大学化学课后习题答案第四章

第四章电化学与金属腐蚀L是非题(对的在括号内填错的填“，号(1取两根铜棒，将一根插入盛有0.1mol-dm-3CuSO4溶液的烧杯中，另一根插入盛有lmol-dm-3CuSO4溶液的烧杯中，并用盐桥将两只烧杯中的溶液连结起来，可以组成一个浓差原电池。((2金属铁可以置换Cu2十,因此三氯化铁不能与金属铜反应。((3电动势E(或电极电势(p的数值与反应式(或半反应式的写法无关，而标准平衡常数K。的数据，随反应式的写法(即化学计量数不同而变。((4钢铁在大气的中性或弱酸性水膜中主要发生吸氧腐蚀,只有在酸性较强的水膜中才主要发生析氢腐蚀。((5有下列原电池(-Cd|CdSO4(lOmoldm-3||CuSO4(lOmoldm-3|Cu(十若往CdS04溶液中加入少量Na2s溶液，或往CuS04溶液中加入少量CuSO4-5H2O晶体,都会使原电池的电动势变小。(解:(1十;(2—;(3十;(4十;(5—。2.选择题(将所有正确答案的标号填入空格内(1在标准条件下，下列反应均向正方向进行：C12O72-十6Fe2十十14H十=2Ci3H6Fe3H7H2O2Fe3十十Sn2十=2Fe2+十Sn4十它们中间最强的氧化剂和最强的还原剂是 O(aSn2+和Fe3+(bCr2O72-和Sn2+(cC[3+和Sn4+(dCi2O72-和Fe3+(2有一个原电池由两个氢电极组成，其中有一个是标准氢电极，为了得到最大的电动势，另一个电极浸入的酸性溶液［设P(H2=100kPa］应为(aO.Imol-dm-3HCl(bO.lmol-dm-3HAc+0.Imol-L-lNaAc(cO.lmol-dm-3Hac(dO.lmoldm-3H3PO4(3在下列电池反应中Ni(s+Cu2+(aq—>Ni2+(1.0moldm-3+Cu(s当该原电池的电动势为零时Cu2十浓度为(a5.05xl0-2711101-dm-3(b5.71x10-2Imol-din-3(c7.10x10-1411101-dm-3(d7.56x10-1Imol-din-3(4电镀工艺是将欲镀零件作为电解池的(；阳极氧化是将需处理的部件作为电解池的(。(a阴极(b阳极(c任意一个极解。b;(2b;(3b;(4a,b。.填空题(1有一种含Cl-、Bi-和I-的溶液.要使I-被氧化而Cl-、B［-不被氧化，则在常用的氧化剂(aKMnO4酸性溶液,(bK2c1207酸性溶液,(c氯水和(dFe2(SO43溶液中应选(为最适宜。(2有下列原电池(-pt|Fe2+(lmol-dm-3Fe3+(0.01mol-dm-3||Fe2+(lmol-dm-3,Fe3+（lmol•dm-31Pt（十该原电池的负极反应为（,正极反应为(。(3电解含有下列金属离子的盐类水溶液:Li十、Na+、K+、Zn2十、Ca2十、Ba2十、Ag+0(能被还原成金属单质;(不能被还原成金属单质解:(ld(2Fe2+=Fe3He-;Fe3++e-=Fe2+(3Zn2十、Ag十;Li+、Na+、K十、Ca2+、Ba2+.写出下列化学方程式的氧化反应及还原反应的半反应式(须配平。(1Zn+Fe2+=Zn2++Fe(221-十2Fe3+=I2+2Fe2十(3Ni+Sn4+=Ni2十十Sn2十(45Fe2十十8HHMnO4-=Mn2++5Fe3H4H20解。负极Zn(s=Zn2+(aq+2e-正极Fe2十(aq+2e-=Fe(s(2负极2I-(aq=I2(s十2e-正极Fe3十(aq+e-=Fe2+(aq(3负极Ni(s=Ni2十(aq十2e-正极Sn4+(aq+2e-=Sn2+(aq(4负极Fe2+(aq=Fe3+(aq+e-正极MiiO4-(aq+8H+(aq+5e-=Mn2+(aq+4H2O(1.将上题各氧化还原反应组成原电池,分别用图式表示各原电池。解Q(-Zn|Zn2+||Fe2十|Fe(十(2(-Pt|1211-||Fe2+,Fe3+|Pt(+(3(-Ni|Ni2+||Sn2十,Sn4+|Pt(+(4(-Pt|Fe2十,Fe3+||Mn2+,MnO4-,H十|Pt(十.