北师大考研无机化学复习题第六章

1、第 6 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 化 学一、 教学基本要求1. 理解氧化还原反应的基本概念；2. 掌握氧化还原方程式的两种配平方法；3. 掌握电极电势和标准电极电势的概念；4. 熟悉能斯特公式、影响电极电势的因素及其应用；5. 了解电势数据的两种图示法及其应用；6. 了解几种实用电池和电解概念。二、要点1 氧化值（氧化数） 是人为规定给单质和化合状态原子确定的电荷数。2 氧化和还原 氧化值增加的过程叫氧化；而氧化值降低的过程叫还原。3 氧化型和还原型 在氧化还原电对中，氧化数高的物质叫氧化型物质，氧化数低的物质叫还原型物质。4 氧化剂和还原剂 提供电子的物质叫还原剂，得到电子的物质叫

2、氧化剂。5 氧化值法 是配平氧化还原方程式的一种方法，其基本原则是确保反应过程中氧化值上升的总值等于下降的总值。6 离子 电子法 又一种配平氧化还原方程式的方法，是将氧化还原反应式改写为代表氧化和还原的两个半反应式，先将半反应式配平，再将半反应式加合起来，消去其中的电子而完成。7 半反应 氧化还原反应中氧化或还原的任一过程称之为半反应。8 歧化反应 由同一元素反应生成高氧化态和低氧化态的过程叫歧化反应，其逆过程为反歧化反应。9 自氧化还原反应 氧化数的升高和降低都发生在同一个化合物中的氧化还原反应。10 埃灵罕姆图 对一个具体反应而言，若将一定温度区间内反应的焓变近似的看作常数，则对温度T作图

3、叫埃灵罕姆图，利用这种图形可方便地讨论高温下的某些氧化还原过程。11 金属氧化物的热还原 在一定温度下，用还原剂将金属氧化物还原成金属的反应称金属氧化物的热还原。在埃灵罕姆图中反映为只要(M, MOx)的线段处于(M, MOx)线段的上方，金属M就可还原金属M的氧化物。12 化学电池 将化学能转变为电能的装置，又叫原电池。13 半电池和电势 从电池的角度对半反应的实质反映是半电池，体现半反应的装置称之为电势。14 电极电势 电极与它所浸入的溶液或电解质之间的电压。通常使用的电极电势，是相对于一种标准电极而言的，是以氢气的标准电极电势为零的相对值。15 标准电极和标准电极电势 符合所有的气体的分

4、压均为1×105 Pa，溶液中所有物质的活度均为1molkg-1及所有的纯液体或固体均为1×105 Pa条件下最稳定或最常见的形态这三个条件的电极是标准电极。标准电极电势是表示在标准条件下，某电极的电极电势。所谓标准条件是指以氢标准电极的电极电势= 0；电对的氧化型/还原型=1或Mn+ = 1moldm-3；T = 298.15 K。16 盐桥 常用于原电池实验，是沟通两个半电池，消除液接电势，保持其电荷平衡，使反应顺利进行的一种装置。常用饱和的氯化钾溶液与琼脂装入U形管中制成，因盐桥中的物质呈胶冻状，可使溶液不致流出，而离子可通过盐桥进行定向流动，故可维持两个半电池中的溶

5、液为电中性。17 标准氢电极 将镀有铂黑的铂片置于氢离子活度为1.0 molkg-1的硫酸溶液中，不断通入压力为1×105 Pa的纯氢气，使铂黑吸附氢气达到饱和，形成的氢电极叫标准氢电极，产生在标准氢电极和硫酸溶液之间的电势叫做氢的标准电极电势，将它作为电极电势的相对标准，令其为0.000 v。18 甘汞电极 属金属 金属难溶盐类电极，其组成是在金属汞的表面覆盖一层氧化亚汞，然后注入氯化钾溶液。它常在实验室中代替标准氢电极作为参比电极。19 能斯特方程 表达非标准态电池电动势与标准态条件下的电池电动势之间关系的式子叫能斯特方程，其数学表达式为 20 拉蒂麦尔图 将同一元素不同氧化态物

