氧化还原反应(作业更正)

氧化还原反应（作业）

10-1.正确写出下列电对在酸性介质中的电极反应式及各电极反应的Nerst 方程。

H +/H 2; Fe 3+/Fe 2+; Sn 2+/Sn; CuBr/Cu; GeO 2/Ge; Bi 2O 4/BiO +; CO 2/HCOOH; HCOOH/HCHO; PdBr 42-/Pd; AgC 3H 3O 2/Ag; O 2/H 2O 2; H 2O 2/H 2O;

10-4.一个化学反应可以设计成几种不同的原电池来完成，这几种原电池的电动势E 0是否相同，由它们的电动势分别求得的电池反应ΔG m 0是否相同，为是么？结合10－25题加以讨论。 答：根据氧化还原理论，原电池的电动势与组成电子的电极反应有关（电对种类），由于不同的电池电极反应可能不同，故电池的电动势就会不同。而反应的ΔG m 0是状态函数，只与反应的起始状态与终了状态有关，而与反应过程无关，同时电动势可以不相同而ΔG m 0相同。

10-5将下列氧化还原反应设计为两个半电池反应，并利用标准电极电势表的数据，求在298K 时反应的平衡常数。

(1) Fe 2+ + Cl 2 = Fe 3+ + 2Cl -;

(2) Zn + Hg 2Cl 2 = 2Hg + Zn 2+ + 2Cl -; (3) Cl 2 + H 2O = HClO + H + + Cl -; (4) 2H 2O = 2H 2 + O 2;

解：（1）根据氧化还原反应与电池反应的关系，将反应分解为：

正极反应：Cl 2 + 2e = 2Cl -；V Cl Cl 36.1/2

=-ϕ

负极反应：Fe 3+ + e = Fe 2+；V Fe Fe 771.023/=++ϕ

电池反应的电动势ε0=φ正-φ负= 1.36 – 0.771= 0.589（V ） 根据电池电动势与反应平衡常数的关系：RT lnK 0 = nF ε0；

19298

31.8589.09648420

1057.80⨯≈=

=

⨯⨯⨯e e K RT

nF ε

答：反应的平衡常数为8.57×1019；

（2）根据氧化还原反应与电池反应的关系，将反应分解为：

正极反应：Hg 2Cl 2 + 2e = Hg + 2Cl -；V Hg Cl Hg 268.0/22=ϕ

负极反应：Zn 2+ + 2e = Zn ；V Zn Zn 762.0/2-=+ϕ

电池反应的电动势ε0=φ正-φ负= 0.268 – （-0.762）= 1.03（V ） 根据电池电动势与反应平衡常数的关系：RT lnK 0 = nF ε0；

34298

31.803.19648420

10194.70⨯≈=

=

⨯⨯⨯e e K RT

nF ε

答：反应的平衡常数为7.194×1034；

（3）根据氧化还原反应与电池反应的关系，将反应分解为：

正极反应：Cl 2 + 2e = 2Cl -；V Cl Cl 36.1/2

=-ϕ

负极反应：2ClO - + 4H +

+ 2e =Cl 2 + 2H 2O ；V Cl ClO 611.12

/=-ϕ

电池反应的电动势ε0

=φ正-φ负= 1.36 – 1.611= -0.251（V ） 根据电池电动势与反应平衡常数的关系：RT lnK 0 = nF ε0；

929831.8)

251.0(9648420

100.30-⨯-⨯⨯⨯≈=

=

e

e K RT

nF ε

答：反应的平衡常数为3.0×10-9；

（4）根据氧化还原反应与电池反应的关系，将反应分解为：

正极反应：2H + + 2e = H 2；V H H 0.02

/=+ϕ

负极反应：O 2 + 4H + + 4e = 2H 2O ；V HO O 22.122/=ϕ 电池反应的电动势ε0=φ正-φ负= 0 – 1.22= -1.22（V ）

根据电池电动势与反应平衡常数的关系：RT lnK 0 = nF ε0；

83298

31.8)22.1(9648440

1067.30-⨯-⨯⨯⨯≈=

=

e e K RT

nF ε

答：反应的平衡常数为3.67×10-83；

10-9.已知：Fe 3+ + e ＝Fe 2+ ;V Fe Fe 77.00

/23=+

+

ϕ Fe （OH ）3的380)(,108.23-⨯=OH Fe sp K ，Fe （OH ）2的17

0)(,10

9.42-⨯=OH Fe sp K 求半反应：Fe （OH ）3 + e ＝ Fe （OH ）2 + OH －的标准电极电势。 解：根据标准电极电势的定义， 将两电极反应组成电池： 正极反应：Fe 3+ + e ＝Fe 2+

负极反应：Fe （OH ）3 + e ＝ Fe （OH ）2 + OH －

电池反应：Fe 3+ + Fe （OH ）2+ OH －＝Fe （OH ）3 +Fe 2+； 反应的平衡常数为：

2138

170)(,0)(,22320

1075.110

8.2109.4][][][][][32⨯=⨯⨯==⨯⨯=-----++OH Fe sp OH Fe sp K K OH OH OH Fe Fe K 则：

)(1ln 0

)(/)(0/0002323OH Fe OH Fe Fe Fe m r F nF K RT G ϕϕε-⨯⨯-=-=-=∆++ )77.0(9648411075.1ln 29831.80)(/)(2123OH Fe OH Fe ϕ-⨯⨯-=⨯⨯⨯-

解之：V OH Fe OH Fe 485.00

)(/)(23-=ϕ

答：半反应：Fe （OH ）3 + e ＝ Fe （OH ）2 + OH －的标准电极电势为－0.485V

10-10.已知：Cu + + e = Cu ；标准电极电势为0.52V ；CuCl 的K 0sp = 1.7×10-7；

计算电极反应CuCl + e = Cu + Cl -的电极电势； 解：将反应设计为电池，则：

正极反应：CuCl + e = Cu + Cl ；V Cu CuCl ?/=ϕ

负极反应：Cu + + e = Cu ；V Cu Cu 52.0/=+ϕ

电池反应为： CuCl = Cu + + Cl -；

即反应的平衡常数为CuCl 的溶度积常数K 0sp = 1.7×10-7； 电池反应的电动势ε0=φ正-φ负=？– 0.52= -1.22（V ）

根据电池电动势与反应平衡常数的关系：RT lnK 0 = nF ε0；

)(11993.052.0)107.1ln(96484

1298

31.87/V Cu CuCl =+⨯⨯⨯⨯=

-ϕ