第八章氧化还原反应与电化学习题解答
1.回答下列问题。
(1)怎样利用电极电势来确定原电池得正负极,并计算原电池得电动势？
(2)怎样理解介质得酸性增强,KMnO 4得电极电势代数值增大、氧化性增强？
(3)Nernst 方程式中有哪些影响因素？它与氧化态及还原态中得离子浓度、气体分压与介质得关系如何？
(4)区别概念:一次电池与二次电池、可逆电池与不可逆电池。 (5)介绍几种不同原电池得性能与使用范围。 (6)什么就是电化学腐蚀,它与化学腐蚀有何不同？ (7)防止金属腐蚀得方法主要有哪些？各根据什么原理？ 【解答】
(1)电极电势值高得电极做正极,电极电势值低得电极做负极。原电池得电动势等于正极得电动电势减去负极得电极电势。
(2)根据电极反应:
2442284c(Mn )
0.0592MnO MnO c ()()lg Mn Mn c(MnO )5
c(H )()c c
+--
Θ
Θ++-
ΘΘ?=?-+? 由电极电势得能斯特公式可知,介质酸性增强时,H +浓度增大,代数值增大,电对中MnO 4得氧化性增强。
(3)对于电极反应 电极电势得Nernst 方程为:
影响电极电势大小得因素:
a)浓度对电极电势得影响电对中氧化态得离子浓度(或气体分压)增大时,电极电势增加;还原态得离子浓度(或气体分压)增大时,电极电势降低。
b)酸度对电极电势得影响对于有H+或OH参加得电极反应,溶液酸度得变化会对电极电势产生影响,对于没有H+或OH参加得电极反应,溶液酸度得变化对电极电势得影响很小。
(4)一次电池就是指电池放电到活性物质耗尽只能废弃而不能再生与重复使用得电池。二次电池就是指活性物质耗尽后,用其她外来直流电源进行充电使活性物质再生可重复使用得电池。
可逆电池得“可逆”就是指热力学可逆,可逆电池中得任何过程均为热力学得可逆过程。
可逆电池必须满足两个条件:①电极反应与电池反应必须可以正逆两个方向进行,且互为可逆反应;②通过电池得电流必须无限小,电极反应就是在接近电化学平衡得条件下进行得。凡就是不满足这两个条件得电池就就是不可逆电池。
(5)锌锰干电池 :就是一次电池,负极为锌,正极得导电材料为石墨棒,活性材料为二氧化锰,电解质为氯化锌与淀粉得氯化氨水溶液。电池电动势为1、5 V,适应于间歇式放电场合。
铅蓄电池 :就是最常用得二次电池,正极得活性物质就是二氧化铅,负极得活性物质就是海绵状铅,电解液就是硫酸水溶液。该电池价格低廉但质量大,比能量低,对环境有一定得污染。
锂电池 :比能量高,有广阔得温度使用范围,放电电压平坦。特别适用于心脏起搏器得电源。
燃料电池 :能量转换效率高,电池能长时间运行,且污染小噪音低。这
种电池已经在航空航天、海洋开发与通讯电源等方面得到应用。
(6)单纯由化学作用引起得腐蚀叫做化学腐蚀。当金属与电解质溶液接触时,由于电化学作用而引起得腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀特点就是形成腐蚀电池。
(7)防止金属腐蚀得方法主要有:正确选用金属材料合理设计金属结构;电化学保护法,电化学保护法又分为阳极保护法与阴极保护法;覆盖层保护法;缓蚀剂法。
2.将下列反应设计成原电池,以电池符号表示,并写出正、负极反应(设各物质均处于标准状态)。
(1) (2) (3) 【解答】 (1) 正极: 负极: (2) 正极: 负极:
(3)3+2+2++4()Pt Fe (c ),Fe (c )MnO (c ),Mn (c ),H (c )Pt()ΘΘ-ΘΘΘ-+P 正极: 负极:
3.判断下列反应在298、15K 时反应自发进行得方向。 (1)
(2)
;
【解答】
(1)假定正向自发,则:
正极:
负极:
假设成立,正向自发。
(2)假设正向自发,则:
正极:
负极:
假设正向自发不成立,逆反应自发。
