氧化還原反應(yīng)

1、第5章 氧化還原反應(yīng)【5-1】指出下列物質(zhì)中劃線原子的氧化數(shù)：（1） Cr2O72-（2）N2O（3）NH3（4）HN3（5）S8（6）S2O32-解：（1）Cr: +6; （2）N: +1;（3）N: 3; （4）N: 1/3; （5）S: 0; （6）S: +6【5-2】用氧化數(shù)法或離子電子法配平下列方程式：（1）  （2）（3）  （4）  （5）  （6）（7）（8）解：（1） （2）（3） （4） （5） （6） （7）（8）【5-3】寫出下列電極反應(yīng)的離子電子式：（1）Cr2O72- Cr3+

2、（酸性介質(zhì)）（2）I2 IO3-（酸性介質(zhì)）（3）MnO2 Mn(OH)2（堿性介質(zhì)）（4）Cl2 ClO3-（堿性介質(zhì)）解：（1）Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O（2） I2 + 6H2O 2IO3- +12H+ +10e-（3） MnO2 + 2H2O +2e- Mn(OH)2 + 2OH-（4） Cl2 + 12OH- 2ClO3- + 6H2O + 10e-【5-4】下列物質(zhì)：KMnO4, K2Cr2O7, CuCl2, FeCl3, I2和Cl2，在酸性介質(zhì)中它們都能作為氧化劑。試把這些物質(zhì)按氧化能力的大小排列，并注明它們的還原產(chǎn)物。解：在酸性介質(zhì)中

3、，KMnO4, K2Cr2O7, CuCl2, FeCl3, I2和Cl2，作為氧化劑,其還原產(chǎn)物分別為(離子)：Mn2+，Cr3+,Cu，F(xiàn)e 2+，I -，Cl -，值越大，氧化能力越強(qiáng)，依據(jù)電極電勢(shì)表，F(xiàn)2 +2e = 2F jq = 2.87VMnO4 +8H +5e = Mn2+4H2O jq = 1.51VCl2 +2e = 2Cl jq = 1.36VCr2O72+14H+6e = 2Cr3+7H2O jq = 1.33VBr2 +2e = 2Br jq = 1.065VFe3 +e = Fe2 jq = 0.771VI2 +2e = 2I jq = 0.5345VCu2+2e

4、= Cu jq = 0.337V得氧化能力從大到小依次排列為F2>MnO4->Cl2>Cr2O72->Br2(aq)>Fe3+>I2>Cu2+?！?-5】下列物質(zhì)：FeCl2，SnCl2，H2，KI，Li，Mg，Al，在酸性介質(zhì)中它們都能作為還原劑。試把這些物質(zhì)按還原能力的大小排列，并注明它們的氧化產(chǎn)物。解：值越小，還原本領(lǐng)越強(qiáng)。在酸性介質(zhì)中，F(xiàn)e2+，Sn 2+，H2，I -，Li，Mg，Al分別被氧化為Fe3+，Sn4+，H+，I2，Li+，Mg2+，Al3+，依據(jù)電極電勢(shì)，Li = Li +e jq = 3.045VMg= Mg2 +2e jq

5、= 2.37VAl = Al3 +3e jq = 1.66VH2 =2H +2e jq =0.00VSn2 =Sn4 + 2e jq =0.154V2I = I2 + 2e jq =0.5345VFe2= Fe3 +e jq = 0.771V得還原能力從大到小依次排列為L(zhǎng)i>Mg>Al>H2>Sn2+>I->Fe2+?！?-6】當(dāng)溶液中c（H+）增加時(shí)，下列氧化劑的氧化能力是增強(qiáng)、減弱還是不變？（1） Cl2（2）Cr2O72（3）Fe3+（4）MnO4-解：（1）Cl2 +2e = 2Cl ，電極反應(yīng)中無(wú)H參與，H濃度增加時(shí)，氧化能力不變。（2）Cr2O7

6、2+14H+6e = 2Cr3+7H2O， H濃度增加時(shí)，氧化能力增強(qiáng)。（3）Fe3 + e = Fe2， H濃度增加時(shí)， 氧化能力不變。（4）MnO4 +8H +5e = Mn2+4H2O， H濃度增加時(shí)，氧化能力增強(qiáng)。【5-7】計(jì)算下列電極在298K時(shí)的電極電勢(shì)：（1） PtH+(1.0×10-2mol/L)，Mn2+(1.0×10-4mol/L)，MnO4-(0.10mol/L)（2） Ag，AgCl(s)Cl-(1.0×10-2mol/L)提示：電極反應(yīng)為AgCl(s) + e- = Ag(s) + Cl- （3） Pt，O2(10.0kPa)OH-(1.

