氧化还原反应与电极电位

1、首页难题解析第八章难题解析氧化还原反应与电极电位学生自测题学生自测答案章后习题答案TOP例 8-1 写出并配平下列各电池的电极反应、电池反应，注明电极的种类。1) (-) Ag,AgCl(s) |HCl |Cl 2(100kp),Pt (+)2) (-) Pb, PbSO4(s)| K2SO4KCl| PbCl 2(s),Pb (+)3) (-) Zn | Zn 2+ MnO 4- , Mn2+, H+| Pt (+)4) (-) Ag | Ag + (c1) Ag +(c2) |Ag (+)析 将所给原电池拆分为两个电极。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，写出正、负极反应式，由正极反应和负

2、极反应相加构成电池反应。1)正极反应 Cl2+2e- 2 Cl此电极为气体电极负极反应 Ag+Cl - AgCl(s)+e -此电极为金属 -难溶盐 -阴离子电极2)电池反应 2Ag+Cl 2 2AgCl(s)正极反应n=2PbCl2(s)+2e- Pb+2Cl- 此电极为金属 -难溶盐 -阴离子电极负极反应Pb+SO42- PbSO4(s)+2e-此电极为金属 -难溶盐 -阴离子电极电池反应PbCl2(s) +SO42- PbSO4(s) +2Cl-n=23)正极反应MnO4- +8 H+5e-Mn2+ 4 H2O 此电极为氧化还原电极负极反应Zn Zn2+2e-此电极为金属及其离子电极电池

3、反应2MnO 4- +16 H + 5Zn2Mn 2+8 H2O 5Zn 2+n=104)正极反应Ag+(c2) +e- Ag此电极为金属及其离子电极负极反应Ag Ag+ (c1) + e-此电极为金属及其离子电极电池反应Ag+(c2) Ag+ (c1)n=1的电动势为 1.136V ，已知例 8-2 25时测得电池 (-) Ag,AgCl(s) |HCl(c) |Cl2(100kp),Pt (+)析 首先根据电池电动势和已知的标准电极电位，由Nernst 方程求出AgCl/Ag 。 (2) AgCl 的平衡AgCl(s)Ag+ + Cl -，方程式两侧各加 Ag：( Cl2/Cl-)=1.3

4、58V, ( Ag+/Ag)=0.799 6V ，求 AgCl 的溶度积。AgCl(s) + AgAg + + Cl- + AgAgCl 与产物 Ag 组成 AgCl/Ag 电对；反应物Ag与 Ag+组成 Ag +/Ag 电对。 AgCl(s)的溶度积常数为： 0.05916VnE n( AgCl/Ag Ag /Ag ) logKsp 0.0n5E916V = AgCl/AgAg/Ag 。解 由电池表达式：正极反应 Cl2 + 2e- 2 Cl-，Cl2 /ClCl 2 /Cl+0.05916V lg PCl22Cl 2负极反应 Ag + Cl - AgCl(s) + e-，AgCl/Ag =

5、 AgCl/Ag 0.05916V lg 1 2Cl 2电池反应Cl2(g) + 2Ag 2AgCl(s)Cl2 /Cl - AgCl/Ag (Cl2/Cl+ 0.05916V lg PCl22Cl )-(AgCl/Ag0.05916V lg 1 2)2 Cl 2=1.136V ，又由Cl 2/Cl和 PCl2 数据带入AgCl/AgCl2 /Cl 1.136 V 1.358 V 1.136 V 0.222V ，AgCl(s) + AgAg+ + Cl- + Aglog K sp nE n( AgCl/Ag Ag /Ag0.05916V)=(0.222-0.799 6)V/0. 16V -9.

