工科化学与实验金继红第5章习题及思考题答案.docx
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工科化学与实验金继红第5章习题及思考题答案
工科化学与实验（金继红）第5章-习题及思考题答案
思考题
1.氧化还原反应的特征是什么？
什么是氧化剂和还原剂？
什么是氧化反应和还原反应？
氧化还原反应的特征是有电子的转移或偏移。
在氧化还原的过程中，得电子的物质为氧化剂，失电子的物质为还原剂。
氧化数升高的过程称为氧化，氧化数降低的过程称为还原。
2.如何用离子-电子法配平氧化还原方程式？
配平原则：
（1）反应过程中氧化剂所夺得的电子数必须等于还原剂失去的电子数。
（2）反应前后各元素的原子总数相等。
配平步骤：
将反应式改写成两个半反应式，先将两个半反应式配平，然后将这些反应加合起来，消去电子而完成。
3.什么是氧化还原电对？
同一元素原子的氧化型物质及对应的还原型物质称为氧化还原电对。
氧化还原电对通常写成:
氧化型/还原型（O某/Red）,如:
Cu/Cu;Zn/Zn
4.如何用图式表示原电池？
为简单起见，通常用符号表示原电池。
图式中“∣”表示相界面；“‖”表示盐桥；（—）和（+）分别表示原电池的负极和正极。
一般进行氧化反应的负极写在左边，进行还原反应的正极写在右边。
要注明电池反应的温度和压力，如不写明，一般是指在298.15K和标准压力下。
对气体要注明压力，对溶液要注明浓度，当溶液浓度为1mol/L时可以不写。
当电极无金属导体时，需要增加只起导电作用而不参加反应的惰性电极Pt或C；若参加电极反应的物质中有纯气体，液体或固体时，则应写在惰性导体的一边。
5.原电池的两个电极符号是如何规定的？
如何计算电池的电动势？
（—）和（+）分别表示原电池的负极和正极。
2+
2+
电池电动势E=E+-E-
E+和E-分别代表正，负极的电极电势。
6.电对的电极电势值是否与电极反应式的写法有关？
电对的电极电势值是强度性质,与电极反应式的写法无关。
7.原电池的电动势与离子浓度的关系是什么？
从能斯特方程中可反映出影响电极电势的因素有哪些？
原电池的电动势与正极和负极的电极电势有关，等于两者之差。
而电极电势与离子浓度之间的关系，可由能斯特方程表达。
E（O某/Red）RT[c（Red）/c]hE（O某/Red）lnzF[c（O某）/c]g从能斯特方程可以看到影响电极电势的因素有温度，转移电子数，还原态物质和氧化态物质的浓度，以及电极反应式中氧化态物质的化学计量数g，以及还原态物质的计量数h
8.判断氧化还原反应方向的原则是什么？
试举例说明。
判断氧化还原反应进行的方向，只要氧化剂电对的电极电势大于还原剂电对的电极电势E+>E-,即电动势E>0时，该氧化还原反应可自发进行。
9.E不是
10.电极电势的应用有哪些？
举例说明。
电极电势的应用有：
1）判断氧化剂和还原剂的强弱。
2）判断氧化还原反应进行的方向。
3）判断氧化还原反应进行的程度。
4）计算原电池的电动势等。
11.什么是元素电势图？
有何主要用途？
大多数非金属元素和过渡元素可以存在几种氧化态，各氧化态之间都有相应的标准电极电势。
拉特默建议把同一元素不同氧化数的物质所对应电对的标准电极电
RTlnK，E是不是电池反应达到平衡时的电动势？
nF势，从左到右按氧化数由高到低排列起来，每两者之间用一条短线连接，并将相应电对的标准电极电势写在短线上。
这种表明元素各氧化数物质之间标准电极电势关系的图，称为元素的标准电极电势图，简称元素电势图。
元素电势图用途如下：
（1）计算不同氧化数物质构成电对得标准电极电势
（2）判断歧化反应能否进行
12.原电池和电解池各有何特点？
举例说明（从电极名称、电极反应、电子流方
向等方面进行比较）。
原电池是将化学能转化成电能的装置，其中进行的是氧化还原反应。
其中电子流出的电极为负极，电子流入的电极是正极。
负极发生的是氧化反应，正极发生的是还原反应。
电解是在外电源的作用下被迫发生氧化还原的过程，实现电解过程的装置称为电解池。
在电解池中，与直流电源正极相连的电极是阳极，与直流电源负极相连的电极是阴极。
阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
由于阳极带正电，阴极带负电，电解液中正离子移向阴极，负离子移向阳极。
13.什么叫分解电压？
为什么实际分解电压高于理论分解电压？
使电解质溶液继续不断地电解所需施加的最低外加电压，叫做分解电压。
除了内阻所引起的电压降外，超出理论分解电压主要是由于电极反应是不可逆的产生了所谓“极化”作用引起的。
14.金属电化学腐蚀的特点是什么？
为什么粗锌（含杂质主要是Cu、Fe等）比
纯锌容易在硫酸中溶解？
为什么在水面附近的金属比在水中的金属更容易腐蚀？
金属表面与介质如潮湿空气，电解质溶液等接触因发生电化学作用而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。
其特点是有电极反应发生，存在电流。
粗锌能和杂质构成许多微小的原电池，进而发生电极反应加快锌的溶解。
在水面附近潮湿的空气里,金属的表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少
量的氢离子与氢氧根离子,还溶解了氧气等气体,结果在金属表面形成了一层电解质溶液,它跟金属里的杂质恰好形成无数微小的原电池。
进而发生电极反应加快金属的腐蚀。
15.金属防腐的方法有哪些？
1）正确选用金属材料，合理设计金属结构。
2）非金属涂层3）金属镀层4）保护器保护5）阴极电保护6）缓蚀剂保护7）氧化膜
16.化学电源主要有哪几类？
主要有1）一次电池，如常用的锰锌电池。
2）二次电池，如铅蓄电池。
3）燃料电池。
习题
一、选择题
1.非金属碘在0.01moldm-3的I溶液中，加入少量的H2O2，I2I的电极电势（）。
A．增大B.减少C.不变D.不能判断答案：
A
2.为求AgCl的溶度积，应设计电池为（）。
A.Ag,AgClHCl（aq）Cl2（p）（Pt）B.（Pt）Cl2（p）HCl（aq）AgNO3（aq）AgC.AgAgNO3（aq）HCl（aq）AgCl,AgD.Ag,AgClHCl（aq）AgCl,Ag答案：
C
3.已知碱性溶液中溴的元素电势图：
BrO30.54VBrO0.45VBr21.07VBr
则Eo（BrO/Br）等于（）。
A．1.52VB.0.76VC.1.30VD.0.61V答案：
B
4.下列电池中，电池反应为HOHH2O的是（）
A.（Pt）H2H+（aq）OHO2（Pt）B.（Pt）H2NaOH（aq）O2（Pt）C.（Pt）H2NaOH（aq）HCl（aq）H2（Pt）D.（Pt）H2（p1）H2O（l）H2（p2）（Pt）答案：
C
5.下列电对的电极电势与pH值无关的是（）。
222A.MnO2B.C.D.O/HOHO/HO/MnSO/SO2222224284
答案：
D二、填空题
1.电池Zn（）Zn2（c1）Zn2（c2）Zn（），若c1c2，则电池电动势为；若c1c2，则电池电动势为。
答案：
<0，=0
2.在298.15K时，已知Cu2++2eCu标准电池电动势为0.3402V，Cu++2eCu标准电池电动势为。
Cu标准电池电动势为0.522V，则Cu2++e答案：
0.1584V
3.已知Kp（AgSCN）1.110-12，Kp（AgI）1.510-16，Kp（Ag2C2O4）1.010-11，
E（Ag/Ag）0.80V。
则下列各电极的E值高低顺序是。
（1）E（AgSCN/Ag）；
（2）E（AgI/Ag）；（3）E（Ag2C2O4/Ag）答案：
（3）>
（1）>
（2）
4.根据三个电对的标准电极电势值：
E（O2/H2O2）0.682V；
E（H2O2/H2O）1.77V；E（O2/H2O）1.23V。
可知其中最强的氧化剂是
；最强的还原剂是；既可作氧化剂又可作还原剂的是；只能作还原剂的是。
答案：
H2O2，H2O2，H2O2，H2O三、综合题
1.用离子-电子法配平下列方程式。
（a）酸性介质中：
（1）KClO3+FeSO4Fe2（SO4）3+KCl；
ClO3+6Fe2+6H6Fe3+Cl3H2O
2