6、种的标准电极电势按氧化值降低的方向自左至右顺序排列的电势数据的图形表达。21 弗洛斯特图 用电对X (n) / X (0) 的(Ox / Red) 对氧化值n作图得弗洛斯特图。22 超电势 电极上有电流通过时的电极电势与热力学平衡电极电势的差值。23 熔盐电解 在熔化状态下，将盐电解制备单质的一种方法。24 氧化还原机理 氧化还原的电子转移是经外层电子转移或经内层电子转移实现的。氧化值发生变化的原子周围的配位层大体不变是外层电子转移的特征，而内层电子转移的特征却是氧化值发生变化的原子周围的配位层发生了变化。三、学生自测练习题1是非题（判断下列各项叙述是否正确，对的在括号中填“”，错的填“

7、15;”）1.1 将碱性溶液中进行的Br2BrO3-半反应，配平后得Br2 + 6H2O 10e- 2BrO3- + 12H+半反应。 （ ）1.2 反应Fe3+ + Cu Fe2+ + Cu2+ 已配平。 （ ）1.3 由于E（Cu+/Cu）= + 0.52V , E（I2/ I-）= +0.536V , 故Cu+ 和I2不能发生氧化还原反应。 （ ）1.4 氢的电极电势是零。 （ ）1.5 计算在非标准状态下进行氧化还原反应的平衡常数，必须先算出非标准电动势。 （ ）1.6 溶液的浓度能影响电极电势，若增加反应I2 + 2e- 2I- 中有关的离子浓度，则电 极电势增加。 （ ）1.7 F

8、eCl3 ，KMnO4和H2O2是常见的氧化剂，当溶液中H+增大时，它们的氧化能力都增加。 （ ）1.8 纯水是电的不良导体，主要是因为它含有少量离子。 （ ）1.9 燃烧电池是一次电池。 （ ）1.10含铬电池的Cr(NO3)3溶液借助盐桥与含有铜电极的Cu(NO3)2溶液相连，这一电池的符号是： Cr(s)|Cr(NO3)3(aq)|Cu(NO3)2(aq)|Cu(s). （ ）2选择题(选择正确答案的题号填入)2.1下列物质中，硫具有最高氧化数的是： （ ） a S 2- b S2O32- c SCl4 d H2SO42.2 已知E（Cl2/Cl-）= +1.36V，在下列电极反应中标准

9、电极电势为+1.36V的电极反应是： （ ）a Cl2 +2e- = 2Cl- b 2Cl- - 2e- =Cl2 c Cl2 +e- = Cl- d 都是2.3下列都是常见的氧化剂，其中氧化能力与溶液pH值的大小无关的是 （ ）a K2Cr2O7 b PbO2 c O2 d FeCl32.4 下列电极反应中，有关离子浓度减小时，电极电势增大的是： （ ） a Sn4+ + 2e- = Sn2+ b Cl2 + 2e- = 2Cl- c Fe - 2e- = Fe2+ d 2H+ + 2e- = H22.5 已知E（Fe3+/ Fe2+）= +0.77V , E（Cl2/Cl-）= +1.36

10、V, 正确的原电池符号是：（ ）a Fe2+ | Fe3+ | Cl- | Cl2 | Pt b Pt | Fe2+ , Fe3+ | Cl- | Cl2 c Pt | Fe2+ , Fe3+ | Cl- | Pt d Pt | Fe2+ , Fe3+ | Cl2 |Cl- | Pt2.6 为防止配制的SnCl2溶液中Sn2+ 被完全氧化，最好的方法是： （ ）a. 加入Sn粒 b. 加Fe屑 c. 通入H2 d. 均可2.7 根据标准电势判断在酸性溶液中，下列离子浓度为1moldm-3时不能与Ag+共存的是： （ ）a. Mn2+ b. Fe2+ c. Sn2+ d. Pb2+2.8 借助盐

11、桥把0.1moldm-3AgNO3溶液中的 Ag丝与含有Cu丝的0.5moldm-3的Cu(NO3)2溶液相连组成电池，其电动势为： （ ）a. 0.42V b. 0.44V c. 0.47V d. 0.48V2.9 以反应Zn(s) + Ni2+ Zn 2+ Ni (s) 为基础构成一电化学电池.若测的电池的电动势为0.54 V，且Ni2+的浓度为1.0 moldm-3，则Zn2+的浓度为多少？ （ ）a. 0.02 b. 0.06 c. 0.08 d. 0.102.10 反应Zn (s) + 2H+ Zn 2+ H2 (g)的平衡常数是多少？ （ ）a. 2×10-33 b. 1

