大排列后，电势表左下方的物质能和右上方的物质发生反应。(1)金属铁能置换Cu2+，而Fe3+溶液又能溶解铜。反应方向：Cu2++Fe＝Cu+Fe2+(金属铁置换Cu2+)2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+(Fe3+溶液溶解铜)Fe2++2e-＝FeφөFe2+/Fe=-0.440VCu2++2e-＝CuφөCu2+/Cu=0.337VFe3++e-＝Fe2+φөFe3+/Fe2+=0.771V【解释】根据对角线关系，将各标准电极电势φө按由小到大排列后，电势表左下方的物质能和右上方的物质发生反应。(2)H2S溶液久置会变混浊。S+2H++2e-＝H2SφөS/H2S=0.141VO2+4H++4e-＝2H2OφөO2/H2O=1.229V反应方向：O2+2H2S＝2H2O+2S↓（白色沉淀）因此，H2S溶液久置会被空气中的O2所氧化，生成白色的S沉淀而变混浊。(3)H2O2溶液不稳定，易分解。【解释】氧元素的电势图（酸性溶液）如下：③1.229O2H2O2H2O①0.682②1.77由氧元素电势图可知，对于H2O2而言，其φө右=1.77Vφө左=0.682V，所以H2O2会发生岐化反应：2H2O2⇌O2+2H2O。也就是说，H2O2溶液不稳定，易分解成O2和2H2O。(4)分别用NaNO3溶液和稀H2SO4溶液均不能把Fe2+氧化，但两者混合后就可将Fe2+氧化。【解释】各标准电极电势φө如下：SO42-+4H++2e-＝H2SO3+H2OφөSO42-/H2SO3=0.17VFe3++e-＝Fe2+φөFe3+/Fe2+=0.771VNO3-+4H++3e-＝NO+2H2OφөNO3-/NO=0.96V由此可见，H2SO4与Fe2+之间并不符合对角线关系，且二者的电极电势相差较大，因此，稀H2SO4溶液不能把Fe2+氧化。此外，φөNO3-/NO=0.96VφөFe3+/Fe2+=0.771V，即HNO3与Fe2+之间符合对角线关系。虽然如此，在中性条件下φNO3-/NO=0.407VφөFe3+/Fe2+=0.771V，故也不能将Fe2+氧化。但在酸性条件下，将NaNO3溶液与稀H2SO4溶液混合后，就可将Fe2+氧化。φNO3-/NO=φөNO3-/NO-0.05923lgpNO/pөcNO3-·c