7、0×10-2mol/L)解：（1）MnO4- + 8H+ + 5e- =Mn2+ + 4H2O（2）（3）O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 【5-8】寫出下列原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式，并計(jì)算各原電池的電動(dòng)勢(shì)（298K）：（1） FeFe2+(1.0mol/L)Cl-(1.0mol/L)Cl2(100kPa)，Pt（2） PtFe2+(1.0mol/L)，F(xiàn)e3+(1.0mol/L)Ce4+(1.0mol/L)，Ce3+(1.0mol/L)Pt（3） Pt，H2(100kPa)H+(1.0mol/L)Cr2O72(1.0mol/L)，Cr3+(1.0mol/L)，H+

8、(1.0×10-2mol/L)Pt（4） PtFe2+(1.0mol/L)，F(xiàn)e3+(1.0mol/L)NO3-(1.0mol/L)，HNO2(0.020mol/L)，H+(1.0×10-2mol/L)Pt解：（1）Cl2(g) + Fe = Fe2+ + 2Cl- Fe2+ + 2e- = FeCl2 + 2e- =2Cl-E = 1.36 - (-0.440) = 1.80 V（2）Ce4+ + Fe2+ = Ce3+ + Fe3+ Ce4+ + e- = Ce3+Fe3+ + e- =Fe2+E = 1.61 - 0.771 = 0.84 V（3）負(fù)極反應(yīng)： 2H+

9、+ 2e = H2 正極反應(yīng)： Cr2O72- + 14H+ 6e = 2Cr3+ + 7H2O電池反應(yīng)： Cr2O72- + 3H2 + 8H+ = 2Cr3+ + 7H2O 電動(dòng)勢(shì)：（4）負(fù)極反應(yīng)：Fe3+ + e = Fe2+正極反應(yīng)：NO3- + 3H+ 2e = HNO2 + H2O 電池反應(yīng)：NO3- + 2Fe2+ + 3H+= HNO2 + 2Fe3+ + H2O 電動(dòng)勢(shì)：【5-9】根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，判斷下列各反應(yīng)能否進(jìn)行？（1） Zn + Pb2+ Pt + Zn2+（2） 2Fe3+ + Cu Cu2+ + 2Fe2+（3） I2 + 2Fe2+ 2Fe3+ + 2I-（4

10、） Zn + OH- Zn(OH)42- + H2 解：兩強(qiáng)處于左下右上對(duì)角線位置，反應(yīng)能正向進(jìn)行。（2）兩強(qiáng)處于左下右上對(duì)角線位置，反應(yīng)能正向進(jìn)行。（3）反應(yīng)物處于右下左上位置，反應(yīng)不能正向進(jìn)行。（4）【5-10】應(yīng)用電極電勢(shì)表，完成并配平下列方程式：（1） H2O2 + Fe2+ + H+ （2） I- + IO3- + H+ （3） MnO4- + Br- + H+ 解：（1）H2O2 + 2Fe2+ + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O（2）5I- + IO3- + 6H+ = 3I2 + 3H2O（3）2MnO4- + 10Br- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Br2 +

11、8H2O【5-11】應(yīng)用電極電勢(shì)表，判斷下列反應(yīng)中哪些能進(jìn)行？若能進(jìn)行，寫出反應(yīng)式。（1） Cd+HCl（2）Ag+Cu(NO3)2（3）Cu+Hg(NO3)2（4）H2SO3+O2解：（1）Cd +HCl = CdCl2 + H2 E q =0(0.403) = 0.403V >0, 能進(jìn)行。（2） 2Ag + Cu(NO3)2 = 2AgNO3 + Cu E q =0.3370.799 = 0.462V <0, 不能進(jìn)行。（3） Cu + Hg(NO3)2 = Cu(NO3)2 + Hg E q =0.85650.337= 0.52V>0, 能進(jìn)行。（4） 2H2SO3