12、×10-13 c. 7×10-12 d. 5×10 263. 填空题3.1 为了不引入杂质，将FeCl2氧化为FeCl3，可以用 ， 或 做氧化剂，而将Fe3+ 还原为Fe2+ 则可以用 做还原剂。3.2 反应2Fe3+(aq) + Cu(s) 2Fe 2+ Cu 2+(aq) 与 Fe (s) + Cu 2+ (aq) Fe 2+(aq)+ Cu (s) 均正向自发进行，在上述反应中所有氧化剂中最强的是 ，还原剂中最强的是 。3.3 电对,的E值随溶液pH值变化的是 3.4 当电解熔融KF时，阳极和阴极发生的反应分别为 和 。 3.5 含银电极的AgNO3溶液通

13、过盐桥与会有锌电极的Zn(NO3)2溶液相连.这一电池的符号是 。3.6 已知E(Cu 2+/Cu)= 0.337V, K= 2.2×10-20, 则E(Cu (OH)2/Cu) = V 3.7 常用的两种甘汞电极分别是（1） , (2) , 其电极反应为 ,常温下两种甘汞电极的电极电势大小顺序为 。3.8 已知反应（1）Cl2(g) + 2Br (aq) Br2 (l) + 2Cl- (aq), E （2）Cl2(g) + Br (aq) Br2 (l) + Cl- (aq), E 则Z(1) / Z(2) = , E/ E= , G/G = , lgK/ lgK = 。4. 计算

14、题 4.1 根据下列元素电位图，判断哪些离子能发生歧化反应？并计算歧化反应在25的平衡常数。 Cu2+ +0.153V Cu+ +0.521V Cu 4.2 已知E (H+/H2) = 0.00 V, 计算pH = 7溶液中氧的电极电位值。并判断Sn在pH = 0和pH = 7的溶液中，将发生何现象？自测练习题答案1. 是非题1.1 （×） 1.2 (×) 1.3 (×) 1.4 (×) 1.5 (×) 1.6 (×) 1.7 (×) 1.8 () 1.9 （×） 1.10 （） 2. 选择题 2.1 （d） 2.

15、2（d） 2.3 (d) 2.4 (b) 2.5 (d) 2.6 (a) 2.7 (c) 2.8 (b) 2.9 (d) 2.10 (d)3. 填空题3.1 H2O2, O2, Cl2, Fe 3.2 Fe3+, Fe 3.3 3.4 2F- F2 + 2e- , K+ +e - K 3.5 Zn(s)|Zn(NO3)2(aq)|AgNO3(aq)|Ag(s) 3.6 - 0.24 3.7 标准甘汞电极, 饱和甘汞电极, Hg2Cl2 + 2e - = 2Hg + 2Cl , E > E 3.8 2 ,1 ,2 ,2 4. 计算题4.1 从电位图数据可知，E右 > E左的有Cu+

16、和Au+, 它们能发生歧化反应. 2 Cu+ = Cu + Cu2+ lgK n/0.059 = 0.368 / 0.059 = 6.2 K = 1.6 × 106 3Au+ = 2 Au+ + Au3+ lgK 2 × 0.39/0.055 = 13.2 K = 1.6 × 10134.2 解： pH = 7时, EH+/H2 = 0.059 lg10-7 = -0.413V , 而E (Sn2+/Sn) = -0.136V , 故Sn 在pH = 0 的溶液中不发生变化，而Sn在pH = 7的溶液中被氧化成Sn2+.四、课后习题及答案1 用氧化值法配平下列反应

17、方程式：（1） SiO2(s) + Al(s)Si(s) + Al2O3(s)；（2） I2(s) + H2S(aq)I-(aq) + S(s) + H3O+(aq)；（3） H2O2(aq) + I-(aq) + H3O+(aq)I2(s) + H2O(l)；（4） H2S(g) + O2(g)SO2(g) + H2O(g)；（5） NH3(g) + O2(g)NO2(g) + H2O(g)；（6） SO2(g) + H2S(g)S8(s) + H2O(g)；（7） HNO3(aq) + Cu(s)Cu(NO3)2(aq) + NO(g ) + H2O(l)；（8） Ca3(PO4)2(s)

18、 + C(s) + SiO2(s)CaSiO3(l) + P4(g) + CO(g)；（9） KClO3(s)KClO4(s) + KCl(s)（提示：歧化反应可方便地从反方向进行配平）。解答（1）3SiO2(s) + 4Al(s) = 3Si(s) + 2Al2O3(s)；（2）I2(s) + H2S(aq) + 2H2O = 2I-(aq) + S(s) + 2H3O+(aq)；（3）H2O2(aq) + 2I-(aq) + 2H3O+(aq) = I2(s) + 4H2O(l)；（4）2H2S(g) + 3O2(g) = 2SO2(g) + 2H2O(g)；（5）4NH3(g) + 7O

19、2(g) = 4NO2(g) + 6H2O(g)；（6）8SO2(g) + 16H2S(g) = 3S8(s) + 16H2O(g)；（7）8HNO3(aq) + 3Cu(s) = 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)；（8）2Ca3(PO4)2(s) + 10C(s) + 6SiO2(s) = 6CaSiO3(l) + P4(g) + 10CO(g)；（9）4KClO3(s) = 3KClO4(s) + KCl(s)2 用半反应法配平下列反应方程式：（1）I- + H3O+ + NONO(g) + H2O(l) + I2(s)； （2）Al(s) + H3O+ +

20、 SOAl3+ + H2O(l) + SO2(g)； （3）Zn(s) + OH- + NO + H2O(l)NH3(aq) + Zn(OH)； （4）I2(l) + OH-I- + IO + H2O(l)； （5）H2S(aq) + Cr2O+ H3O+Cr3+ + H2O(l) + S8(s)。解答 （1）2I-(aq) + 4H3O+(aq) + 2NO(aq) = 2NO(g) + 6H2O(l) + I2(s)； （2）2Al(s) + 12H3O+ + 3SO = 2Al3+(aq) + 18H2O(l) + 3SO2(g)； （3）4Zn(s) + 7OH-(aq) + NO(a

21、q) + 6H2O(l) = NH3(aq) + 4Zn(OH)(aq)； （4）3I2(s) + 6OH-(aq) = 5I-(aq) + IO(aq) + 3H2O(l)；（1） 24H2S(aq) +8Cr2O(aq) + 64H3O+(aq) = 16Cr3+(aq) + 120H2O(l) + 3S8(s)。3 用半反应法配平下列反应方程式。给出的方程式中未示出H+，OH-或H2O，你应该会用加进H2O和它的两个组成离子的方法配平这些方程。(1) ClO- + I2Cl- + IO； (2) Mn(OH)2(s) + H2O2(aq)MnO2(s)；(3) Zn(s) + NOZn2

22、+ + NH；(4) P4(s) + NOH3PO4(aq) + NO(g)；(5) H2S(aq) + NOS(s) + NO(g)。解答（1）5ClO-(aq) + I2(s) + H2O(l) = 5Cl-(aq) + 2IO(aq) + 2H+(aq)；（2）Mn(OH)2(s) + H2O2(aq) = MnO2(s) + 2H2O(l)；（3）4Zn(s) + NO(aq) + 10H3O+(aq = 4Zn2+(aq) + NH(aq) + 13H2O(l)； Zn与HNO3的反应较为复杂，不但与HNO3的浓度有关，还与外界温度有关；条件不同，反应产物也不同。上面的反应只是其中之

23、一。（4）3P4(s) + 20NO(aq) + 20H3O+(aq) = 12H3PO4(aq) + 20NO(g) + 12H2O(l)；（5）3H2S(aq) + 2NO(aq) +2H3O+(aq) = 3S(s) + 2NO(g) + 6H2O (l)。4 金属铝可以从溶液中置换出锌。试写出(1)氧化与还原的半反应和总的氧化还原反应的方程式；(2)根据此氧化还原反应设计一个原电池。解答 (1) 氧化：Al Al + 3e 2 还原：Zn + 2e Zn 3总： 2Al + 3Zn = 2Al + 3Zn(2) () Al| Al2(SO4)3 ZnSO4| Zn (+)5 目前正在研

24、究的锌氯电池是一种可能成为电动汽车发动机能源的新型电池。该电池的电池反应如下所示：Zn(s) + Cl2(g) ZnCl2(aq)。试求该电池电动势。解答查表得：负极：Zn Zn + 2e E( Zn/ Zn)= 0.7628v正极：Cl+ 2e2 Cl E( Cl/ Cl)= +1.358v所以 E = E E= (+1.358v) (0.7628v) = +2.121v6 利用标准还原电势计算电池的电动势。Cr2O72-(aq) + 14 H3O+(aq) + 6 I-(aq) 2 Cr3+(aq) + 3 I2(s) + 21 H2O(l)(提示：标准还原电势是强度性质。)解答查表得:1

