醫(yī)用化學(xué)-習(xí)題參考答案:第六章 氧化還原與電極電位

第六章 氧化還原與電極電位 習(xí)題解答

1．指出下列各物質(zhì)中畫線元素的氧化數(shù)。

O₃ H₂O₂   I₂O₅ Cr₂O₇^2- MnO₄^- N₂H₄

解：O₃ （0)H₂O₂（-1)I₂O₅（+5)

Cr₂O₇^2-（+6)  MnO₄^- （+7)  N₂H₄（-2)

2．完成并配平下列在酸性溶液中進(jìn)行的反應(yīng)的方程式。

（1)Fe²⁺ + NO₃^-Fe³⁺ + NO₂

（2)Cr₂O₇^2-+ H₂O₂Cr³⁺ + O₂

（3)MnO₄^2- + H⁺MnO₄^- + Mn²⁺

（4)Zn + NO₃^-Zn²⁺ + NH₄⁺

解：（1)Fe²⁺+ NO₃^- + 2H⁺ == Fe³⁺ + NO₂+ H₂O

（2)Cr₂O₇^2-+ 3H₂O₂ + 8H⁺ == 2Cr³⁺ + 3O₂+ 7H₂O

（3)5MnO₄^2-+ 8H⁺ == 4MnO₄^- + Mn²⁺ + 4H₂O

（4)4Zn + NO₃^-+10H⁺4Zn²⁺ + NH₄⁺ + 3H₂O

3．完成并配平下列在堿性溶液中進(jìn)行的反應(yīng)的方程式。

（1)Fe（OH)₂ + H₂O₂Fe（OH)₃

（2)Br₂ + IO₃^-Br^- + IO₄^-

（3)MnO₂ + H₂O₂MnO₄^2-

解：（1)2Fe（OH)₂ + H₂O₂ == 2Fe（OH)₃

（2)Br₂+ IO₃^-+ 2OH^- == 2Br^- + IO₄^-+H₂O

（3)MnO₂+ H₂O₂ + 2OH^- == MnO₄^2-+ 2H₂O

4．試用符號(hào)表明下列各組電對(duì)（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)組成的原電池。寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)式。

（1)Cu²⁺/Cu，Ni²⁺/Ni

（2)Fe²⁺/Fe，Cl₂/Cl^-

（3)Cu²⁺/Cu，Ag⁺/Ag

解：（1)電池符號(hào)（-)Ni︱Ni²⁺（1 mol·L^-1)‖Cu²⁺（1 mol·L^-1)︱Cu（+)

電極反應(yīng)：    正極Cu²⁺ +2e^-→Cu 負(fù)極Ni -2e^-→Ni²⁺

電池反應(yīng)： Cu²⁺+ Ni→Cu + Ni²⁺

（2)電池符號(hào)（-)Fe︱Fe²⁺（1 mol·L^-1)‖Cl^-（1 mol·L^-1)，Cl₂（101.325KPa)︱Ptgydjdsj.org.cn/kuaiji/（+)

電極反應(yīng)： 正極Cl₂ +2e^-→2 Cl^- 負(fù)極Fe -2e^-→Fe²⁺

電池反應(yīng)： Cl₂+ Fe→Fe²⁺+ 2 Cl^-

（3)電池符號(hào)（-)Cu︱Cu²⁺（1 mol·L^-1)‖Ag⁺（1 mol·L^-1)︱Ag（+)

電極反應(yīng)： 正極Ag⁺ + e → Ag負(fù)極Cu -2e^-→Cu²⁺

電池反應(yīng)： 2Ag⁺+ Cu→Cu²⁺+ 2Ag

5．根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電位表的數(shù)據(jù)，判斷下列每一組中較強(qiáng)的氧化劑和較強(qiáng)的還原劑（均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。

（1)Hg²⁺/Hg₂²⁺，Ni²⁺/Ni，Zn²⁺/Zn

（2)Cl₂/Cl^-，Br₂/Br^-，I₂/I^-

解：（1)較強(qiáng)的氧化劑是Hg²⁺，較強(qiáng)的還原劑是Zn

（2)較強(qiáng)的氧化劑是Cl₂，較強(qiáng)的還原劑是I^-

6．根據(jù)電極電位表中的數(shù)據(jù)，

（1)按由強(qiáng)到弱的順序排列下述還原劑：Sn、Pb、Sn²⁺、Br^-

（2)按由強(qiáng)到弱的順序排列下述氧化劑：Sn⁴⁺，F(xiàn)e³⁺，I₂，Cd²⁺

解：（1)Sn ＞Pb ＞Sn²⁺＞Br^-

（2)Fe³⁺＞I₂＞Sn⁴⁺＞Cd²⁺

7．寫出298K時(shí)下列電極反應(yīng)的能斯特方程式。

（1)Sn²⁺+2e^-Sn

（2)Cr³⁺+e^-Cr²⁺

（3)AgCl+e^-Ag+Cl^-

（4)Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-2Cr³⁺+7H₂O

解：（1)φ_Sn²⁺_/Sn=φ⁰_Sn²⁺_/Sn +

（2)φ_Cr³⁺_/Cr²⁺=φ⁰_Cr³⁺_/Cr²⁺  +

（3)φ_AgC/Ag=φ⁰_AgC/Ag +  

（4)φ_Cr2O7^2-_/Cr³⁺=φ⁰_Cr2O7^2-_/Cr³⁺  +

8．計(jì)算298K時(shí)下列電對(duì)的電極電位。

（1)Sn⁴⁺（0.01 mol·L^-1)/Sn²⁺（1 mol·L^-1)