12、+ O2 = 2H2SO4 E q =1.2290.17=1.059 V>0, 能進(jìn)行。【5-12】試分別判斷MnO4-在pH=0和pH=4時(shí)能否把Cl-氧化成Cl2（設(shè)除H+外其他物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）？解：查表，得【5-13】先查出下列電極反應(yīng)的：假設(shè)有關(guān)物質(zhì)都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，試回答：（1）上述物質(zhì)中，哪一個(gè)是最強(qiáng)的還原劑？哪一個(gè)是最強(qiáng)的氧化劑？（2）上了物質(zhì)中，哪些可把Fe2+還原成Fe？（3）上列物質(zhì)中，哪些可把Ag氧化成Ag+？解：查表，得（1）Fe是最強(qiáng)的還原劑。Ce4+是最強(qiáng)的氧化劑。（2）以上物質(zhì)都不能把Fe2+還原成Fe。（3）MnO4-和Ce4+可把Ag氧化成Ag+。【5-

13、14】對(duì)照電極電勢(shì)表：（1）選擇一種合適的氧化劑，它能使Sn2+變成Sn4+，F(xiàn)e2+變成Fe3+，而不能使Cl-變成Cl2。（2）選擇一種合適的還原劑，它能使Cu2+變成Cu，Ag+變成Ag，而不能使Fe2+變成Fe。解：查表，得附錄十四得各電對(duì)的電極電勢(shì)：電極電對(duì)Sn4+/Sn2+Fe3+/Fe2+Cl2/Cl-電極電勢(shì)/V0.1540.7711.36電極電對(duì)Cu2+/CuAg+/AgFe2+/Fe電極電勢(shì)/V0.3370.799-0.440（1） 所選擇的氧化劑，其相應(yīng)的電極電勢(shì)必須大于Sn4+/Sn2+= 0.154V和Fe3+/Fe2+ = 0.771V ，但必須小于Cl2/Cl-

14、= 1.36V。根據(jù)附錄十四可查得：NO3-/NO2 = 0.80V ，NO3-/HNO2 = 0.94V ，NO3-/NO = 0.96V ， HNO2 / NO= 1.00V，Br2/Br-= 1.07V，ClO4-/ClO3 = 1.19V ， O2/H2O = 1.229V，MnO2/Mn2+ = 1.23V ，等?？梢姡琀NO3、HNO2、Br2、HClO4、O2和MnO2等均能使Sn2+變成Sn4+，F(xiàn)e2+變成Fe3+，但不能使Cl-變成Cl2。（2） 所選擇的還原劑，其相應(yīng)的電極電勢(shì)必須小于Cu2+/Cu = 0.337V和Ag+/Ag = 0.799V，但必須大于Fe2+/F

15、e = -0.440V 。根據(jù)附錄十四可查得： SO42-/H2SO3= 0.17V ， Sn4+/Sn2+= 0.154V ，S/H2S = 0.141V，H+/H2= 0.0000V ，等?？梢?，H2SO3、Sn2+、H2S和H2等均能使Cu2+變成Cu，Ag+變成Ag，但不能使Fe2+變成Fe 。【5-15】某原電池由標(biāo)準(zhǔn)銀電極和標(biāo)準(zhǔn)氯電極組成。如果分別進(jìn)行如下操作，試判斷電池電動(dòng)勢(shì)如何變化？并說(shuō)明原因。（1） 在氯電極一方增大Cl2分壓；（2） 在氯電極溶液中加入一些KCl；（3） 在銀電極溶液中加入一些KCl；（4） 加水稀釋，使兩電極溶液的體積各增大一倍。解：查表，得：。原電池的電

16、池符號(hào)為：（1） 在氯電極一方增大Cl2分壓，根據(jù)能斯特方程，氯電極的電極電勢(shì)升高。因原電池的電動(dòng)勢(shì)等于正、負(fù)極電極電勢(shì)之差，所以原電池的電動(dòng)勢(shì)也增大。（2） 在氯電極溶液中加入一些KCl后，根據(jù)能斯特方程，氯電極的電極電勢(shì)降低。因原電池的電動(dòng)勢(shì)等于正、負(fù)極電極電勢(shì)之差，所以原電池的電動(dòng)勢(shì)也降低。（3） 在銀電極溶液中加入一些KCl后，因氯離子與溶液中的銀離子生成氯化銀沉淀，使溶液中銀離子的濃度大大降低，根據(jù)能斯特方程，銀電極的電極電勢(shì)也相應(yīng)降低，因而原電池的電動(dòng)勢(shì)增大。（4） 加水稀釋時(shí)，因氯離子濃度減小，使正極的電極電勢(shì)增大，銀離子濃度減小使負(fù)極的電極電勢(shì)減小，因而原電池的電動(dòng)勢(shì)增大?！?