（2）H2O2+Cr2O7Cr3++O2；
23H2O2+Cr2O78H2Cr3++3O27H2O
（3）MnO2。
MnO2+MnO44+3MnO244HMnO2+2MnO42H2O
（b）碱性介质中：
（1）Al+NO3Al（OH）3NH3；
8Al+3NO318H2O8Al（OH）33NH33OH
2
（2）ClO3；MnO2ClMnO4ClO33MnO26OHCl3MnO243H2O
（3）Fe（OH）2H2O2Fe（OH）3。
2Fe（OH）2H2O22Fe（OH）3
2.试将下列化学反应设计成电池。
（）1Fe2+（c（Fe2+））+Ag+（c（Ag+））=Fe3+（c（Fe3+）+Ag（）;
（2）AgCl（）=Ag+（c（Ag+））+Cl（c（Cl-））;（3）AgCl（）I（c（I））=AgI（）Cl（c（Cl））;1（4）H2（p（H2））O2（p（O2））=H2O
（1）。
2
解：
（1）Fe2+（c（Fe2））Ag（c（Ag））Fe3（c（Fe3））Ag（）
负极反应：
Fe2+（c（Fe2））eFe3（c（Fe3））正极反应：
Ag（c（Ag））eAg（）
电池：
PtFe2+（c（Fe2））,Fe3（c（Fe3））Ag（c（Ag））Ag（）
（2）AgCl（）Ag（c（Ag））Cl（c（Cl））
负极反应：
Ag（）eAg（c（Ag））正极反应：
AgCl（）eAg（）Cl（c（Cl））电池：
Ag（）Ag（c（Ag））Cl（c（Cl））AgCl（）,Ag（）
（3）AgCl（）I（c（I））AgI（）Cl（c（Cl））
负极反应：
Ag（）I（c（I））eAgI（）正极反应：
AgCl（）eAg（）Cl（c（Cl））
电池：
Ag（）,AgI（）I（c（I））Cl（c（Cl））AgCl（）,Ag（）
1（4）H2（p（H2））O2（p（O2））H2O（l）
2负极反应：
H2（p（H2））2e2H
1正极反应：
O2（p（O2））2H2eH2O
2电池：
PtH2（p（H2））H（c）O2（p（O2））Pt
3.写出下列电池中各电极上的反应和电池反应。
（）1Ag（）AgI（）I（c（I））Cl（c（Cl））AgCl（）Ag（）;22
（2）Pb（）PbSO4（）SO4（c（SO4））Cu2+（c（Cu2+））Cu（）;
（3）PtH2（p（H2））NaOH（c）HgO（）Hg（l）Pt;（4）PtHg
（1）Hg2Cl2（）KCl（aq）Cl2（p（Cl2））Pt。
解：
（1）Ag（）AgI（）I（c（I））Cl（c（Cl））AgCl（）Ag（）
负极反应：
Ag（）+I（c（I））eAgI（）正极反应：
AgCl（）+eAg（）Cl（c（Cl））电池反应：
AgCl（）+I（c（I））AgI（）+Cl（c（Cl））
22（c（SO4））Cu2+（c（Cu2+））Cu（）
（2）Pb（）PbSO4（）SO42负极反应：
Pb（）+SO2（c（SO44））2ePbSO4（）
正极反应：
Cu2+（c（Cu2+））+2eCu（）
22电池反应：
Pb（）+Cu2+（c（Cu2+））+SO4（c（SO4））PbSO4（）+Cu（）
（3）PtH2（p（H2））NaOH（c）HgO（）Hg
（1）Pt
1负极反应：
H2（p（H2））+OHeH2O
2正极反应：
HgO（）+H2O+2eHg（）2OH电池反应：
H2（p（H2））+HgO（）=Hg（）+H2O
（4）PtHg
（1）Hg2Cl2（）KCl（aq）Cl2（p（Cl2））Pt
负极反应：
Hg
（1）+2Cl-2eHg2Cl2（）正极反应：
Cl2（p（Cl2））+2e2Cl电池反应：
2Hg（l）+Cl2（p（Cl2））=Hg2Cl2（）
4.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？
2；（3）Fe3+；（4）MnO
（1）Cl2；
（2）Cr2O74。
解：
氧化还原电对的电极反应为：
（1）Cl2+2e2Cl
2
（2）Cr2O714H++6e2Cr3++7H2O
（3）Fe3++eFe2+