6、76 0.05916VKsp(AgCl) = 1.74 10-10例 8-3在 Ag+、Cu2+离子浓度分别为 1.00 10-2mol L -1 和 1.00mol L -1 的溶液中加入铁粉， 哪一种金 属被先还原？当第二种金属离子被还原时，第一种金属离子在溶液中的浓度为多少？已知( Cu2+/Cu)=0.341 9V ， (Ag+/Ag)=0.799 6V 。析 首先根据电极电位判断物质氧化性或还原性的相对强弱。氧化能力的氧化型物质将首先被还 原。随着反应进行，被还原金属离子浓度降低，电极电位减小，当减小到与第二种金属离子的电极电位 相等时，第二种金属离子才能被还原。解 Ag /Ag =

7、 Ag /Ag 0. 16VlogAg + 0.799 6V + 0. 16Vlg(1.00 10-2) = 0.681 3 VCu2 /Cu = Cu2 /Cu = 0.341 9 V由于 Ag /Ag Cu2 /Cu ，Ag +是较强氧化剂，当加入还原剂铁粉时首先被还原。当 Ag /Ag = Cu2 /Cu 时， Cu2+离子被还原。则Ag /Ag = 0.799 6V+ 0. 16VlgAg + = 0.341 9VAg+ = 1.82 10-8(molL-1)例 8-4 298K 时电池 (-)Pt,H 2(100kp)|NaOH(aq)|HgO(s)|Hg(+) 的 =0.926V

8、，反应 H2(g)+ 1 O2(g) = 2H2O(l)的rHm = -285.84kJ mol-1。又：H2(g) O2(g)H2O(l)Hg(l)HgO(s)S/J mol-1K-1130.5205.0369.9477.470.29试求分解反应 HgO(s)Hg(l) + 1 O2(g)2(1) 在 298K 时氧的平衡分压；(2) 假定反应热与温度无关， HgO 在空气中能稳定存在的最高温度是多少？解 给定的电池反应： HgO(s)+ H 2 Hg(l) +H 2O(l) ( 1 式)rGm= -nFE=-2 96 500C mol -10.926V -178 718 J mol-1由H

9、2(g) + 1O2(g)H2O(l) (2式)2rGmH2O (l) rHmTrSm-285 840J mol-1-298K (69.94-130.5- 1 205.03) Jmol-1K-12-237 244 J mol -11 式 2 式得 HgO(s) Hg(l) + 1 O2(g) ( 3 式)2rGm-178 718 J mol-1-(-237 244 J mol-1) 58 526 J mol -1(1) 由 rGm RTln Kp，lnKp=-rGm/RT = -58 526 J mol -1/(8.314 J mol -1K -1298K) = -23.62Kp=5.5 10

10、-11= pO2pO2= Kp2 =3.03 10-21atm = 3.07 10-19kPa(2) 反应 HgO(s) Hg(l) + 1 O2(g) 的2 rSm=77.4 J mol-1K-1+ 1 205.03 J mol-1K-1-70.29 Jmol-1K-12=109.6 J mol-1K-1 rHm= rGm + T rSmK-1 = 91 187 J mol -1=58 526 J mol-1298K109.6 J mol -1当 HgO 在空气中能稳定存在时，pO2 =0.2 atm，再由lnKK21r H m(T2 T1)(T2 T1 )Rln5.5191187J mol

11、0.44711 110 11 (T2 298K) 8.314J mol 1 K(T2 298K)1计算得T2784.2K学生自测题TOP判断题 选择题 填空题问答题计算题、判断题(对的打，错的打 ，共 10 分)定是氧化剂。TOP1CH4中 C与4个H 形成四个共价键，因此 C的氧化值是 4。2 浓差电池 Ag|AgNO 3(c1)|AgNO 3(c2)|Ag ， c1(Sn2+/Sn)(Cd2+/Cd)B.(Pb2+/Pb)(Cd2+/Cd)( Sn2+/Sn)C.(Sn2+/Sn)( Pb2+/Pb)(Cd2+/Cd)D.( Sn2+/Sn)(Cd2+/Cd)( Pb2+/Pb)E.(Cd

