华东理工大学现代基础化学课后习题解答第10章

2
= －0.700 V 9、求下列电极在 25℃时的电极反应的电势。
(1) 101.3 kPa 的 H2(g)通入 0.10 mol⋅L −1的 HCl 溶液中；
(2) 在 1L 上述(1)的溶液中加入 0.1 mol 固体 NaOH； (3) 在 1L 上述(1)的溶液中加入 0.1 mol 固体 NaAc。(忽略加入固体引起的溶液体积变化)。
− 3
+
H
+
→Zn
2+
+
NH
+ 4
+ H2O
(4) Ag +
+
NO
− 3
+
H
+
→Ag
+
+
NO
+
H2O
(5) Cl2 + OH − →Cl − + ClO − + H2O
(6)
Al
+
NO
− 3
+
OH
−
+
H2O→[Al(OH)4]
−
+
NH3
解： (1) 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O (2) 5NaBiO3(s) + 2MnSO4 + 16HNO3 = 2HMnO4 + 5Bi(NO3)3 + 2Na2SO4 + NaNO3 + 7H2O
7、根据电对 Cu 2+ /Cu、Fe 3+ /Fe 2+ 、Fe 2+ /Fe 的电极反应的标准电势值，指出下列各 组物质中哪些可以共存，哪些不能共存，并说明理由。
(1) Cu 2+ 、Fe 2+ ; (2) Fe 3+ 、Fe ; (3) Cu 2+ 、Fe ; (4) Fe 3+ 、Cu ; (5) Fe 2+ 、Cu
lg
[c
K
Ο a
(HAc)]
=－0.17 V
10、指出下列原电池的正负极，写出电极反应和电池反应，并计算原电池的电动势。 (1) Cu∣Cu 2+ (1 mol⋅L −1)‖Zn 2+ (0.001 mol⋅L −1)∣Zn
(2) Pb∣Pb 2+ (0.1 mol⋅L −1)‖S 2− (0.1 mol⋅L −1)∣CuS , Cu
= 0.797 +
lg
2
(0.1) 2
= 0.328 V
E(H + /H2) = 0 V Hg2Cl2 为正极，H2 为负极。
正极: Hg2Cl2 +2e→2Hg + 2Cl − 负极: H2→2H + + 2e
电池反应: Hg2Cl2 + H2→2Hg + 2 Cl − + H +
E= E + －E − = 0.328 －0 = 0.328 V (4) E(Zn 2+ /Zn) = E Ο (Zn 2+ /Zn) + 0.0592 lg [Zn 2+ ]
E= E + －E − =－0.156 －(－0.670) = 0.514 V
(3)
E(Hg2Cl2/Hg)
=
EΟ
(Hg
2+ 2
/Hg)
+
0.0592 2
lg
[Hg
2+ 2
]
=
EΟ
(Hg
2+ 2
/Hg)+
0.0592 2
lg
K
Ο sp
(Hg
2Cl
2
)
[Cl− ]2
0.0592 1.43 ×10−18
MnO
− 4
(+H
+
)是最强的氧化剂，Fe
2+
是最强的还原剂。
(2)
Cr2O
2− 7
/Cr
3+;Fra bibliotekCrO2− 4
/Cr(OH)3
E
Ο
(Cr2O
2− 7
/Cr
3+
)
=
1.23
V
;
E
Ο
(CrO
2− 4
/Cr(OH)3)
=
－0.13 V
Cr2O
2− 7
(+H
+
)是最强的氧化剂，Cr(OH)3
是最强的还原剂。
5、对于下列氧化还原反应： (1) 指出哪个物质是氧化剂，哪个物质是还原剂。 (2) 以这些反应组成原电池，并写出电池符号表示式。
(a) Ag + + Cu(s)→Cu 2+ + Ag(s)
(b) Pb 2+ + Cu(s) + S 2− →Pb(s) + CuS(s)
(c) Pb(s) +2H + + 2Cl − →PbCl2(s) + H2(g)
(3) Hg , Hg2Cl2∣Cl − (0.1 mol⋅L −1)‖H + (1 mol⋅L −1)∣H2(100 kPa) , Pt (4) Zn∣Zn 2+ (0.1 mol⋅L −1) ‖HAc(0.1 mol⋅L −1)∣H2(100 kPa) , Pt
解：(1) E Ο (Cu 2+ /Cu) = 0.342 V
4、用离子－电子法配平下列方程式(必要时添加反应介质) (1) KMnO4 + K2SO3 + H2SO4→K2SO4 + MnSO4 + H2O
(2) NaBiO3(s) + MnSO4 + HNO3→HMnO4 + Bi(NO3)3 + Na2SO4 + NaNO3 + H2O
(3)
Zn
+
NO
解： E Ο (Cu 2+ /Cu) = 0.342 V ; E Ο (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0.771 V ; E Ο (Fe 2+ /Fe) = －0.447 V (1)，(5)能共存，(2)，(3)，(4)不能共存。
8、求下列电极在 25℃时的电极反应的电势。
(1) 金属銅放在 0.50 mol⋅L −1Cu 2+ 离子溶液中；
解：(1) 电极反应 2H + + 2e
H2
E
(H + /
H2)
= EΟ
(H + /
H2)
+
0.0592 2
lg
[H + ]2 pH2 / pΟ
= －0.0595 V
(2)
E
(H
+
/
H2)
=
E
Ο
(H
+
/
H2)
+
0.0592 2
K
Ο w
=－0.414
V
(3)
E
(H
+
/
H2)
=
E
Ο
(H
+
/
H2)
+
0.0592 2
(2) 在 1L 上述(1)的溶液中加入 0.50 mol 固体 Na2S； (3) 在 1L 上述(1)的溶液中加入固体 Na2S，使溶液中的[S 2− ] = 1.0 mol⋅L −1(忽略加入固体引 起的溶液体积变化)。
解：(1) 电极反应为 Cu 2+
Cu
E (Cu 2+ /Cu) = E Ο (Cu 2+ /Cu) + 0.0592 lg [Cu 2+ ] 2
6.3 × 10 −36
2
= －0.179 V
(3) E (Cu 2+ /Cu) = E Ο (Cu 2+ /Cu) + 0.0592 lg [Cu 2+ ] 2
=
E Ο (Cu 2+ /Cu) + 0.0592 2
lg
K
Ο sp
(CuS)
0 .0592 = 0.342 +
lg(6.3×10 −36 )
0.0592 = 0.342 + 2 lg 0.5
= 0.333 V
(2) E (Cu 2+ /Cu) = E Ο (Cu 2+ /Cu) + 0.0592 lg [Cu 2+ ] 2
= E Ο (Cu 2+ /Cu) + 0.0592 lg 2
K
Ο sp
(CuS)
0.0592
= 0.342 +
lg
E= E + －E − = 0.342－(－0.851) = 1.193 V
(2) E(Pb 2+ /Pb) = E Ο (Pb 2+ /Pb) + 0.0592 lg [Pb 2+ ] 2
=－0.126
+
0.0592 2
lg
0.1
=－0.156 V
E(CuS/Cu) = E Ο (Cu 2+ /Cu) + 0.0592 lg [Cu 2+ ] 2
=
EΟ
(Cu
2+
/Cu)
+
0.0592 2
lg
K
Ο sp
(CuS)
[S2− ]
0.0592 6.3 ×10−36
= 0.342 +
lg
2
0.1
=－0.670 V Pb 为正极，Cu 为负极。
正极: Pb 2+ +2e→Pb 负极: Cu + S 2− →CuS + 2e
电池反应: Pb 2+ + Cu + S 2− →CuS + Pb
(c) Pb(s) +2H + + 2Cl − →PbCl2(s) + H2(g)
H + 是氧化剂，Pb(s)是还原剂。
原电池符号：－) Pb∣PbCl2∣Cl − ‖H + ∣H2 (+
6、查出下列电对的电极反应的标准电势值，判断各组中哪种物质是最强的氧化剂， 哪种物质是最强的还原剂？
(1)
MnO
I
5 × 60
2、指出下列反应中： (1) 哪些离子或原子被氧化了，哪些被还原了？ (2)哪些物质是氧化剂，哪些是还原剂？ 2HgCl2 + SnCl2 = Hg2Cl2 + SnCl4 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
解： 2HgCl2 + SnCl2 = Hg2Cl2 + SnCl4
(3) Cu 2+ /Cu ; Fe 3+ /Fe 2+ ; Fe 2+ /Fe
E Ο (Cu 2+ /Cu) = 0.342 V ; E Ο (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0.771 V ; E Ο (Fe 2+ /Fe) = －0.447 V
Fe 3+ 是最强的氧化剂，Fe 是最强的还原剂。
Hg 2+ 被还原，HgCl2 是氧化剂；
Sn 2+ 被氧化，SnCl2 是还原剂。
5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
NO
− 2
被氧化，KNO2
是还原剂；
MnO
− 4
被还原，KMnO4
是氧化剂。
3、用氧化值法配平下列方程式： (1) Cu + HNO3(稀)→Cu(NO3)2 + NO + H2O (2) PbO2 + MnSO4 + HNO3→Pb(NO3)2 + PbSO4 + HMnO4 + H2O (3) FeS2 + O2 →Fe3O4 + SO2 (4) As2S3 + HNO3 + H2O→H3AsO4 + H2SO4 + NO (5) KMnO4 + K2SO3 + H2O→MnO2 + K2SO4 + KOH (6) Na2S2O3 + I2→Na2S4O6 + NaI (7) (NH4)2S2O8 + FeSO4→Fe2(SO4)3 + (NH4)2SO4
− 4
/Mn
2+
,
Fe
3+
/Fe
2+
;
(2)
Cr2O
2− 7
/Cr
3+
;
CrO
2− 4
/Cr(OH)3
;
(3) Cu 2+ /Cu ; Fe 3+ /Fe 2+ ; Fe 2+ /Fe
解：(1)
MnO
− 4
/Mn
2+
,
Fe
3+
/Fe
2+
E
Ο
(MnO
− 4
/Mn
2+
)
=
1.51
V
;
E Ο (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0.771
解：(a) Ag + + Cu(s)→Cu 2+ + Ag(s)
Ag + 是氧化剂，Cu(s) 是还原剂。
原电池符号：－) Cu∣Cu 2+ ‖Ag + ∣Ag (+
(b) Pb 2+ + Cu(s) + S 2− →Pb(s) + CuS(s)
Pb 2+ 是氧化剂，Cu(s) 是还原剂。
原电池符号：－) Cu∣CuS∣S 2− ‖Pb 2+ ∣Pb (+
第 10 章 电化学基础和氧化还原平衡
1、以 5 A 电流通过稀硫酸溶液，问经过多少时间才能在 27℃和 101.3 kPa 下得到 1L 氢
气？
解：n = pV = 101.3 ×105 ×10−3 = 4.06 × 10 −2 mol
RT
8.314 × 300
t = nZF = 4.06 ×10−2 × 2 × 96485 = 26.1 min
解：(1) 3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2) 5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3 = 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2HMnO4 + 2H2O (3) 3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2 (4) 3As2S3 + 28HNO3+ 4H2O = 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO (5) 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH (6) 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI (7) (NH4)2S2O8 + 2FeSO4 = Fe2(SO4)3 + (NH4)2SO4