（2)Br₂（l)/Br^-（0.01 mol·L^-1)

（3)Cl^-（0.2 mol·L^-1)，AgCl（s)/Ag

（4)Fe³⁺（0.1 mol·L^-1)/Fe²⁺（0.5 mol·L^-1)

解：（1)φ_Sn⁴⁺_/Sn²⁺=φ⁰_Sn⁴⁺_/Sn²⁺ + =0.15-0.05916=0.091V

（2)φ_Br2/Br^-=φ⁰_Br2/Br^-  +  =1.065+2×0.05916=1.183V

  （3)φ_AgC/Ag=φ⁰_AgC/Ag +  =0.2223+0.05916×0.6989=0.264V

（4)φ_Fe³⁺_/Fe²⁺=φ⁰_Fe³⁺_/Fe²⁺  + =0.77-0.05916×0.6989=0.729V

9．計(jì)算298K時(shí)下列電池的電動(dòng)勢(shì)，標(biāo)明正、負(fù)極，列出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式。

（1)Pt︱Sn⁴⁺（0.1 mol·L^-1)，Sn²⁺（0.01 mol·L^-1)‖Cd²⁺（0.1 mol·L^-1)︱Cd

（2)Pt︱Fe³⁺（0.5 mol·L^-1)，F(xiàn)e²⁺（0.05 mol·L^-1)‖Mn²⁺（0.01 mol·L^-1)，H⁺（0.1 mol·L^-1)，MnO₄^-（0.1 mol·L^-1)︱Pt

（3)Pt︱H₂（101.325kPa)，HCl（0.01 mol·L^-1)，AgCl（s)︱Ag

（4)Pt︱Fe³⁺（1.0 mol·L^-1)，F(xiàn)e²⁺（0.01 mol·L^-1)‖Hg²⁺（1.0 mol·L^-1)︱Hg

解：

 （1)φ_Cd²⁺_/Cd=φ⁰_Cd²⁺_/Cd  + =-0.403-0.05916/2=-0.433V

φ_Sn⁴⁺_/Sn²⁺=φ⁰_Sn⁴⁺_/Sn²⁺ + =0.15+0.05916/2=0.180V

電動(dòng)勢(shì)E=φ_Sn⁴⁺_/Sn²⁺-φ_Cd²⁺_/Cd=0.180-（-0.433)=0.613V

正極： Sn⁴⁺（0.1 mol·L^-1)，Sn²⁺（0.01 mol·L^-1)︱Pt，電極反應(yīng)：Sn⁴⁺ +2e^-→Sn²⁺

負(fù)極：Cd²⁺（0.1 mol·L^-1)︱Cd， 電極反應(yīng)：Cd- 2e^-→Cd²⁺

電池反應(yīng)：Cd + Sn⁴⁺→Sn²⁺ + Cd²⁺

（2)φ_Fe³⁺_/Fe²⁺=φ⁰_Fe³⁺_/Fe²⁺  + =0.77+0.05916=0.829V

φ_MnO4^-_/Mn²⁺=φ⁰_MnO4^-_/Mn²⁺ + =1.491-0.05916×7/5=1.408V

電動(dòng)勢(shì)E=φ_MnO4^-_/Mn²⁺-φ_Fe³⁺_/Fe²⁺ =1.408-0.829=0.579V

正極： Mn²⁺（0.01 mol·L^-1)，H⁺（0.1 mol·L^-1)，MnO₄^-（0.1 mol·L^-1)︱Pt

電極反應(yīng)：MnO₄^-+ 8H⁺+5 e^-→Mn²⁺+ 4H₂O

負(fù)極： Fe³⁺（0.5 mol·L^-1)，F(xiàn)e²⁺（0.05 mol·L^-1)︱Pt

電極反應(yīng)： Fe²⁺-e^- →Fe³⁺

電池反應(yīng)：MnO₄^-+ 5Fe²⁺+ 8H⁺→Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O

（3)φ_H⁺_/H2=φ⁰_H⁺_/H2  + =0-0.05916×2=-0.118V

φ_AgCl/Ag=φ⁰_AgCl/Ag  + =0.7996+0.05916×2=0.918V

電動(dòng)勢(shì)E=φ_AgCl/Ag -φ_H⁺_/H2=0.918-（-0.118)=1.036V

正極：HCl（0.01 molgydjdsj.org.cn/sanji/·L^-1)，AgCl（s)︱Ag，電極反應(yīng)：AgCl +e^-→Ag +Cl^-

