氧化还原反应

第5章氧化还原反应【5-1】指出下列物质中划线原子的氧化数：（1）Cr2O72-（2）N2O（3）NH3（4）HN3（5）S8（6）S2O32-解：（1）Cr:+6;（2）N:+1;（3）N:－3;（4）N:－1/3;（5）S:0;（6）S:+6【5-2】用氧化数法或离子电子法配平下列方程式：（1）233234AsO+HNO+HOHAsO+NO（2）227224242432KCrO+HS+HSOKSO+CrSO+()S+HO（3）232KOH+BrKBrO+KBr+HO（4）24242KMnO+HOKMnO+MnO+KOH（5）332432()Zn+HNOZnNO+NHNO+HO（6）2223I+Cl+HOHCl+HIO（7）-+2+42222MnO+HO+HMn+O+HO（8）-2--2-2-43442MnO+SO+OHMnO+SO+HO解：（1）2332343AsO+4HNO+7HO=6HAsO+4NO（2）227224242432KCrO+3HS+4HSO=KSO+CrSO+3)S+7H(O（3）2326KOH+3Br=KBrO+5KBr+3HO（4）242423KMnO+2HO=2KMnO+MnO+4KOH（5）3324324Zn+10HNO=4ZnNO()+NHNO+3HO（6）2223I+5Cl+6HO=10HCl+2HIO（7）-+2+422227MnO+5HO+6H=2Mn+5O+8HO（8）-2--2-2-434422MnO+SO+2OH=2MnO+SO+HO【5-3】写出下列电极反应的离子电子式：（1）Cr2O72-→Cr3+（酸性介质）（2）I2→IO3-（酸性介质）（3）MnO2→Mn(OH)2（碱性介质）（4）Cl2→ClO3-（碱性介质）解：（1）Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O（2）I2+6H2O→2IO3-+12H++10e-（3）MnO2+2H2O+2e-→Mn(OH)2↓+2OH-（4）Cl2+12OH-→2ClO3-+6H2O+10e-【5-4】下列物质：KMnO4,K2Cr2O7,CuCl2,FeCl3,I2和Cl2，在酸性介质中它们都能作为氧化剂。试把这些物质按氧化能力的大小排列，并注明它们的还原产物。解：在酸性介质中，KMnO4,K2Cr2O7,CuCl2,FeCl3,I2和Cl2，作为氧化剂,其还原产物分别为(离子)：Mn2+，Cr3+,Cu，Fe2+，I-，Cl-，θ值越大，氧化能力越强，依据电极电势表，F2+2e=2F－=2.87VMnO4－+8H＋+5e=Mn2＋+4H2O=1.51VCl2+2e=2Cl－=1.36VCr2O72－+14H＋+6e=2Cr3＋+7H2O=1.33VBr2+2e=2Br－=1.065VFe3＋+e=Fe2＋=0.771VI2+2e=2I－=0.5345VCu2＋+2e=Cu=0.337V得氧化能力从大到小依次排列为F2MnO4-Cl2Cr2O72-Br2(aq)Fe3+I2Cu2+。【5-5】下列物质：FeCl2，SnCl2，H2，KI，Li，Mg，Al，在酸性介质中它们都能作为还原剂。试把这些物质按还原能力的大小排列，并注明它们的氧化产物。解：θ值越小，还原本领越强。在酸性介质中，Fe2+，Sn2+，H2，I-，Li，Mg，Al分别被氧化为Fe3+，Sn4+，H+，I2，Li+，Mg2+，Al3+，依据电极电势，Li=Li＋+e=－3.045VMg=Mg2＋+2e=－2.37VAl=Al3＋+3e=－1.66VH2=2H＋+2e=0.00VSn2＋=Sn4＋+2e=0.154V2I－=I2+2e=0.5345VFe2＋=Fe3＋+e=0.771V得还原能力从大到小依次排列为LiMgAlH2Sn2+I-Fe2+。【5-6】当溶液中c（H+）增加时，下列氧化剂的氧化能力是增强、减弱还是不变？（1）Cl2（2）Cr2O72－（3）Fe3+（4）MnO4-解：（1）Cl2+2e=2Cl－，电极反应中无H＋参与，H＋浓度增加时，氧化能力不变。（2）Cr2O72－+14H＋+6e=2Cr3＋+7H2O，H＋浓度增加时，氧化能力增强。（3）Fe3＋+e=Fe2＋，H＋浓度增加时，氧化能力不变。（4）MnO4－+8H＋+5e=Mn2＋+4H2O，H＋浓度增加时，氧化能力增强。【5-7】计算下列电极在298K时的电极电势：（1）Pt│H+(1.0×10-2mol/L)，Mn2+(1.0×10-4mol/L)，MnO4-(0.10mol/L)（2）Ag，AgCl(s)│Cl-(1.0×10-2mol/L)提示：电极反应为AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-（3）Pt，O2(10.0kPa)│OH-(1.0×10-2mol/L)解：（1）MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O22448θ42MnO/MnMnO/Mn[MnO][H]0.0592lg1.36V5[Mn]（2）θAgCl/AgAgCl/Ag10.0592lg0.341V[Cl]（3）O2+4e-+2H2O=4OH-222θOθ4O/OHO/OH/0.0592lg0.