12、2+/Cd)(Sn2+/Sn)( Pb2+/Pb)17. 下列原电池的符号中，书写正确的是A. (-) Zn|Zn 2+(c)Cu2+(c)|Cu (+)C. (-) Zn|Zn 2+(c)Cu| Cu2+(c) (+)E. (-) Zn,Zn 2+(c)Cu2+(c),Cu (+)18.将银丝插入 1L 的下列溶液中组成电极，则电极电位最低的是( )B. (-) Zn 2+(c)|ZnCu2+(c)|Cu (+)D. (-)Zn 2+(c)|Zn Cu| Cu2+(c) (+)( )A. 含 AgNO 3 0.1molB. 含 AgNO 3 0.1mol, 含 NaI 0.1molC. 含

13、AgNO 3 0.1mol,含 NaBr 0.1molD. 含 AgNO3 0.1mol,含 NaCl 0.1molE. 含 AgNO 3 0.1mol, 含 NaNO3 0.1mol19. 下述电池反应： 2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn 2+ +10Cl2+8 H2O 的电子转移数 n 为 ( ) A. 1 B. 2 C. 5D. 8E. 1020. 下列说法中错误的是( )A. 在原电池中，正极发生氧化反应，负极发生还原反应B. 在原电池中，电极电位较高的电对是原电池的正极C. 在原电池中，电极电位较低的电对是原电池的负极D. 原电池的电动势等于正极的电极电位减去负极的电极电位E

14、. 原电池的电动势越大，电池反应的趋势越大21. 对于反应 2Fe3+2Br -=2Fe2+Br 2 和 Fe3+Br-=Fe2+1/2Br 2 ，在标态下，它们的 ( )A. E 、 rGm 、 K 都相等B. E 相等、 rGm 、 K 不相等C. E、rGm相等、 K不相等D. Grm相等、 E、 K不相等E. K 相等、 rGm 、 E 不相等22. 下列电池反应中，有关离子的浓度均减少一半时，电极电位值将增大的是( )A. Cl2+2e-=2Cl -B.Sn4+2e-=Sn2+D. 2H+2e-=H 2E.Ag +e-=Ag23. 增加电池 (-) Cu|Cu2+Ag+|Ag (+)

15、电动势的方法是 A. 正极加入氨水B.负极加氨水D. 负极加 CuCl 2E.正极加 NaBrC. Fe2+2e-=Fe( )C. 正极加 NaCl24. 对于反应 2BrO 3-+3N 2H4 2Br -+3N 2+6H 2O来说,方程 rGm=-nFE 中的 n为 ( )A. 2B. 6C. 8 D. 12 E. 425. 已知氢电极 H +(c)/H 2(100KPa) ，Pt的电极电位为 -0. 2V，则 H+应为( )A. 1mol L-1B. 0.1mol L-1C. 0.01mol L-1三、填空题(每空 1分，共 20 分)TOP1. Fe3O4 中 Fe 的氧化值为； Na2

16、O2中 O 的氧化值为2.在氧化还原反应中，电对的电极电位值愈负的，其还原型物质电子的倾向愈大，是愈强剂。3.对于 M n+Xe -M(n-x)+的电极反应，若加入 M (n-x )+的沉淀剂或络合剂，则此电极的电极电势，M n+的氧化性将4.已知MnO 4/Mn2 = 1.51V ，Br2/Br=1.09V ，Cr O2 /Cr3 =1.28V ，则最强的氧化剂是强的还原剂是5. 已 知 Ag +/Ag 和Ksp(Ag 2CrO 4)则 可 推 出 Ag 2CrO 4/Ag,CrO 42- 的 表 达6. 在 原 电 池 中 除 了 两 个 电 极 外 ，另一个重要的装置是，其作D. 10m

17、ol L-1E. 0.001mol L-17. 利用下列反应： Sn2+(0.001mol L-1)+Cd2+(0.1mol L-1) S4n+(0.1mol L-1) +Cd(s)组成原电池 (298K) 。 该电池组成式 为 ，其中负极发生 反应，正极发生 反应。电池电动势为 ，电池反应的平衡常数 lgK=。(已知：Sn4 /Sn 2= 0.154V ，Cd2 /Cd = -0.336V )8. 电池反应 Zn+Cu2+Cu+Zn2+。若只增加 Zn 2+ ，电池的 E将 ；若只增加 Zn 电极的表 面积 ,电池的电动势 E 将。9. 在MnO 4-+8H +5e- 2Mn2+ + 4H

18、2O反应中，若使溶液的 pH值增大，其电极电势，MnO 4的 能力降低。四、问答题( 20 分)TOP1应用标准电极电位数据，解释下列现象：( 1)为使 Fe2+溶液不被氧化，常放入铁钉。(2)H2S 溶液，久置常出现浑浊。( 3)无法在水溶液中制备 FeI3 。( Fe3 /Fe2 = 0.77V ，Fe2 /Fe = -0.44V ，S/H2S = -0.141V ，O2/H2O = 1.122V ，I /I= 0.54V )2当OH - = 0.01mol L-1时，氧电极的电极电位是多少？与其标准状态的电极电位比较说明什么？(O2 + 2H2O+ 4e- = 4OH-， O /OH =

19、 0.40V )3同种金属及其盐溶液能否组成原电池？若能组成，盐溶液的浓度必须具备什么条件？4简述电极电位与物质氧化还原的关系。5在原电池中，根据电极上物质的相态与组成，通常将电极分为四大类，请分别写出这四类电极的名称，并各举一例说明(用电极符号) 。五、计算题( 25 分)TOP1设计一原电池，计算 AgCl 的溶度积常数 Ksp，并写出原电池的组成式。2已知 (Cu2+/Cu) =0.340V ， (Ag +/Ag) =0.799V ，将铜片插入 0.1mol L-1 CuSO4 溶液中和银片插入 0.1 mol L-1 AgNO 3 溶液中组成原电池。(1) 计算各个电极的电极电位，写出

20、原电池符号。(2) 写出电极反应和电池反应。(3) 计算电池反应的平衡常数。3计算下列反应组成电池的 、 rGm 、K 及 rGmSn2+(0.1 mol L-1) + Hg 2+(0.1 mol L-1) = Sn4+(0.1 mol L-1) + Hg(l)已知 (Sn4+/Sn2+) =0.151V, (Hg2+/Hg) =0.851V 。4反应 MnO2 + 4Cl- + 4H+ = MnCl 2 + Cl2 + 2H2O(1) 判断标准状态时反应进行的方向。(2) 当使用浓盐酸 H +=Cl -=12 mol L-1，Mn 2+、 PCl 2 均为标准状态时， 判断反应自发进行的方向

21、。(已知：MnO 2/Mn= 1.224V ，Cl2 /Cl学生自测答案 TOP一、判断题1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 二、选择题1.D 2.E 3.D 4.D 5.B 6.E 7.A 8.B 9.B 10.A 11.B 12.E 13.D 14.A 15.C 16.A 17.A 18.B 19.E 20.A 21.B 22.A 23.B 24.D 25.B三、填空题1. 83，-12. 失去，还原3. 增大，增强4.MnO4 ， Br5.2-(Ag 2CrO4/Ag,CrO 42-) =Ag+/Ag + 0.05916V log Ksp(Ag2CrO4)6.盐

22、桥；离子导体和中和半电池中的电荷，维持电中性。7.2+ -1 4+ -1 2+(-) Cd|Cd2+(0.1mol L-1)|Sn 4+(0.1mol L-1) ，Sn2+(0.001molL-1) |Pt (+) ，氧化，还原， 0.5416， 0.9768. 降低，不变9. 下降，氧化四、简答题1(1) 由于O 2/OH Fe3 /Fe2 ，所以溶液中 Fe2+ 易被氧化成Fe3+。当有铁钉存在时，Fe2 /Fe S/H S，所以 H2S 1O2 H2OS可自发进行，久置常出现浑浊。(3) 因为 Fe3 /Fe2 I/I ，溶液中的 Fe3+和 I -能自发进行反应。Fe /FeI 2/I

