无机及分析化学第六章答案.docx
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无机及分析化学第六章答案
无机及分析化学第六章答案
第六章氧化还原平衡及氧化还原滴定法习题
1.下列物质中元素的氧化数。
(1)CrO42-中的Cr
(2)MnO42-中的Mn
(3)Na2O2中的O(4)H2C2O4·2H2O中的C
解答:
(1) Cr:
+6;
(2) Mn:
+6;(3) O:
-1;(4) C:
+3
2.下列反应中,哪些元素的氧化数发生了变化?
并标出氧化数的变化情况。
(1)Cl2+H2O=HClO+HCl
(2)Cl2+H2O2=2HCl+O2
(3)Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+2H2O
(4)K2Cr2O7+6KI+14HCl=2CrCl3+3I2+7H2O+8KCl
解答:
(1)Cl:
from0to +1 and -1
(2)Cl:
from0 to-1;O:
from-1to0
(3)Cu:
from0to+2;S:
from+6to+4
(4)Cr:
from+6to+3;I:
from-1to0
3.用离子电子法配平下列在碱性介质中的反应式。
(1)Br2+OH-→BrO3-+Br-
(2)Zn+ClO-→Zn(OH)42-+Cl-
(3)MnO4-+SO32-→MnO42-+SO42-
(4)H2O2+Cr(OH)4-→CrO42-+H2O
解答:
(1)Br2+12OH-=2BrO3-+6H2O+10e
(2e+Br2=2Br-)×5
6Br2+12OH-=2BrO3-+6H2O+10Br-
(2)Zn+4OH-=Zn(OH)42-+2e
H2O+ClO-+2e=2OH-+Cl-
Zn+H2O+2OH-+ClO-=Zn(OH)42-+Cl-
(3)(MnO4-+e=MnO42-)×2
2OH-+SO32-=H2O+SO42-+2e
2MnO4-+2OH-+SO32-=2MnO42-+H2O+SO42-
(4)(H2O2+2e=2OH-)×3
(4OH-+Cr(OH)4-=CrO42-+4H2O+3e)×2
3H2O2+2OH-+2Cr(OH)4-=2CrO42-+8H2O
4.用离子电子法配平下列在酸性介质中的反应式。
(1)S2O82-+Mn2+→MnO4-+SO42-
(2)PbO2+HCl→PbCl2+Cl2+H2O
(3)Cr2O72-+Fe2+→Cr3++Fe3+
(4)I2+H2S→I-+S
解答:
(1)(S2O82-+2e=2SO42-)×5
(4H2O+Mn2+=MnO4-+8H++5e)×2
5S2O82-+8H2O+2Mn2+=2MnO4-+16H++10SO42-
(2)PbO2+4H++2e=Pb2++2H2O
2Cl-=Cl2+2e
PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2O
(3)Cr2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2O
(Fe2+=Fe3++e)×6
Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3++7H2O+6Fe3+
(4)I2+2e=2I-
H2S=S+2H++2e
I2+H2S=2I-+S+2H+
5. Diagramgalvaniccellsthathavethefollowingnetreactions.
(1)Fe+Cu2+=Fe2++Cu
(2)Ni+Pb2+=Ni2++Pb
(3)Cu+2Ag+=Cu2++2Ag(4)Sn+2H+=Sn2++H2
解答:
(1).(-)Fe|Fe2+(c1)‖Cu2+(c2)|Cu(+)
(2).(-)Ni|Ni2+(c1)‖Pb2+(c2)|Pb(+)
(3).(-)Cu|Cu2+(c1)‖Ag+(c2)|Ag(+)
(4).(-)Sn|Sn2+(c1)‖H+(c2)|H2,Pd(+)
6.下列物质在一定条件下都可以作为氧化剂:
KMnO4、K2Cr2O7、CuCl2、FeCl3、H2O2、I2、Br2、F2、PbO2试根据标准电极电势的数据,把它们按氧化能力的大小排列成顺序,并写出它们在酸性介质中的还原产物。
解答:
氧化能力由大到小排列如下:
解答:
(3)KMnO4、(5)K2Cr2O7、(9)CuCl2、(7)FeCl3、
(2)H2O2、(8)I2、(6)Br2、
(1)F2、(4)PbO2
在酸性介质中的还原产物依次如下:
Mn2+、Cr3+、Cu、Fe2+、H2O、I-、Br-、F-、Pb2+
7..Calculatethepotentialofacellmadewithastandardbromineelectrodeastheanodeandastandardchlorineelectrodeasthecathode.
解答:
已知φCl2/Cl-=1.358V;φBr2(l)/Br-=1.087V
则电动势E=φ(+)-φ(-)=1.358-1.087=0.271(V)
8.Calculatethepotentialofacellbasedonthefollowingreactionsatstandardconditions.