+2+（4）MnO48H+5eMn+4H2O
由电极反应的能斯特方程可知
（1）、（3）电对的电极电势与H+浓度无关。
电对
（2）、（4）的能斯特方程分别为：
0.0592Va（Cr3）2
（2）E（Cr2O/Cr）E（Cr2O/Cr）log146a（Cr2O7）a（H）73730.0592Va（Mn2）（4）E（MnO/Mn）E（MnO/Mn）log85a（MnO4）a（H）4242显然H+浓度增加，电对的电极电势增加，因而氧化能力更强。
5.已知下列化学反应（298.15K）
2I（aq）+2Fe3+（aq）=I2（）+2Fe2+（aq）
（1）用图式表示原电池；
（2）计算机原电池的E;（3）计算机反应的K；
（4）若c（I）1.0102moldm3，c（Fe3）解：
（1）负极反应：
2I2eI2（）
正极反应：
Fe3+（aq）eFe2（aq）
电池：
Pt（）I2（）I（aq）Fe3+（aq）,Fe2+（aq）Pt（）
（2）EE（Fe3/Fe2）E（I2/I）（0.7710.5355）V0.2355V
（3）rGmzFE296500Cmol10.2355V45.45kJmol1
1c（Fe2），计算原电池的电动势。
10Ke某p（rGm/RT）e某p[45.451000/（8.3145298.15）]9.15107c（Fe2）（0.7710.0592log10）V0.7118V（4）E（Fe/Fe）E（Fe/Fe）0.0592Vlogc（Fe3）3232E（I2/I）E（I2/I）0.0592Vlog[c（I）]2（0.53550.0592log（1.0102）V0.6539V2EE（Fe3/Fe2）E（I2/I）（0.71180.6539）V0.0579V
6.参考附录G中标准电极电势E值，判断下列反应能否进行。
（1）I2能否使Mn2氧化为MnO2？
（2）在酸性溶液中KMnO4，能否使Fe2氧化为Fe3？
（3）Sn2能否使Fe3还原为Fe2？
（4）Sn2能否使Fe2还原为Fe？
解：
E（I2/I）0.5355V，E（MnO2/Mn2）1.224V
32/Fe2）0.771VE（MnO4/Mn）1.507V，E（FeE（Sn2/Sn）0.1375V，E（Fe2/Fe）0.447VE（Sn4/Sn2）0.151V
（1）I2不能使Mn2+氧化为MnO2。
（2）在酸性溶液中KMnO4能使Fe2+氧化为Fe3+。
（3）Sn2+能使Fe3+还原为Fe2+。
（4）Sn2+能使Fe2+还原为Fe。
7.计算说明在pH4.0时，下列反应能否自动进行。
（假定除H之外的其他物质均处于标准条件下）
2（aq）+H+（aq）+Br（aq）Br2
（1）Cr3（aq）H2O
（1）；
（1）Cr2O7+2
（2）MnO4（aq）H（aq）Cl（aq）Cl2（g）Mn（aq）H2O
（1）.2解：
（1）正极：
Cr2O7（aq）14H++6e2Cr3+（aq）+7H2O（l）
0.0592Vc（Cr3）2E（Cr2O/Cr）E（Cr2O/Cr）log6c（Cr2O7）c（H）147373=[1.232负极：
2Br（aq）2eBr2（l）
0.0592V1log]V=0.679V61（104）14
E（Br2/Br）E（Br2/Br）1.066V
EE（Cr2O7/Cr3）E（Br2/Br）0.679V-1.066V<0
反应不能自动向右进行，可以自动反向进行。
+2+
（2）正极：
MnO4（aq）8H+5eMn（aq）+4H2O（l）
0.0592Va（Mn2）E（MnO/Mn）E（MnO/Mn）log85a（MnO4）a（H）4242=[1.507
负极：
2Cl（aq）2eCl2（l）
0.0592V1log]V=1.128V51（104）8E（Cl2/Cl）E（Cl2/Cl）1.358V
2EE（MnO4/Mn）E（Cl2/Cl）1.128V1.358V0
反应不能自动向右进行，可以自动反向进行。
8.解释下列现象。
（1）在配制SnCl2溶液时，需加入金属Sn粒后再保存待用；
（2）H2S水溶液长期放置后会变混浊；（3）FeSO4溶液久放后会变黄.
解：
（1）E（Sn4/Sn2）0.151V，E（Sn2/Sn）0.1375V
E（O2/H2O）1.229V
由以上数据可知，空气中氧能将Sn2+氧化成Sn4+，如果加入锡粒，锡是更强的还原剂，空气中氧首先将Sn氧化成Sn2+，所以可以保证SnCl2不被氧化。
（2）E（S/H2S）0.142V，E（O2/H2O）1.229V
空气中氧能将H2S氧化成S，析出的S使溶液浑浊。
（3）E（Fe3/Fe2）0.771V，E（O2/H2O）1.229V空气中氧能将Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+溶液呈黄色。
9.298.15K时，反应MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2H2O在标准状态下能否发生为什么实验室可以用MnO2和浓HCl（浓度为12moldm3）制取Cl2？
能不能用
KMnO4代替MnO2与1moldm3的HCI作用制备Cl2？
（设用12moldm3浓盐酸时，假定c（Mn2）=1.0moldm3,p（Cl2）=100kPa解：
氧化-还原半反应为：
还原反应：
MnO2（）+4H++2eMn2（1moldm3）2H2O（l）氧化反应：
2Cl-2eCl2（p100kPa）
查表：
E（MnO2/Mn2）1.224V，E（Cl2/Cl）1.358V所以在标准状态下，MnO2不能将Cl-氧化成Cl2。
采用浓盐酸时：
0.0592Vc（Mn2）/cE（MnO2/Mn）E（MnO2/Mn）log2[c（H）/c]4
0.0592V11.224Vlog41.351V212220.0592V[c（Cl）/c]2E（Cl2/Cl）E（Cl2/Cl）log2p（Cl2）/p=1.358V0.0592V12log1.294V212
采用浓盐酸时，MnO2可以将Cl-氧化成Cl2。
2>E（MnO/Mn）1.507VE（Cl/Cl）1.358V42所以在标准状态下，KMnO4能将Cl-氧化成Cl2
10.Ag不能置换1moldm3HCl里的氢，但可以和1moldm3HI起置换反应产生
H2，通过计算解释此现象。
解：
Ag（）HCl（1moldm3）AgCl（）H2（100kPa）
Ag（）HI（1moldm3）AgI（）H2（100kPa）
E（AgCl/Ag）0.2223V，E（AgI/Ag）0.1522V，E（H+/H2）0V
E（AgCl/Ag）E（H+/H2），所以Ag不能将HCl中的H+还原成H2。
E（AgI/Ag）E（H+/H2），所以Ag可以将HI中的H+还原成H2。
11.计算原电池（—）CuCu2+（1.0moldm3）Ag+（1.0moldm3）Ag+（+）在下述情况下电动势的改变值：
（1）Cu2+浓度降至1.0103moldm3
（2）加入足够量的Cl-使AgCl沉淀。
设Cl浓度为1.56moldm3。
解：
EAg/Ag0.800V，EθCu2+/Cu0.3419V
EθEθAg+AgEθCu2+Cu0.8000.3419V=0.4581V
（1）Cu2+浓度降至1.0103moldm3时：
E（Cu2+Cu）Eθ（Cu2+Cu）0.05921log2a（Cu2+）0.059210.3419logV=（0.3419-0.0888）V=0.2531V32110负极电势减小0.0888V，所以电池电动势增大0.0888V
（2）加入足够量的Cl使AgCl沉淀，设Cl平衡浓度为1.56moldm3。
EAg+AgEAgθ+1a（Cl）θ+Ag0.0592Vlog=EAgAg0.0592Vlogθa（Ag+）Kp（AgCl）1.560.79660.0592logV=（0.7966-0.5888）V=0.2078V。
101.7710正极电势减小0.5888V，所以电池电动势减小0.5888V
12.计算下列电池在298.15K时的E,E,r,Gm和rGm，指出反应的方向。
1112+
（1）Cu（）+Cl2（p100kPa）Cu（c（Cu2+）1moldm3）Cl（c（Cl）1moldm3）222
（2）Cu（）+2H+（c（H+）=0.01moldm3）Cu2+（c（Cu2+）0.1moldm3）H2（p90kPa）
解：
（1）正极反应：
Cl2（p100kPa）2e2Cl（a1）
11负极反应：
Cu（）eCu2+（a1）
22反应各物质都处于标准态：
EθEθCl2ClEθ（Cu2+Cu）1.358V-0.3419V=1.016V
rGmzFEθ196500Cmol11.016V98.05kJmol1
反应向右进行。
（2）正极反应：
2H+（0.01molkg1）2eH2（p90kPa）
负极反应：
Cu（）-2eCu2+（c=0.10molkg1）
EEH2θ0.0592Vp（H2）/pθ0.059290/100Hlg0lgV0.1170V22a（H+）20.01+EEθCu2+Cu0.059210.05921lg0.3419lgV=0.3123V2+2a（Cu）20.10EEE0.1170V-0.3123V=-0.4293V
rGmzFE296500Cmol1（0.4293V）=82.85kJmol1反应向左进行。
θ13.已知下列电极反应在298.15K时Eθ的值，求AgCl的Kp。
Ag++eAg（），Eθ（Ag+Ag）0.7996VAgCl（）+eAg（）+Cl，Eθ（AgCIAg）0.2223V
解：
AgCl（）=Ag+Cl
设计如下电池，Ag,AgClCl（a1）Ag+（a1）Ag电池反应为：
Ag++ClAgCl（）
θrGmRTlnKθzFEθzFθERTzlgKθEθ0.0592VlnKθ
EθEθ（Ag+Ag）Eθ（AgCIAg）
lgKθ10.79960.2223V9.752
0.0592V11θKpθ9.7521.771010
K10θ
14.已知下列电极反应在298.15K时E的值，求K稳（Cu（CN）2）。
Cu（CN）2eCu+2CN，E0.896V
Cu++eCu，Eθ0.521V
解：
根据CueCu，E0.521
CuCuCN2eCu2CNE0.896V
0.521V>-0.896V;组成电池正极反应：
CueCuE0.521
负极反应：
Cu2CNCu（CN）2e
电池反应：
正极反应+负极反应
Cu2CNK稳=Cu（CN）22
Cu（CN）2CuCN
电池电动势=EE=0.521v-（-0.896v）=1.417v根据E0.0592vlgk可得z1.417v=0.0592vlgK稳
即lgK稳1.41723.93
0.0592K稳100.9310238.511023
=1.12107，=2.881013，15.已知Ag（NH3）2的K稳试计算电对Ag（S2O3）2的K稳3Ag（NH3）2
+/Ag和Ag（S2O3）2/Ag的标准电极电势。
3
解：
电极反应：
1Ag（NH）+eAg+2NH，G
（1）=-1FE○323rmAg（NH）32Ag
该反应可以看成是由下列两个反应组成：
2Ag（NH）○32Ag+2NH3，rGm
（2）=-RTlnK稳Ag（NH3）21
3Ag+e○
=-1FEAgAgAg，rGm（3）1=○2+○3，所以有反应○
rG+rGm
（1）=rGm
（2）m（3）
即:
-1FEAg（NH3）2Ag=-RTlnK稳Ag（NH）321-1FEAg+Ag
EAg（NH3）2Ag=0.05916VlgK稳Ag（NH3）21+EAgAg
=
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