参见标准电极电势表,分别选择一种合适的氧化剂，能够氧化:(1C1-成C12;(2Pb成Pb2十;(3Fe2十成Fe3十。再分别选择一种合适的还原剂，能够还原:(aFe2十成Fe;(bAg十成Ag;(cNO2-成NO。解:合适的氧化剂为(1酸化的MiiO4-(2HNO3(3C12合适的还原剂为(lZn(2Sn2十(31-［本题非唯一答案.凡合理的其他答案均可。］.将锡和铅的金属片分别插入含有该金属离子的溶液中并组成原电池(用图式表示,要注明浓度。(lc(Sn2+=0.0100nioldm-3,c(Pb2十=1.00nioldin-3;(2c(Sn2+=1.00moldm-3,c(Pb2+=0.100moldm-3。分别计算原电池的电动势，写出原电池的两电极反应和电池总反应式。解:查阅教材附录10可知:(1当(1c(Sn2+=0.0100moldm-3,c(Pb2+=1.00moldm-3时:故以锡电极作原电池负极，铅电极作正极。V1262.0Pb/Pb(Pb/Pb(V197.00100.01g20.05917V0.138V-}/Sn(lg{0.05917VSn/Sn(Sn/Sn(22222-=-=x+=+=+®+®+十。+。忡归cn0.126V-/PbPb(0.138V-Sii/Sn(22==+0+0(j)(|)原电池图式为：(-Sn|Sn24-(0.01OOniol-dm-3||Pb2+(1.00niol-dm-3|Pb(+正极反应:Pb2++2e-=Pb负极反应:Sn十2e-=Sn2-H-2e-电池总反应:Pb2HSn=Pb+Sn2十原电池电动势:E=_M)-十=Pb/Pb(2十。一Sn/Sn(2十(|)=V1262.0-(-0.197V=0.07IV(2当c(Sn2+=L00inol.dm-3,c(Pb2+=0.100moldm-3时：Sii/Sn(2十6=Sn/Sn(2+®(|)=一0.1375V此时以铅电极为原电池负极，锡电极为正极.原电池图式为：(-)PbIPb”(O.lOOmol-dm-3)IISn2+(1.(X0(Pb"/Pb)=°b(Pb'+/Pb)+°°5917V-lg{c(Pb:*)/c®}nnme、/.0.05917V，八此时以铅电极为原电池负极，锡电极为正极。原电池图式为：(-Pb|Pb2+(O.lOOmol-dm-3||Sn2+(l.OOniol-dm-3|Sn(十正极反应:Sn2++2e-=Sn负极反应:Pb=Pb2-H-2e-电池总反应:Pb+Sn2十=Pb2-h-Sn原电池电动势:E=_(M)-十=Sii/Sn(2+(|)-Pb/Pb(2十(|)=V1375.0-(-0.156V=0.019V.求反应Zn+Fe2+(aq=Zn2+(aq+Fe在298.15K时的标准平衡常数。若将过量极细的锌粉加入Fe2十溶液中，求平衡时Fe2十(aq浓度对Zn2十(aq浓度的比值。解:Zn+Fe2+(aq=Zn2十(aq十FeE=_L+=2(Fe/Fe6(p+-2(Zn/Zn6(p+=-0.447V-(-7618V=0.315VIgK0 —=2x0.315V/0.05917V=10.6O.O5917V——=2x0.315\O.O5917VkKe=—^—=2x0.315V/0.05917V=10.6全。.将下列反应组成原电池(温度为298.15K2-(aq+2Fe3+(aq=I2(s+2Fe2十(aq(1计算原电池的标准电动势;(2计算反应的标准摩尔吉布斯函数变;(3用图式表示原电池；(4计算c(I-=1.0xl0-2mol-dm-3以及c(Fe3+=c(Fe2+/10时,原电池的电动势。解。查阅教材附录10可知:32(Fe/Fe卿++=0.771V,2(1/I0(p=0.5355VE6=_8e(p(p+-=32(Fe/Fe0(p++—2(I/16(p=0.771V-0.5355V=0.236V(2ArGm0(298K=-iiFE0=-2x96485C.mol-1x0.236V—45.5kJ.mol-1(3原电池图式：(-Pt|12|I-||Fe3+,Fe2十|Pt(十