23、2 O/OH = + 0.05916V lg PO2 4 = 0.52V 。因为 ，降低 OH- ， 值升高，说明降低O2/OHn OH 4电对中还原型物质会使 值升高，还原型物质还原能力降低，氧化型物质氧化能力增强。3同种金属及其盐溶液也能组成原电池。但组成原电池的两个半电池中金属离子浓度必须不同， 正极盐溶液的浓度大于负极盐溶液的浓度。4电极电位的高低反映了氧化还原电对中氧化型和还原型物质得失电子的难易程度，而物质的氧 化还原性也是与其得失电子的能力有关的，所以电极电位的高低同样反映了物质的氧化还原性。一般电 极电位愈高，电对中氧化型物质的氧化性愈强，而其还原型物质的还原性愈弱；电极电位愈

24、低，电对中 的还原型物质的还原性愈强，而其氧化型物质的氧化性愈弱。5略。五、计算题1 设计以银电极和氯化银电极组成的原电池(-) Ag(s)|AgNO 3|KCl|AgCl(s) ， Ag (+)正极反应 AgCl(s)+e - Ag +Cl - 0.223V负极反应 Ag - e - Ag电池反应 AgCl(s) Ag + + Cl0.799V此反应的平衡常数即为 Ksp)E 氧 还= 0.223V 0.799V 0.576VlgK1 ( 0.576)0.05916=9.74Ksp=1.8210-102(1) 铜电极的 =0.310 V ; 银电极的 =0.740 V , 故银电极为正极。2

25、+ -1 + -1电池符号为 () Cu|Cu2+(0.1 mol L-1) | Ag +(0.1 mol L-1)|Ag ()+ - - 2+(2) 正极反应 Ag + e Ag；负极反应 Cu 2e Cu+ 2+电池反应 2Ag+ Cu 2Ag + Cu 2+ ， n=215(3) E =0.459V ， n=2 ， logK=n E /0.05916 ， K=3.3 103(1)=0.700V ，n=2(2) rGm= - nF= .1KJ/mol(3) logK=n E /0.05916, K= 4.6 1203-1(4) E = 0.67V,n=2,rGm =nFE= 129.3 K

26、J mol -14(1) E 氧 还 =1.224V 1.358V= -0.134V 0此反应正向进行。这就是实验室通常用浓盐酸制备氯气的道理。章后习题答案 TOP1化合物中划线元素的氧化值分别为：6； 2； 4； 4； 5； 1； 1； 6。22MnO 4- + 5H2O2 + 6H+ 2Mn2+ + 52 + 8H2OCr2O72- +3SO32-+ 8H+ 2Cr3+ 3SO42-+ 4H2OAs2S3 + 5ClO 3- 5H2O5Cl- + 2AsO 42- + 3SO42-+ 10H3作用是：离子导体和中和半电池中的电荷，维持电中性。4氧化剂能力增强顺序：Zn2+、Fe3+、MnO

27、 2、Cr2O72-、Cl2、MnO4-还原剂能力增强顺序：Cl-、Cr3+、Fe2+、 H2、Li5(1)() Zn(s)Zn2+(aq)Ag +(aq)Ag(s) ()(2)() Pt, Cl2(g)Cl-(aq)Cr3+(aq) , Cr2O72-(aq), H +(aq)Pt(s) ()(3)() PtFe2+(aq), Fe3+(aq)IO3-(aq),H+(aq)I2(s),Pt(s) ()6只要找到的氧化还原电对的电极电位处于两个电对的电极电位之间即可。7(1) G nFE；(2) 与 W无直接关系； (3)E ERTlnQ nF8(1) n=2，2+ 0.05916V lg H