25、4 H3O+ + Cr2O72-+6e 2Cr3+ + 21H2O E(Cr2O72-/ Cr3+) = +1.33V6I- - 6e 3I2 E(I2 / I-) = +0.535VE = E (Cr2O72-/ Cr3+) - E (I2 / I-) = 0.79V7 原电池Cd(s)Cd2+(c=1 mol·dm-3)Cu2+(c=1 mol·dm-3)Cu(s)的电动势测得为：Ecell= 0.740 V。试求Cd2+/Cd电极的标准还原电势。解答查表得: E(Cu2+/ Cu) = +0.34V因为Ecell = E(Cu2+/ Cu) - E(Cd2+/ Cd)

26、,所以E (Cd2+/ Cd) = E (Cu2+/ Cu) - Ecell = -0.403V8 金属铝能否从水溶液中置换出铜？下面的反应能否自发进行？2 Al(s) + 3 Cu2+(aq, c=1 mol·dm-3) 3 Cu(s) + 2 Al3+ (aq, c=1 mol·dm-3)解答查表得: Al Al 3+3e (氧化) E(Al 3+/ Al) = -1.66V Cu2+2eCu (还原) E(Cu2+/ Cu) = +0.34VEcell = E(Cu2+/ Cu) - E(Al 3+/ Al) > 0所以该反应能自发进行,即铝能从水溶液中置换出铜

27、.9 利用标准还原电势判断下列反应在标准状态下是否能够自发进行。 (a) Cu(s) + 2 H3O+(aq) Cu2+(aq) + H2(g) + 2 H2O(l)(b) Cl2(g) + 2 I-(aq) 2 Cl-(aq) + I2(s)解答(a) CuCu2+2e E (Cu2+/ Cu) = +0.34V2H3O+ + 2eH2 +2H2O E (H3O+/ H2) = 0因为E (Cu2+/ Cu) > E(H3O+/ H2), 所以该反应不能自发进行.(b) Cl2 +2e 2Cl- E (Cl2/ Cl-) = +1.358V I2 +2e2I- E (I2 / I-)

28、= +0.535 V因为 (Cl2/ Cl-)> E (I2 / I-),所以该反应能自发进行.10 计算25时反应Cu(s) + 2 Fe3+(aq) Cu2+(aq) + 2 Fe(s)的平衡常数K。解答查表得:CuCu2+2e (氧化) E (Cu2+/ Cu) = +0.34VFe3+eFe2+ (还原) (Fe3+/ Fe2+) = +0.771 VFe2+2eFe (还原) (Fe2+/ Fe) = -0.44 VE (Fe3+/ Fe) = 1×0.771+2×(-0.44)/1+2 =-0.036 VEcell = E (Fe3+/ Fe)- E (C

29、u2+/ Cu) = - 0.807 VEcell = 0.059V/nlgK lgK = n Ecell/0.059 = 6×(- 0.807)/0.059 解之,得 K = 8.55 ×1011 计算Pt(s)Fe2+(c=0.10 mol·dm-3), Fe3+(c=0.20 mol·dm-3)Ag+(c=1.0 mol·dm-3)Ag(s)的电池电动势。解答查表得:Fe3+eFe2+ E(Fe3+/ Fe2+) = +0.771 V Ag+ +e Ag E(Ag+/ Ag) = +0.7994V由能斯特方程,得E (Fe3+/ Fe2+) = E(Fe3+/ Fe2+) 0.059 = +0.771 0.059lg0.10/0.20 = +0.7887vE cell = E(Ag+/ Ag) - E (Fe3+/ Fe2+) = 0.7994v 0.7887v = 0.0107v12 参考图6.9，判断电极分别为铜和铂时的电极反应和总反应。解答 (1) 当电极为铜时，阳极失去电子，铜原子氧化变为铜离子进入溶液。阴极得到电子，溶液中的铜离子还原为铜附着在阴极上。实际上这是铜的精炼反应。 (2) 当电极为铂时，铂为惰性电极，阳极实际上