(4)/(4)/E9-°"v.[c(r)/c®『[c(Fe]=0.236V-lgl02/(1.0xl0-22=0.058V.当pH=5.00,除H十(aq离子外，其余有关物质均处于标准条件下时,下列反应能否自发进行?试通过计算说明之。2MnO4-(aq+16H+(aq+10Cl-=5C12(g+5Mli2十(aq+8H20(1解:由反应2M11O4-(aq+16H+(aq+10Cl-=5C12(g+5Mli2十(aq+8H20(1组成原电池正极:MnO4-(aq+8H+(aq+5e-=Mn2十(aq十4H20(1负极:2C1-(aq=Cl2(g+2e-当pH=5.00,其他有关物质均处于标准条件时：(4)E=E9_005917V. "Fe力/c号n[c(P)/c°]2[c(Fe3*)/「(4)氏E-l吧•• I•Iif=1.033V11.由镇电极和标准氢电极组成原电池。若c(Ni2+=0.0100mol,dn】-3时,原电池的电动势为O.315V，其中镇为负极，计算银电极的标准电极电势。解：E=。 -①“ ・(0.059/2)磔为12+=0,315/H. 4 /a所以仃=-0.315-(0.059/2)IgO.01=-0.315+0.059=-0.256(V)z412.由两个氢电极H2(101.325kPa|H+(0.10mol•dm-31Pt和H2(101.325kPa|H+(xinoldm-3|Pt组成原电池，测得该原电池的电动势为0.016V。若后一电极作为该原电池的正极，问组成该电极的溶液中H十的浓度x值为多少？解：田味/R%孙%工・(0.059/2强区办=0.315所以<^,/=-0.315・(0.059/2)lg0.01=-0.315+0.059=-0.256(V)r,不。 8059C： 0.059, 、£二(中〃/+ )T中〃+ lg(0.1)^)=0.016， 2 /h. 213.判断下列氧化还原反应进行的方向(设离子浓度均为Imoldm-3:(lAg++Fe2+Ag+Fe3+(22Cr3H312+7H20Ci2072-十61-十14H十(3Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2解：E=% -6=0-味.(0.(TOC\o"1-5"\h\z/h~ /M /M解：E=%7-①”n=(M)；%-(0.05所以6,%=・O.315・(0.059/2)lgO.(解：E=£:-<Dv=0-<D3m-(0.059/2)lgCNi2+=/h. 4 A解：E=%./-① ①:/・(0.()rr/ ， / M//H. ZM /M所以。7一=一0.315・(0.059/2)IgO4 ■ — —解：E=% -①、=0-①；.(0.059j/H /M Z.V=0.34(V)①：.=0.77(V)E=0.77-0.34=0.43>0正向14.在pH=4.0时，下列反应能否自发进行?试通过计算说明之（除H十及0H-外淇他物质均处于标准条件下。(ICf2072-(aq+H+(aq+Br-(aq->Br2(1+Cr3+(aq+H20(1(2M11O4-(aq+H十(aq十Cl-(aq-Cl2(g+Mn2+(aq+H20(1解:pH=4.0及其他物质均处于标准条件下:(1反应Ci2072-(aq+H十(aq十Bi-(aq-Br2(1+Cr3+(aq+H20(1组成原电池：正极:Ci2072-+H-H-6e-=Ci3HH20负极:Br-=Br2十2e-6I”=0,34(V)£,./=0.77(V)。“/q①工./=0.34(V)①3/=0.77(FeA-E=0.77-0.34=0.43>0正向2(Br/Br(p-=2(Br/Br0(p-=1.066V因2327(Ci0/c(p-+<2(Br/Br9-，故正反应不能自发进行。(2反应MiiO4-(aq+H+(aq+Cl-(aq^Cl2(g+Mn2+(aq+H20(1组成原电池：正极:MnO4-(aq+8H+(aq+5e-=Mn2十(aq+4H20(1负极:2C1-(aq=Cl2(g+2e-吗=0.34(V)%=0.77(V)Ai 0.05917V _4s=1.507V+ xlg(IO2(C1/C1(p-=2(C1/C1Ocp-=1.358V因22(C1/C1(p-=2(C1/C1Ocp-=1.358V因2十(MnO/Mn(p-<2(Cl/Cl(p-5=1.128V