505V4[OH]pp【5-8】写出下列原电池的电极反应式和电池反应式，并计算各原电池的电动势（298K）：（1）Fe│Fe2+(1.0mol/L)║Cl-(1.0mol/L)│Cl2(100kPa)，Pt（2）Pt│Fe2+(1.0mol/L)，Fe3+(1.0mol/L)║Ce4+(1.0mol/L)，Ce3+(1.0mol/L)│Pt（3）Pt，H2(100kPa)│H+(1.0mol/L)║Cr2O72－(1.0mol/L)，Cr3+(1.0mol/L)，H+(1.0×10-2mol/L)│Pt（4）Pt│Fe2+(1.0mol/L)，Fe3+(1.0mol/L)║NO3-(1.0mol/L)，HNO2(0.020mol/L)，H+(1.0×10-2mol/L)│Pt解：（1）Cl2(g)+Fe=Fe2++2Cl-Fe2++2e-=Fe2Fe/Fe0.05920.0440lg1.00.440V2Cl2+2e-=2Cl-2Cl/Cl0.0592100/1001.36lg1.36V21.0E=1.36-(-0.440)=1.80V（2）Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+Ce4++e-=Ce3+43Ce/Ce1.01.610.0592lg1.61V1.0Fe3++e-=Fe2+32Fe/Fe1.00.7710.0592lg0.771V1.0E=1.61-0.771=0.84V（3）负极反应：2H++2e=H2正极反应：Cr2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2O电池反应：Cr2O72-+3H2+8H+=2Cr3++7H2O电动势：2-3142720.0592(CrOCr)(HH)(1.33lg0.010)0.001.05V6EEE（4）负极反应：Fe3++e=Fe2+正极反应：NO3-+3H++2e=HNO2+H2O电池反应：NO3-+2Fe2++3H+=HNO2+2Fe3++H2O电动势：32(FeFe)0.7710.0592lg0.100.712VE-320.0592(NOHNO)0.94lg0.0101.00V2E1.000.7120.29VE【5-9】根据标准电极电势，判断下列各反应能否进行？（1）Zn+Pb2+→Pt+Zn2+（2）2Fe3++Cu→Cu2++2Fe2+（3）I2+2Fe2+→2Fe3++2I-（4）Zn+OH-→Zn(OH)42-+H2解：两强处于左下—右上对角线位置，反应能正向进行。（2）两强处于左下—右上对角线位置，反应能正向进行。（3）反应物处于右下—左上位置，反应不能正向进行。（4）【5-10】应用电极电势表，完成并配平下列方程式：（1）H2O2+Fe2++H+→（2）I-+IO3-+H+→（3）MnO4-+Br-+H+→解：（1）H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O（2）5I-+IO3-+6H+=3I2+3H2O（3）2MnO4-+10Br-+16H+=2Mn2++5Br2+8H2O【5-11】应用电极电势表，判断下列反应中哪些能进行？若能进行，写出反应式。（1）Cd+HCl（2）Ag+Cu(NO3)2（3）Cu+Hg(NO3)2（4）H2SO3+O2解：（1）Cd+HCl=CdCl2+H2E=0－(－0.403)=0.403V0,能进行。（2）2Ag+Cu(NO3)2=2AgNO3+CuE=0.337－0.799=－0.462V0,不能进行。（3）Cu+Hg(NO3)2=Cu(NO3)2+HgE=0.8565－0.337=0.52V0,能进行。（4）2H2SO3+O2=2H2SO4E=1.229－0.17=1.059V0,能进行。【5-12】试分别判断MnO4-在pH=0和pH=4时能否把Cl-氧化成Cl2（设除H+外其他物质均处于标准态）？解：查表，得【5-13】先查出下列电极反应的φθ：假设有关物质都处于标准状态，试回答：（1）上述物质中，哪一个是最强的还原剂？哪一个是最强的氧化剂？（2）上了物质中，哪些可把Fe2+还原成Fe？（3）上列物质中，哪些可把Ag氧化成Ag+？解：查表，得（1）Fe是最强的还原剂。Ce4+是最强的氧化剂。（2）以上物质都不能把Fe2+还原成Fe。（3）MnO4-和Ce4+可把Ag氧化成Ag+。【5-14】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+，而不能使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，而不能使Fe2+变成Fe。解：查表，得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。【5-15】某原电池由标准银电极和标准氯电极组成。如果分别进行如下操作，试判断电池电动势如何变化？并说明原因。（1）在氯电极一方增大Cl2分压；（2）在氯电极溶液中加入一些KCl；（3）在银电极溶液中加入一些KCl；（4）加水稀释，使两电极溶液的体积各增大一倍。解：查表，得：。原电池的电池符号为：（1）在氯电极一方增大Cl2分压，根据能斯特方程，氯电极的电极电势升高。因