28、 2 = -0.068 VPH2(2) n=6，+ 0.05916V lg H 14Cr2O72 = 0.818 V6Cr 3 2(3) n=2，+ 0.05916V lg 1 2 = 1.107 VBr 29 MnO 4-/Mn 2+) =1.507V ， (Br 2/Br -)=1.066V ，(I2/I-)=0.535V(1) pH=0.0 时，即为标准状态， MnO 4-离子能氧化 I- 和Br- 离子。8 - 2+ - 2+ 0.05916V MnO 4 H (2)(MnO 4-/Mn 2+) =(MnO 4-/Mn 2+)+lg 45Mn 2 1.507 V0. 16 V 5.5

29、8/50.986 V故此时， MnO 4-离子只能氧化 I-离子不能氧化 Br -离子。10(1) 反应的离子方程式为： 2ClO 2 (aq)+Cl 2(g) = 2ClO 2(g)+2Cl (aq)E =1.358V-0.954V = 0.404VG 296 500 C mol -10.404V 77 972 JmollgK = 2 0.404V/0. 16V ，K = 4.5 1013(2) 6ClO 2(g)+ 3H2O = 5ClO 3-(aq) + Cl -(aq) +6H+11(1) 标准状态下，当钴金属溶于 1.0 mol L-1 硝酸时，反应生成的是 Co2+ 。(2)电极电

30、位相差0.3V ，故改变硝酸的浓度不能改变 (1)中的结论。12(H14 右 (Cu2+/ Cu)+ 0.05916V lg (1.0 10-1) (Cu 2+/ Cu)0. 6V2左(Cu2+/ Cu)+ 0.05916V lg (1.0 10-4)(Cu2+/ Cu) 0.118 4V2右边为正极，左边为负极。E = 0.118 4V0. 6V = 0.088 8 V15(Cd2+/Cd) = -0.403V ；(Zn 2+/Zn) = -0.762VE (Cd2+/Cd) - (Zn2+/Zn) = -0.403V - (-0.762V) = 0.359V0.388 4V = 0.359

31、V -0.05916Vlg0.2Zn 2 Zn 2+ = 0.02 mol L-116将两个电极组成原电池； Hg 22+ SO42Hg2SO4(s)E 0.797V-0.612V 0.185lgK= 2 E /0. 16，K= 1.8 106Ksp =1= 5.6 10K17 (Hg2Cl2/Hg) =(Hg 2Cl 2/Hg) -0.05916V2lg12Cl 20.327V 0.268V 0.05916V2lg12Cl 2Cl - = 0.1 mol L-118根据pH pHs (E Es)Fs 2.303RTpH 6.0 (0.231V 0.350V) 4.00.05916VH+= 1

32、.0 10-4 mol L -1又 c = 0.01 molL -12Ka = H = 1.0 10-6cExerciseslgK =0.05916V1( I2/ I -)=0.535V ；( Br2/ Br -)=1.066VK = 1.1 10-182 G = - 8.314J K -1mol -1298Kln(5 103)= -21100J molG =-nF E , n=1,E =- 21100J mol-1 = 0.219V96500C mol-13(1) 3 Fe(OH) 2(s)+ MnO 4-(aq) + 2H2OMnO2(s)+3Fe(OH) 3(s)OH-(aq)(2)5Zn(s) + 2NO 3-(aq)12H+ 5Zn2+(aq) + N2(g) +6H2O4(1)() Al(s) Al 3+(c1)Cr3+(c2)Cr(s) (+)(2)() Pt, SO2(g)SO42-( c1) +4H+( c2)Cu2+(c3)Cu(s) (+)5 (Cu2+/Cu)=0.342V(Cu2+/Cu) (Cu2+/Cu)+ 0.05916V lgCu 2 2E = ( Cu2+/Cu) ( SHE)0.0