4.今有一种含、、三种离子得混合溶液,欲使氧化为,而又不使、氧化,在常用得氧化剂与中,选择哪一种才符合上述要求？为什么？
【解答】查表得:
;
;;
由此可知,在常用得与中,选择符合上述要求。
根据题意,所选电对得电极电势应在0、535V∽1、065V之间,只有,所以选择作为氧化剂。
5.根据标准电极电势确定下列各种物质哪些就是氧化剂？哪些就是还原剂？并排出它们氧化能力与还原能力得大小顺序。
,,,,,,,
【解答】查表得:
;
;
;
;
氧化剂氧化能力由高到低:
>>>>>
还原剂还原能力由高到低:
>>>
6.由标准氢电极与镍电极组成原电池,若时,电池得电动势为0、316V,镍为负极,计算镍电极得标准电极电势。
【解答】查表得:
正极:
负极:
电池反应:
解得:= 0、2568V
7.计算下列电池反应在298、15K时得或与或值,并指出反应就是否自发。
(1)
(2)
,,
【解答】
(1)假设反应正向自发,则:
正极:
负极:
22E (Cl /Cl )(Cu /Cu) 1.3580.342 1.016V ΘΘ-Θ+=?-?=-=
1r m G zE F 1 1.0169648598028.76J mol 0Θ
Θ-?=-=-??=-?<
正向自发
(2)假设反应正向自发,则:
正极: 负极:
2
2H 222p c(Cu )0.0592c p
E E lg
c(H )2
()c
0.01900.05921100(H /H2)(Cu /Cu)lg
0.012
()1
00.3420.05780.3998V 0
+Θ
Θ
Θ+ΘΘΘ+?=-?
=?+-?-=--=-<
1r m G zE F 2(0.3998)9648577149.4J mol 0-?=-=-?-?=?>
逆向自发
8.在298、15K 与pH=7时,下列反应能否自发进行？计算说明之。 (1) (2)
【解答】假设反应正向自发,则: (1)正极:
负极:
-3272E (Cr O /Cr )(Br /Br ) 1.232 1.0650.167V ΘΘ+Θ-=?-?=-=
,pH=7,
32261427714c(Cr )()0.0592c E E lg
c(Cr O )6
Br c(H )()()()c c c
0.05921
0.167lg
106
()1
0.1670.9670.8V 0+ΘΘ--+Θ
ΘΘ-=-=-=-=-< 逆向自发
(2)假设反应正向自发,则:
正极:
负极:
-242E (MnO /Mn )(Cl /Cl ) 1.491 1.3580.133V ΘΘ+Θ-=?-?=-=
, pH=7,
22Cl 2210164716p c(Mn )()()0.0592c p
E E lg
c(MnO )10
Cl c(H )()()()
c c c
0.05921
0.133lg
1010
()1
0.1330.6630.53V 0
+Θ
ΘΘ-+ΘΘΘ-=-=-=-=-< 逆向自发
9.在298、15K 时,有下列反应
(1)计算该反应组成得原电池得标准电动势。
(2)计算该反应得标准摩尔吉布斯函数变,并指出反应能否自发进行。 (3)若溶液得pH=7,而,问反应得就是多少？此时反应进行得方向？ 【解答】首先判断原电池得正极与负极 正极:
负极:
(1)-34332E (H AsO /H AsO ) (I /I )=0.56-0.536=0.024V ΘΘΘ=?-? (2)
反应能正向自发 (3)pH=7,,
反应逆向自发进行 10.计算下列反应
(1)在298、15K 时得平衡常数 (2)若反应开始,,求达到平衡时
【解答】首先判断原电池得正极与负极 正极: , 负极: ,
(1)298、15K 时得平衡常数
32E (Ag /Ag)(Fe /Fe )0.80.7710.029V ΘΘ+Θ++=?-?=-=
(2)若反应开始,,设平衡时Fe 3+得浓度为
起始浓度 1 0、01 平衡浓度 1c 0、01c c
解得: