基础化学第二版习题答案chap8

第八章 氧化还原反应和电极电势 习题答案

1. 锌空气电池是历史比较悠久的电池之一，常用于AA 型、AAA 型电池以及钮扣电池等。它的电池反应如下所示：2Zn(s)+O 2(g)=2ZnO(s)。试写出电极反应。

负极：Zn+2OHˉ=ZnO+H 2O+2eˉ

正极：0.5O 2+H 2O+2eˉ=2OHˉ

2．若Pt | H 2（100 kPa ）| 胃液 || KCl （0.1 mol·L -1）| Hg 2Cl 2 (s) | Hg(l) | Pt 的电动势等于0.420 V ，而Pt | H 2（100 kPa ）H +（1.0 mol·L -1）|| KCl （0.1 mol·L -1| Hg 2Cl 2 (s) | Hg(l) | Pt 的电动势等于0.334 V ，求胃液的pH 。

解：对于电池：

Pt | H 2（100 kPa ）H +（1.0 mol·L -1）|| KCl （0.1 mol·L -1），Hg 2Cl 2 | Hg

E 1 ＝φ+－φo SHE ＝φ+ ＝－0.334 （V ）

对于电池：

Pt | H 2（100 kPa ），胃液 || KCl （0.1 mol·L -1），Hg 2Cl 2| Hg

E 2 ＝φ+－φ待测 ＝0.334－φ待测 ＝0.420（V ）

φ待测＝ －0.086（V ）

根据能斯特方程

2+θ+

2(H )0.05916V =(H /H )+lg 2100/100

0.05916V pH 0.086V

r c ϕϕ=-=- 待测 pH = 1.45

3. 将下列氧化还原反应设计成原电池，写出电极反应及电池符号：

（1）Fe 2+ + Ag +

Fe 3+ + Ag 电极反应：

正极： Ag + + e - Ag 还原反应：

负极： Fe 2+ －e - Fe 3+ 氧化反应

电池符号为： (－) Pt | Fe 3+ (c 1) , Fe 2+ (c 2) || Ag + (c 3) | Ag (+)

（2）MnO 4- + 5Fe 2+ + 8H +

Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2O

电极反应：

正极： MnO 4- + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H 2O 还原反应

负极： Fe 2+ －e - Fe 3+ 氧化反应

电池符号为： (－) Pt | Fe 3+ (c 1) , Fe 2+ (c 2) || MnO 4- (c 3) , Mn 2+(c 4) | Pt (+)

4. 298K 时，在Ag +/Ag 电极中加入过量I -，设达到平衡时[I -] = 0.10 mol·L －

1，而另一个电极为Cu 2+/Cu ，[Cu 2+] = 0.010 mol·L －

1，现将两电极组成原电池。写出原电池符号、电池反应式、并计算电池反应的平衡常数。（ ϕ(Ag +/Ag) = 0.80 V ， ϕ(Cu 2+/Cu) = 0.34 V ，K sp (AgI) = 1.0 ⨯ 10-18）

答：ϕ(Cu 2+/Cu) = 0.34 + (0.0591/2) lg(0.010) = 0.28 (V)

ϕ(AgI/Ag) = 0.80 + (0.0591/1) lg(K sp / [I -])

= 0.80 + 0.0591 lg(1.0 ⨯ 10-18/ 0.10) = -0.20 (V)

所以原电池符号：

Ag, AgI(s)│I -(0.10 mol·dm -3)‖Cu 2+(0.010 mol·dm -3)│Cu(s)

电池反应式： 2Ag + Cu 2+ + 2I - = 2AgI + Cu

ϕ(AgI/Ag) = ϕ(Ag +/Ag) + 0.0591 lg K sp (AgI) = 0.80 + 0.059 lg(1.0 ⨯ 10-18) = -0.26 (V) E = ϕ(Cu 2+/Cu) – ϕ(AgI/Ag) = 0.34 - (-0.26) = 0.60 (V)

lg K = zE / 0.0591 = 2 ⨯ 0.60 / 0.0591 = 20.34

所以平衡常数 K = 2.2 ⨯ 1020

5. 将锌片分别放入[Zn 2+]=1.0 mol·L －1，[Zn 2+]=0.001 mol·L －1溶液中，并组成原电池，指明正负极并计算原电池电动势。（ ϕ(Zn 2+/ Zn)= -0.76V ）.

答：对于［Zn 2+］=1.0mol·L

－1的电极，其电极电势即为标准电极电势(－0.76V)； ［Zn 2+］=0.001mol·L

－1的电极电势可根据能斯特方程式求得 ： φZn Zn /2+=φϑZn Zn /2++ []

+2lg 059.0Zn n

= －0.76 + 001.0lg 2059.0 = －0.85V

可见，［Zn 2+］浓度大的电极电势大，为正极，浓度小的为负极，

电池电动势为：E=φ正－φ负=(-0.76)―(-0.85)=0.09V

6. 原电池Cd(s)︱Cd 2+(c=1mol·dm -3)‖Cu 2+( c=1mol·dm -3)︱Cu(s)的电池电动势为θ0.740V E =。试求Cd 2+/Cd 电极的标准还原电势。

查表得：2(/)0.34V E Cu

Cu θ+=+ 因为22(/)(/)cell E E Cu

Cu E Cd Cd θθθ++=-

所以 22(/)(/)0.403V cell E Cd Cd E Cu Cu E θθθ++=-=

7．判断下列每一组中较强的氧化剂和较强的还原剂（均为标准状态）：

（1） I 2，I -，Br 2，Br -； （2） Ag +，Zn 2+，Zn ，Ag ；

（3） Fe 2+，Cr 2O 72-，Fe 3+，Cr 3+；（4） Sn 2+，Sn ，Mg 2+，Mg 。

答：（1） 强氧化剂：Br 2，强还原剂：I -； （2）强氧化剂：Ag +，强还原剂：Zn ；

（3） 强氧化剂：Cr 2O 72-，强还原剂：Fe 2+；（4） 强氧化剂：Sn 2+，强还原剂：Mg 。

8．根据标准电极电势排列下列氧化剂和还原剂的强弱顺序：

Ag ，Zn 2+，Cl -，Fe 2+，Hg 2+，MnO 4-，Sn ，Cr 2O 72-。

答：氧化剂的氧化能力：MnO 4- > Cr 2O 72- > Hg 2+ > Fe 2+ > Zn 2+；

还原剂的还原能力：Sn > Fe 2+ > Ag > Cl -。

9．根据φ值判断下列氧化还原反应自发进行的方向。设各物质的浓度均为1 mol·L -1。

（1） 2Ag ＋ Zn 2+

Zn ＋ 2Ag + （2） 2Fe 3+ ＋ 2I -

I 2 ＋ 2Fe 2+ （1） 2Ag ＋ Zn 2+ Zn ＋ 2Ag +

答：φo (Ag +/Ag) ＝ 0.7996（V ） φo (Zn 2+/Zn) ＝ －0.7618（V ）

E o ＝ φo +－φo -

＝φo (Zn 2+/Zn) －φo (Ag +/Ag)

＝ －0.7618V －0.7996V

＝－1.5614V

E o < 0，反应逆向进行。

（2） 2Fe 3+ ＋ 2I - I 2 ＋ 2Fe 2+

φo (Fe 3+/ Fe 2+) ＝ 0.771（V ） φo (I 2/I -) ＝ 0.5355（V ）

E o ＝ φo +－φo -

＝φo (Fe 3+/ Fe 2+) －φo (I 2/I -)

＝ 0.771V －0.5355V

＝0.2355V

E o > 0，反应正向进行。

10．有一含Br －、I －的混合液，选择一种氧化剂只氧化I －为I 2，而不氧化Br －

，问应选择FeCl 3还是K 2Cr 2O 7？

答：φo (Br 2/Br -)＝1.065（V ）, φo (I 2/I -)＝0.5355（V ）, φo (Fe 3+/Fe 2+)＝0.771（V ）, φo (Cr 2O 72－/Cr 3+)＝1.232