第8章 电化学基础

5
写出下列电池反应的能斯特方程式。 3+ 2+ (1) 2Fe + 2I ==2Fe + I2 + 2+ (2) 2 MnO4 + 10 Cl +16H ==2Mn + 5Cl2 + 8H2O 解：(1)
Θ EΘ EFe EIΘ / I 0.771 0.54 0.231 (V ) 3 / Fe2
4
2-
2+
解：负极 正极
Cu 2 (aCu 2 ) 2e Cu ( s )
2 Pb( s ) Cu 2 (aCu 2 ) SO4 (aSO 2 ) PbSO4 ( s ) Cu ( s )
4
电池反应
(5) Pt| H2(g) | NaOH(aq) | HgO(s) | Hg(l) 解：负极 正极
1 (11) H2(g) + 2 O2(g) ==H2O(l)
解：Pt |H2(g) | H (aq) | O2(g) |Pt + (12) H + OH == H2O(l) + 解：Pt |H2(g) |OH (aq) || H (aq) | H2(g) |Pt 4 写出下列电极反应的能斯特方程式。 (1) Cl2 + 2e- → 2Cl
2 2
(2) Pt| H2(g) | H (aq) || Ag (aq) | Ag(s) 解：负极 正极
H 2 ( pH 2 ) 2 H (a H ) 2e
+
+
2 Ag (a Ag ) 2e 2 Ag ( s ) H 2 ( pH 2 ) 2 Ag (a Ag ) 2 Ag ( s ) 2 H (a H )
2 写出下列电池中各电极上的反应和电池反应 (1) Pt| H2(g) | HCl(a) | Cl2(g) | Pt 解：负极 正极
H 2 ( pH 2 ) 2 H (a H ) 2e
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Cl2 ( pCl2 ) 2e 2Cl (aCl )
电池反应 Cl2 ( pCl ) H 2 ( pH ) 2 HCl (aq)
-
+
E Θ (Cl2 / Cl- ) = 1.358 V
2+ E Θ (MnO) = 1.228 V 4 / Mn
(2) MnO2 + 4H+ + 2e-→ Mn2+ + 2H2O (3) O2(g) + 4H + 2e- → 2H2O
ECl 1.358 p Cl2 0.059 lg Θ 2 p a(Cl ) 2
Θ ln K a
zE Θ F RT
Θ Θ E Θ E Ag EFe 3 / Ag / Fe2
Θ ln K a
1 (0.7991 0.771) 96500 1.049 298 8.314
Θ Ka 2.988
答: 平衡常数为 2.988。 7 写出下述电池的电极和电池反应，并计算 298 K 时电池的电动势。设 H2(g)可看作理 想气体。 + + 2+ 2+ Pt，H2(p(H2) =pΘ) | H [a(H )=0.01] || Cu [a(Cu )=0. 10] | Cu(s) 解：负极 正极 电池反应
+
E Θ (O 2 / H 2 O) = 1.23 V
解：(1)
2
/ Cl
(2)
EMnO / Mn 2 1.228
4
0.059 a( H ) 4 lg 2 a( Mn 2 )
(3)
EO2 / H 2 0 1.23
4 0.059 p O2 a ( H ) lg Θ 2 p
电池反应 AgCl (s ) I (a I ) AgI (s ) Cl (aCl )

(4) Pb(s)
|
PbSO4(s) | SO4 (aq) || Cu (aq)| Cu(s)
2 Pb( s ) SO4 (aSO 2 ) PbSO4 ( s ) 2e
6 试设计一个电池，使其中进行下述反应 2+ 2+ + + 3+ 3+ Fe [a(Fe )]+Ag [a(Ag )] ==Ag(s) + Fe [a(Fe )]。 (1) 写出电池的表示式 (2) 计算上述电池反应在 298 K，反应进度ξ为 1 mol 时的平衡常数 KΘ。 2+ 3+ + 解： (1)电池表示式 Pt| Fe (aq), Fe (aq)|| Ag (aq)| Ag(s) (2)平衡常数
+ ―
3+
2+
+
电池反应
(8) Na(Hg)(aam) | Na (aq) || OH (aq)|HgO(s) | Hg(l)| 解：负极
2 Na( Hg )(aam ) 2 Na (a Na ) 2 Hg (l ) 2e
正极
HgO ( s ) H 2O (l ) 2e 2OH (a OH ) Hg (l )
电池反应 3H 2 ( pH ) Sb2O3 ( s) 2Sb( s) 3H 2O(l )
2
(7) Pt | Fe (aq)，Fe (aq) || Ag (aq) | Ag(s) 解：负极 正极
Fe 2 (aFe2 ) Fe3 (aFe3 ) e Ag (a Ag ) e Ag ( s ) Fe 2 (aFe2 ) Ag (a Ag ) Fe3 (aFe3 ) Ag ( s )
2
E 0.231
0.059 a ( Fe 2 ) 2 lg 2 a ( Fe 3 ) 2 a ( I ) 2
4 2
(2)
Θ Θ E Θ EMnO ECl / Mn 2
/ Cl
1.51 1.36 0.15 V
E 0.15
a( Mn 2 ) 2 p 5 Cl2 0.059 lg 2 10 a( MnO4 ) a(Cl )10 a( H )16 p Θ5
H 2 ( pH 2 ) 2OH (aOH ) H 2O (l ) 2e