負(fù)極：HCl（0.01 mol·L^-1)，H₂（101.325kPa)︱Pt，電極反應(yīng)：H₂- 2e^-→2H⁺

電池反應(yīng)：2AgCl + H₂→Ag +2HCl

（4)φ_Fe³⁺_/Fe²⁺=φ⁰_Fe³⁺_/Fe²⁺  + =0.77+2×0.05916=0.888V

φ_Hg²⁺_/Hg=φ⁰_Hg²⁺_/Hg+ =0.851V

電動(dòng)勢(shì)E=φ_Fe³⁺_/Fe²⁺-φ_Hg²⁺_/Hg =0.888-0.851=0.037V

正極： Fe³⁺（1.0 mol·L^-1)，F(xiàn)e²⁺（0.01 mol·L^-1)︱Pt 電極反應(yīng)：Fe³⁺ +  e^- → Fe²⁺

負(fù)極： Hg²⁺（1.0 mol·L^-1)︱Hg 電極反應(yīng)：Hg - 2e^-→Hg²⁺

電池反應(yīng)： 2Fe³⁺+ Hg → 2Fe²⁺+  Hg²⁺

10．用下列反應(yīng)組成原電池，寫出電池組成式，計(jì)算298K時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，并判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。

（1)2Ag+Cu（NO₃)₂（0.01 mol·L^-1)2AgNO₃（0.1 mol·L^-1)+Cu

（2)2Cr³⁺（0.01 mol·L^-1)+2Br^-（0.1 mol·L^-1)2Cr²⁺（0.1 mol·L^-1)+Br₂

解：

（1)φ_Cu²⁺_/Cu=φ⁰_Cu²⁺_/Cu  + =0.3402-0.05916=0.281V

φ_Ag⁺_/Ag=φ⁰_Ag⁺_/Ag  + =0.7996-0.05916=0.740V

φ_Ag⁺_/Ag＞φ_Cu²⁺_/Cu，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。電池組成式為：

（-)Cu︱Cu（NO₃)₂（0.01 mol·L^-1)‖AgNO₃（0.1 mol·L^-1)︱Ag（+)

電動(dòng)勢(shì)E=φ_Ag⁺_/Ag-φ_Cu²⁺_/Cu=0.740-0.281=0.459V

（2)φ_Cr³⁺_/Cr²⁺=φ⁰_Cr³⁺_/Cr²⁺  +  =-0.41-0.05916=-0.469V

φ_Br2/Br^-=φ⁰_Br2/Br^-  +  =1.065+0.05916=1.124V

φ_Br2/Br＞φ_Cr³⁺_/Cr²⁺，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。電池組成式為：

（-)Pt︱Cr³⁺（0.01 mol·L^-1)，Cr²⁺（0.1 mol·L^-1)‖Br^-（0.1 mol·L^-1)，Br₂︱Pt（+)

電動(dòng)勢(shì)E=φ_Br2/Br -φ_Cr³⁺_/Cr²⁺=1.124-（-0.469)=1.593V

11．計(jì)算298K時(shí)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)。

（1)2Fe³⁺+2I^-2Fe²⁺+I₂

（2)2Ag⁺+Sn²⁺2Ag+Sn⁴⁺

解： （1)，K=8.81×10⁷

（2)，K=9.12×10²¹

12．用玻璃電極與飽和甘汞電極插入pH_s=3.57的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，組成電池，在298K時(shí)測(cè)得其電動(dòng)勢(shì)E_s=0.0954V。再將溶液換成未知pH值的溶液組成電池，298K時(shí)測(cè)得其電動(dòng)勢(shì)E_x=0.340V，求待測(cè)溶液的pH值。

解：

=7.70

13．有一原電池（-)A︱A²⁺‖B²⁺︱B（+)，當(dāng)[A²⁺]=[B²⁺]時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)為0.360V，現(xiàn)若使[A²⁺]=0.1 mol·L^-1， [B²⁺]=1.0×10^-4 mol·L^-1，這時(shí)電池的電動(dòng)勢(shì)為多少？

解：E=φ_B²⁺_/B-φ_A²⁺_/A= φ⁰_B²⁺_/B - φ⁰_A²⁺_/A+

當(dāng)[A²⁺]=[B²⁺]時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)為0.360V，即：φ⁰_B²⁺_/B- φ⁰_A²⁺_/A=0.360V。所以，當(dāng)[A²⁺]=0.1 mol·L^-1， [B²⁺]=1.0×10^-4 mol·L^-1時(shí)：

E=φ_B²⁺_/B-φ_A²⁺_/A= φ⁰_B²⁺_/B - φ⁰_A²⁺_/A+

=0.360 +

=0.21V