(1)2H2S+H2SO3→3S+3H2O
(2)2Br-+2Fe3+→Br2+2Fe2+
(3)Zn+Fe2+→Fe+Zn2+
(4)2MnO4-+5H2O2+6HCl→2MnCl2+2KCl+8H2O+5O2
解答:
(1)0.308V
(2)-0.316V (3)0.323V (4)0.828V
9.已知MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O ϕ=1.507V
Fe3++e=Fe2+ϕ=0.771V
(1)判断下列反应的方向
MnO4-+5Fe2++8H+→Mn2++4H2O+5Fe3+
(2)将这两个半电池组成原电池,用电池符号表示该原电池的组成,标明电池的正、负极,并计算其标准电动势。
(3)当氢离子浓度为10mol·L-1,其它各离子浓度均为1mol·L-1时,计算该电池的电动势。
解答:
(1)MnO4-+5Fe2++8H+→Mn2++4H2O+5Fe3+
正向进行
(2)(-)Pt|Fe3+(c1),Fe2+(c2)‖MnO4-(c3),Mn2+(c4)|Pt(+)
E=1.507-0.771=0.736V
(3)E=[1.507+(0.0592/5)lg108]-0.771=1.602-0.771=0.831V
10.已知下列电池Zn|Zn2+(xmol·L-1)‖Ag+(0.1mol·L-1)|Ag的电动势E=1.51V
求Zn2+离子的浓度。
解答:
E=ϕ+-ϕ-=(ϕAg+/Ag+0.0592lgcAg+)-(ϕZn2+/Zn+
lgcZn2+)=1.51mol·L
(0.799+0.0592lg0.1)-(-0.763+
lgcZn2+)=1.51mol·L
∴c(Zn2+)=0.58mol·L-1
11.当HAc浓度为0.10mol·L-1,p(H2)=100kPa,测得E(HAc/H2)=-0.17v.求溶液中H+的浓度和HAc的解离常数Ka
解:
由题意得,E(HAc/H2)=E(HAc/H2)+0.059lg[H+]2/p(H2)/p
=0.059lg[H+]=-0.17V
可得[H+]=1.31×10-3mol·L-1
HAc的解离常数Ka=([H+])2/(c-[H+])=1.74×10-5
12.在标准状况下,MnO2和HCl反应能否制得Cl2?
如果改用12mol·L-1的浓盐酸呢(设其他物质仍处于标准态)?
解:
由题意得,正极反应:
MnO2+2e+4H+→Mn2++2H2O
负极反应:
4HCl(浓)→Cl2+2Cl-+4H++2e
标准状况下E=EMnO2/Mn2+-ECl2/Cl-=1.23v-1.358v=-0.128v<0,故此时不能制得Cl2。
改用12mol·L-1的浓盐酸时,
E=[EMnO2/Mn2+-0.0592/2lg(1/[H+]4)]-(ECl2/Cl--0.0592/2lg[H+]4[Cl-]2
=(1.23+0.0592/2×4×1.08)-(1.358-0.0592/2×6×1.08)>0
说明改用12mol·L-1的浓盐酸时能制得氢气
13.为了测定PbSO4的溶度积,设计了下列原电池
(-)Pb|PbSO4,SO42-(1.0mol·L-1)‖Sn2+(1.0mol·L-1)|Sn(+)
在25C时测得电池电动势E=0.22V,求PbSO4溶度积常数Ksp。
解答:
∵ϕ正=-0.136v0.22=-0.136-ϕ负
∴ϕ负=-0.356V
∵[Pb2+][SO42+]=Ksp
∴-0.356=-0.126+
lg[Pb2+]
=0.126+
lg
∴Ksp=1.7
10-8
14.利用下述电池可以测定溶液中Cl-的浓度,当用这种方法测定某地下水Cl-含量时,测得电池的电动势为0.280v,求某地下水中Cl-的含量
(-)Hg(s)|Hg2Cl2(l)|KCl(饱和)‖Cl-(c)|AgCl(s)|Ag(s)(+)
解:
由题意得:
EAgCl(s)|Ag(s)=EAg+|Ag(s)+0.059lg[AgCl]/[Ag][Cl-1]
=0.799-0.059lg[Cl-1]
查表得EHg(s)|Hg2Cl2(l)|KCl(饱和)=0.25v
故电池的电动势为E=E+-E-=(0.799-0.059lg[Cl-1])-0.25=0.280V
0.059lg[Cl-1]=0.269
故[Cl-1]=3.63×104mol·L-1
15.根据标准电极电势计算298K时下列电池的电动势及电池反应的平衡常数
(1)(-)Pb(s)|Pb2+(0.1mol·L-1)‖Cu2+(0.5mol·L-1)|Cu(s)(+)
(2)(-)Sn(s)|Sn2+(0.05mol·L-1)‖H+(1.0mol·L-1)|H2(105Pa),Pt(s)(+)
(3)(-)Pt,H2(105Pa)|H+(1mol·L-1)‖Sn4+(0.5mol·L-1),Sn2+(0.1mol·L-1)|Pt(+)
(4)(-)Pt,H2(105Pa)|H+(0.01mol·L-1)‖H+(1.0mol·L-1)|H2(105Pa),Pt(+)
解答:
(1)ϕ负=-0.126+
lg0.1=-0.156
ϕ正=0.337+
lg0.5=0.328
E=0.328-(-0.156)=0.484
E=0.337+0.126=0.463
lgK=
∴K=4.38×10-15
(2)ϕ正=0
ϕ负=-0.136+
lg0.05=0.175
∴E=0.175
lgK=
∴K=3.93×104
(3)ϕ负=0
ϕ正=0.151+
lg
=0.175
∴E=0.172
lgK=
∴K=1.59×105
(4)ϕ正=0
ϕ负=0+
lg
=-0.1184
∴E=0.1184
K=1
16.下列三个反应:
(1)A+B+=A++B
(2)A+B2+=A2++B
(3)A+B3+=A3++B
的平衡常数值相同,判断下述那一和说法正确?
(a)反应
(1)的值ϕ最大而反应(3)的值ϕ最小;
(b)反应(3)的ϕ值最大;
(c)不明确A和B性质的条件下无法比较ϕ值的大小;
(d)三个反应的ϕ值相同。
答:
C
17.试根据下列元素电势图:
ϕA/V
回答Cu+、Ag+、Au+、Fe2+等离子哪些能发生歧化反应。
解答:
Cu+、Au+能发生歧化。
18.计算在1mol·L-1溶液中用Fe3+滴定Sn2+的电势突跃范围。
在此滴定中应选用什么指示剂?
若用所选指示剂,滴定终点是否和化学计量点符合?
解答:
ϕSn4+/Sn2+=0.154V ϕFe3+/Fe2+=0.771V
突跃范围:
(0.154+3×
=)0.2428V~(0.771—3×
=)0.5934V
选次甲基蓝;符合,ϕsp=
=0.36V
19.将含有BaCl2的试样溶解后加入K2CrO4使之生成BaCrO4沉淀,过滤洗涤后将沉淀溶于HCl再加入过量的KI并用Na2S2O3溶液滴定析出的I2,若试样为0.4392g,滴定时耗去0.1007mol·L-1Na2S2O329.61mL标准溶液,计算试样中BaCl2的质量分数。
解答:
Ba2++CrO42-=BaCrO4 2CrO42-+6I-+16H+=2Cr3++8H2O+3I2
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI
∴Ba2+~CrO42-~3/2I2~3S2O32-nBa2+=1/3nS2O32-
BaCl2%=
=47.14%
20.用KMnO4法测定硅酸盐样品中的Ca2+含量,称取试样0.5863g,在一定条件下,将钙沉淀为CaC2O4,过滤、洗涤沉淀,将洗净的CaC2O4溶解于稀H2SO4中,用0.05052mol·L1KMnO4的标准溶液滴定,消耗25.64mL,计算硅酸盐中Ca的质量分数。
解答:
5Ca2+~5C2O42-~2MnO4-
n(Ca2+)=
n(MnO4-)
∴n(Ca2+)=0.003238mol
Ca2+%=
21.大桥钢梁的衬漆用红丹(Pb3O4)作填料,称取0.1000g红丹加HCl处理成溶液后再加入K2CrO4,使定量沉淀为PbCrO4:
Pb2++CrO42-==PbCrO4
将沉淀过滤、洗涤后溶于酸并加入过量的KI,析出I2以淀粉作指示剂用0.1000mol·L-1Na2S2O3溶液滴定用去12.00mL,求试样中Pb3O4的质量分数。
解答:
2Cr2-+6I-+16H+=2Cr3++8H2O+3I2
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI
Pb3O4~3PbCrO4~3CrO42-~9/2I2~9Na2S2O3
n(Pb3O4)=1/9n(Na2S2O3)
∴Pb3O4%=
22.抗坏血酸(摩尔质量为176.1g·mol1)是一个还原剂,它的半反应为:
C6H6O6+2H++2e===C6H8O6
它能被I2氧化。
如果10.00mL柠檬水果汁样品用HAC酸化,并加入20.00mL0.02500mol·L-1I2溶液,待反应完全后,过量的I2用10.00mL0.0100mol·L-1Na2S2O3滴定,计算每毫升柠檬水果汁中抗坏血酸的质量。
解答:
C6H6O6~I2~2Na2S2O3n(C6H6O6)=n(I2)=1/2n(Na2S2O3)
∴W=
23.已知Hg2Cl2(s)+2e=2Hg(l)+2Cl-ϕ=0.28V
Hg22++2e=2Hg(l)ϕ=0.80V
求:
Ksp(Hg2Cl2)(提示:
Hg2Cl2(s)=Hg22++2Cl-)
解答:
Hg2Cl2(s)+2e=2Hg(l)+2Cl-
Hg22++2e=2Hg(l)
将上述两方程式相减得:
Hg2Cl2(s)=Hg22++2Cl-E=-0.52V
此反应的平衡常数K,即是的Hg2Cl2(s)Ksp,因此:
lgK=lgKsp=
=-17.56 K=10-17.56
Ksp(Hg2Cl2)=K=10-17.56
24.已知下列标准电极电势
Cu2++2e=Cuϕ=0.34V
Cu2++e=Cu+ϕ=0.158V
(1).计算反应Cu+Cu2+=2Cu+的平衡常数。
(2)已知Ksp(CuCl)=1.2×10-6,试计算下面反应的平衡常数。
Cu+Cu2++2Cl-==2CuCl↓
解答:
(1)Cu2++2e=Cu
Cu2++e=Cu+
Cu2+0.158Cu+ϕCu
0.34
=0.34
∴ϕ=0.522V
lgK=
∴K=7.1×10-7
(2)对负极:
CuCl+e=Cu+Cl-
Ksp=[Cu+][Cl-]
ϕCuCl/Cu=0.522+
lg[Cu+]
=0.522+0.0592lg
因为[Cl-]=1mol/L
ϕCuCl/Cu=0.522+0.592lg1.2×10-6
=0.171V
对正极:
Cu2++e+Cl-==CuCl↓
ϕCu2+/Cucl=ϕCu2+/Cu=ϕCu2+/Cucl+0.0592lg(Cu2+/Cu+)=0.158+0.0592lg(1/Ksp(CuCl))=0.158+0.0592lg(1/1.2×10-6)=0.504V
∴lgK=
=5.63
∴K=4.22×105
25.吸取50.00mL含有的IO3-和IO4-试液,用硼砂调溶液pH,并用过量KI处理,使IO4-转变为IO3-,同时形成的I2用去18.40mL0.1000mol·L-1Na2S2O3溶液。
另取10.00mL试液,用强酸酸化后,加入过量KI,需同浓度的Na2S2O3溶液完成滴定,用去48.70mL。
计算试液中IO3-和IO4-的浓度。
.解答:
IO4-+2I-+2H+=IO3-+I2+H2O,IO4-~I2~2Na2S2O3,n(IO4-)=1/2n(Na2S2O3)
C(IO4-)=
=0.01840mol/L
强酸酸化以后:
7I-+8H+=4I2+4H2O,IO4-~4I2~8Na2S2O3,n(IO4-)=1/8n(Na2S2O3)
IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O,IO3-~3I2~6Na2S2O3,n(IO3-)=1/6n(Na2S2O3)
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+NaI,
设滴定IO4-所消耗的Na2S2O3的体积数为V1ml,滴定IO3-为V2ml
则0.0184×10=1/8×0.100V1
V1=14.72ml
V2=48.70-14.72=33.98ml
10.00×C(IO4-)=1/6×0.1000×33.98
∴C(IO4-)=0.05663mol/L
26.测定铜含量的分析方法为间接碘量法:
2Cu2++4H+=2CuI+I2
I2+2S2O32-=2I-+S4O62-
用此法分析铜矿样中的铜的含量,~为了使1.00mL0.1050mol·L-1Na2S2O3标准溶液能准确滴定1.00﹪的Cu,应称取铜矿样多少克?
解:
由题意得:
Cu2+~S2O32-
n(Cu2+)=n(S2O32-)=0.1050mol·L-1×1.00×10-3L=1.05×10-4mol
故m(Cu2+)=n(Cu2+)×M(Cu2+)=1.05×10-4mol×63.5g·mol-1=6.6675×10-3g
故应称取铜矿样:
m(Cu2+)/1.00﹪=0.66675g
27.Calculatethestandardfreeenergychangeat25℃forthereaction
Cd(s)+Pb2+(aq)→Cd2+(aq)+Pb(s)
.解答:
Cd(s)+Pb2+(aq)→Cd2+(aq)+Pb(s)
ϕCd2+/Cd=-0.403Vϕpb2+/pb=-0.126V
∴E=-0.126-(-0.403)=0.277V
ΔG=-nFE=2×96500×0.277=-53461J·mol=-53.461KJ·mol
28.Calculatethepotentialat25℃forthecell
Cd∣Cd2+(2.00mol·L)‖Pb2+(0.0010mol·L)∣Pb
Thecellreactionandstandardstatepotentialofthecellweredeterminedinexercise7-25.
解答:
ϕ正=-0.126+
lg0.001=-0.2148V
ϕ负=-0.403+
lg2.00=-0.394V
∴E=-0.2148-(-0.394)=0.179V