，故正反应不能自发进行。.计算下列反应的标准平衡常数和所组成的原电池的标准电动势。Fe3十(aq+I-(aq=Fe2十(aq十1/212(s又当等体积的2moldm-3Fe3+和2moldm-31-溶液混合后,会产生什么现象？解:Fe3十(aq+I-(aq=Fe2+(aq+l/212(sE6=_00(p(p+-=32(Fe/Fee(p++--(I/I6(p=0.771V-0.5355V=0.236V1.507V+0.05917V1.507V+0.05917V5K0=9.8x103当两溶液等体积混合后，离子浓度均变为111】。卜出1】-3,据上述计算上＞0,反应正向进行,溶液由浅黄色转变为棕黄色，并(或有紫黑色碘沉淀析出。.由标准钻电极(C。2十和Co组成与标准氯电极组成原电池,测得其电动势为1.64V，此时钻电极为负极。已知jq(Cl2/C1-=1.36V，问:(1标准钻电极的电极电势为多少(不查表2(2此电池反应的方向如何。当氯气的压力增大或减小时，原电池的电动势将发生怎样的变化2(4当Co2十的浓度降低到0.010moldn-3时，原电池的电动势将如何变化。数值是多少？解。依题意钻电极为负极，氯电极为正极:E0=_00(p9+-=2(Cl/C10(p-—2+(Co/Coe(p1.64V=1.36V-2+(Co/CoG(p2十(Co/Co6吁0.28V(2原电池反应为：Co+Cl2=Co2++2C1-zox RT“(Cl,)///(3)0(C1,/Cl)=/(Co-/Co)+—In—~J',nF[r(cr)/ctf]-当p(Cl2增大时,2(C1/C1<p-增大,原电池电动势E值增大;当p(Cl2减小时,2(C1/Cl(p-减小,原电池电动势E减小。(4当c(Co2+=0.010mobdm-3时0(CL/cr)=/(Co2t/Co)-h—In/?(C1-.|Z, nF[c(Cr)/c,「当〃912)增大时，09小。「)增大，原电池电动势E值增大：兰一 , “ 0.05917V .• ,MCo」/Co)=〃(Co,7Co)+ klc"Co\/c"1.从标准电极电势值分析下列反应向哪一方向进行？MnO2(s十2cl-(aq+4H+(aq=Mii2+(aq+Cl2(g+2H20(1实验室中是根据什么原理,采取什么措施，利用上述反应制备氯气的「解:查阅教材附录10可知：2十2(MnO/M116(p=1.244V,2(C1/C10(p-=1.358Vo2+2(MnO/Mn6(p<2(C1/Cie(p-，故在标准状态下,反应向左进行(正向非自发。然而,MnO2的氧化性受介质酸度的影响较大。从MnO2/Mil2十电对的半反应式MnO2(s+4H十(aq+2e-=Mii2+(aq+2H20可以得出H十浓度对其电极电势的影响为：0(MnO,/Mn~+)="(MnO,/Mn-)+——In ^―' ' nF[c(Mn+)/c"]即值随H+浓度的增大而增大，所以实验室用浓盐酸(如12mol-dm-3与MnO2在加热条件下反应增加MiiO2的氧化性;与此同时,c(C1-的增加及加热使p(C12降低，均使2(C1/C19-减小,增加了C1-的还原性,使2+2(M110/M11(p>2(C1/C1(p-，反应正向进行。此外，加热可以使反应速率增加。.用图式表示下列反应可能组成的原电池，并计算反应的标准平衡常数。Cu(s+2Fe3十(aqCu2十(aq+2Fe2+(aq解:原电池图式为:(-Cu|Cu2+|Fe2十,Fe3十|Pt(十^(MnOJMn)=/(MnO,/Mn)+——In —' ' nF[c(Mn**)/c]341V/0.05917V=14.5K6=3x1014.