HgO ( s ) H 2O (l ) 2e 2OH (a OH ) Hg (l )
电池反应 H 2 ( pH ) HgO(s ) Hg (l ) H 2O(l )
H 2 ( pH 2 ) 2 H (a H ) 2e Cu 2 (aCu 2 ) 2e Cu ( s ) H 2 ( pH 2 ) Cu 2 ( s ) Cu ( s ) 2 H (a H ) E EΘ 0.059 c( H ) 2 lg n c(Cu 2 ) pH 2 / p Θ
2
(6) Pt| H2(g) | H (aq) | Sb2O3(s) | Sb(s) 解：负极 正极
3 H 2 ( p H 2 ) 6 H ( a H ) 6e
+
Sb2O3 ( s ) 6 H (a H ) 6e 2Sb( s ) 3H 2O (l )
第八章 电化学基础
1 配平下列方程,并指出氧化剂和还原剂 2+ 2+ (1) Pb+Sn →Pb +Sn 2+ 2+ 解：Pb+Sn ==Pb +Sn 2+ 氧化剂 Sn 还原剂 Pb 2+ 3+ (2) Cr2O7 +Cl + H → Cr +Cl2+H2O 2+ 3+ 解：Cr2O7 +6Cl-+ 14H == 2Cr +3Cl2+7H2O 2氧化剂 Cr2O7 还原剂 Cl 2+ + 3+ (3) Fe +NO2 +H → Fe +NO +H2O 2+ + 3+ 解：Fe +NO2 +2H == Fe +NO +H2O 2+ 氧化剂 NO2 还原剂 Fe (4) HgCl2+SnCl2 →Hg2Cl2+SnCl4 解：2HgCl2+SnCl2==Hg2Cl2+SnCl4 氧化剂 HgCl2 还原剂 SnCl2 + 2+ (5) MnO4 +H2O2+H →Mn +O2+H2O + 2+ 解：2MnO4 +5H2O2+6H ==2Mn +5O2+8H2O 氧化剂 MnO4 还原剂 H2O2 3+ 2+ + (6) Bi +MnO4 +H2O→ NaBiO3+Mn +H 3+ + 2+ + 解：5Bi +2MnO4 +7H2O+5Na == 5NaBiO3+2Mn +14H 3+ 氧化剂 MnO4 还原剂 Bi 2+ + (7) Cu +H2→ Cu+H 2+ + 解：Cu +H2==Cu+2H 2+ 氧化剂 Cu 还原剂 H2 + 2+ (8) MnO2+Cl +H → Mn +Cl2+H2O + 2+ 解：MnO2+2Cl +4H == Mn +Cl2+2H2O 氧化剂 MnO2 还原剂 Cl 22+ 3+ 2(9) Cr2O7 +SO3 +H →Cr +SO4 +H2O 22+ 3+ 2解：Cr2O7 +3SO3 +8H →2Cr +3SO4 +4H2O 22氧化剂 Cr2O7 还原剂 SO3 + (10) H3AsO4+I +H → H2AsO3 +I2+H2O + 解：H3AsO4+2I +H → H2AsO3 +I2+H2O 氧化剂 H3AsO4 还原剂 I
2 Na( Hg )(aam ) HgO( s) H 2O(l ) 2 Na (aNa ) 3Hg (l ) 2OH
电池反应
3 将下列化学反应设计成电池： + (1) AgCl(s) == Ag (aq) + Cl (aq) + 解：Ag(s) | Ag (aq) || Cl (aq) | AgCl(s) | Ag(s) ― ― (2) AgCl(s) + I (aq)== AgI(s)+Cl (aq) 解：Ag(s) | AgI(s) | I―(aq) || Cl (aq) | AgCl(s) | Ag(s) (3) H2(g) + HgO(s) == Hg(l) + H2O(l) 解：Pt |H2(g) | H2O || OH (aq) | HgO |Hg(l) (4) Cl2(g) + 2I―(aq)==I2(s) + 2Cl―(aq) 解：Pt| I2(s) | I (aq) ||Cl (aq)| Cl2(g) | Pt (5) Zn(s) +H2SO4(aq) ==ZnSO4(aq) +H2(g) 解：Zn(s) | ZnSO4 (aq) || H2SO4 (aq)| H2(g) |Pt (6) Pb(s) +2AgC1(s) == PbC12(s) +2Ag 解：Pb(s) |PbCl2(s) | Cl (aq) | AgCl(s) | Ag(s) (7) Pb(s) +2HC1 == PbC12(s) + H2(g) 解：Pb(s) |PbCl2(s) |HCl (aq) | H2(g) |Pt 2+ + 3+ (8) Fe + Ag = Ag + Fe 2+ 3+ + 解：Pt| Fe (aq), Fe (aq)|| Ag (aq)| Ag(s) (9) H2(g) + I2(s) ==2HI 解：Pt| H2(g) | HI(aq) | I2(s) | Pt 单一电池（即两电极浸于同一电解液中的电池） + 2+ (10) 2Cu == Cu +Cu + 2+ + 解：Pt| Cu (aq), Cu (aq)|| Cu (aq)| Cu(s)
电池的电动势
Θ ECu 0.3419V 2 / Cu
Θ EH 0V /H
2
E 0.349
0.059 0.012 lg 0.4304(V ) 2 0.10
电池反应
(3) (-)Ag(s), AgI(s) | I―(aq) || Cl -(aq) | AgCl(s), Ag(s) (+) 解：负极 正极
Ag ( s ) I (a I ) AgI ( s ) e
AgCl ( s ) e Ag ( s ) Cl (aCl )