为什么Cu十在水溶液中不稳定，容易发生歧化反应”5OC时歧化反应的ArGme和Ke分别是多少?[提示:铜的歧化反应为2Cu+(aq=Cu2+(aq+Cu(s]解:歧化反应2Cu+(aq=Cu2十(aq十Cu(s查阅教材附录10可知：Cu/Cu(十g=0.521V而Cu/Cu(2++0(|)得利用Cu/Cu(+6(|)与Cu/Cu(2十0忏0.3419V，通过计算而得:« ♦ 2x0.3419-0.521 x//(Cu-zcu*)= V=0.163VI所以E6=_ee(p(p+-=Cu/Cu(+e忏Cu/Cu(2++0(|)=O.521V-0.163V=0.358V>0可见,Cu十在水溶液中是不稳定的,容易发生歧化反应。AiGm0=-nFE0=-lx96485Cmol-lx0.358V=-34.5kJmol-lK0=1.12x106.用两极反应表示下列物质的主要电解产物。(1电解N1SO4溶液，阳极用镇,阴极用铁;(2电解熔融MgCl2,阳极用石墨，阴极用铁;(3电解KOH溶液，两极都用柏。解(1阳极:Ni(s=N12十(aq十2e-阴极:Ni2十(aq+2e-=Ni(s(2阳极：2C1-(aq=Cl2(g+2e-阴极:Mg2十+2e-=Mg(s(3阳极:4OH-(aq=2H20(1十O2(g十2e-阴极:2H20(1十2e-=20H-(aq+H2(g*2L电解镁盐溶液，其中c(Ni2+=0.10moldni-3o如果在阴极上只要Ni析出,而不析出氢气,计算溶液的最小pH值(设氢气在Ni上的超电势为0.21Vo解:电解镇盐溶液时，阴极可能发生的反应为：Ni2十(aq+2e-=Ni(sH++2e-=H2镇的析出电势：W(Ni"/Ni)=*"(Ni"/Ni)+005917Vlgc(Ni")/c'2n 0.05917V=-0.257V+ igo.io2=-0.29V氢的析出电势[p(H2=P0]:O(Ni"/Ni)=/(Ni2+/Ni)4-7Vlgc(Ni'+)/c'IgO.IO=-0.257V+°°5917VIgO.IO=-0.29V为使氢气不断析出,需满足Ni/N1(2+归H/H(2+(|)即:-0.29V>{0.05917Vlgc(H+-0.21V}则:c(H+<0,044moldm-3pH=-1gc(H+/c6>-lg0.044=1.36溶液的最小pH为1.3622.分别写出铁在微酸性水膜中，与铁完全浸没在稀硫酸-3中发生腐蚀的两极反应式。解:铁在微酸性水膜中发生吸氧腐蚀,电极反应为：阳极:Fe(s=Fe2+(aq+2e-阴极2H20(1+02(g+4e-=40H-(aq铁浸没在稀硫酸中发生析氢腐蚀,电极反应为：阳极Fe(s=Fe2十(aq+2e-阴极2H十(aq十2e-=H2(g*23.已知下列两个电对的标准电极电势如下：Ag+(aq+e-=Ag(s;<p(Ag+/Ag=O.7996VAgBi(s+e-=Ag(s+Bi-(aq;(p((AgBr/Ag=0.0730\r试从(P值及能斯特方程式,计算AgBr的溶度积。解:若将两电极组成原电池：(-Ag|AgBi(s|Br-(aq||Ag+(aq|Ag(十电池总反应式为Ag十(aq+Bi-(aq=AgBi(s该反应的平衡常数为K0=l/[ceq(Ag+/c0][ceq(Br-/c0]=l/Ks(AgBriflJlgK9n卢_/:|(pfiAg/As-(pa(AgBr/Ag)]0.05917y 0.05917iflJlgK9=lx(0.7996-0.0730V/0.05917V=12.28K6=1.9xl012Ks(AgBi=5.2x10-13*23.银不能溶于l.Omoldni-3的HC1溶液，却可以溶于l.Omoldm-3的HI溶液,试通过计算说明之。[提示:溶解反应为2Ag(s+2H+(aq+2I-(aq=2AgI(s+H2(g,可从cp(Ag+/Ag及Ks8(AgI,求出(p(AgI/Ag,再判别"解:已知Ag+(aq+e-=Ag