17、-16】利用電極電勢(shì)表，計(jì)算下列反應(yīng)在298K時(shí)的rG。（1）Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2（2）I2 + Sn2+ = 2I- + Sn4+（3）MnO2 + 2Cl- + 4H+ = Mn2+ + Cl2 + 2H2O解：（1）rG=zFE=2×96500×(1.361.065)×10-3 =56.9 kJ·mol-1（2）rG=2×96500×(0.53450.154) ×10-3=73.4 kJ·mol-1（3）rG=2×96500×(1.231.36)×10-

18、3= 32 kJ·mol-1【5-17】如果下列反應(yīng)：（1） H2 + O2 = H2OrG= - 237kJ/mol（2） C + O2 = CO2rG= - 394kJ/mol都可以設(shè)計(jì)成原電池，試計(jì)算它們的電動(dòng)勢(shì)E。解：（1）（2）【5-18】利用電極電勢(shì)表，計(jì)算下列反應(yīng)在298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。（1） Zn + Fe2+ = Zn2+ + Fe（2） 2Fe3+ + 2Br- = 2Fe2+ + Br2 解：（1）查表，K=8.17×1010 （2）查表，K=1.17×10-10 【5-19】過(guò)量的鐵屑置于0.050mol·L-1 Cd2+溶液

19、中，平衡后Cd2+的濃度是多少?解：查附錄十四得：Fe2+/Fe= -0.440V， Cd2+/Cd = -0.403V根據(jù)題意，該氧化還原反應(yīng)為：Cd2+ + Fe Cd + Fe2+其正極反應(yīng)為：Cd2+ + 2e- Cd 負(fù)極反應(yīng)為：Fe - 2e- Fe2+則原電池的電動(dòng)勢(shì)：E = Cd2+/Cd - Fe2+/Fe = -0.403V (-0.440V) = 0.037 VlgK = z·E/0.0592 = 2× 0.037 / 0.0592 = 1.25解得：K = 17.783Cd2+ + Fe Cd + Fe2+初始濃度/mol·L-1 0.05

20、0 0平衡濃度/mol·L-1 0.050-x x解之得：x = 4.73×10-2 mol·L-1則：平衡后Cd2+的濃度為0.050- 4.73×10-2 = 2.7×10-3 mol·L-1【5-20】一原電池由Ni和1.0mol/L Ni2+與Ag和1.0mol/L Ag+組成，當(dāng)原電池耗盡（即E=0）時(shí)，求Ag+和Ni2+的濃度。解：【5-21】求下列原電池的以下各項(xiàng)：（1）電極反應(yīng)式；（2）電池反應(yīng)式；（3）電池電動(dòng)勢(shì)；（4）電池反應(yīng)的K；（5）電池反應(yīng)的rG。解：（1）（2）（3）（4）（5）【5-22】如果下列原電池的

21、電動(dòng)勢(shì)為0.500V (298K)：Pt，H2(100kPa) | H+(? mol·L-1) Cu2+(1.0 mol·L-1) | Cu則溶液的H+濃度應(yīng)是多少?解：查表，【5-23】已知求PbSO4的溶度積。解：【5-24】某原電池，正極為Ag棒插在Ag2SO4飽和溶液中，負(fù)極為Pb棒插在1.8mol/L Pb2+溶液中，測(cè)得電動(dòng)勢(shì)為0.827V。求Ag2SO4的Ksp。解：負(fù)=標(biāo)準(zhǔn)（Pb2+/Pb）-2.303RT/zF×lg（1/Ag+）=-0.117所以正=0.827-0.117=0.71正=0.7991-0.0592×lg（1/Ag+）解得

22、Ag+=0.031所以SO42-=0.016所以Ksp=0.016×0.031×0.031=1.5376×10*-5【5-25】In和Tl在酸性介質(zhì)中的電勢(shì)圖分別為試回答：（1）In+，Tl+能否發(fā)生歧化反應(yīng)？（2）In，Tl與1mol/L HCl反應(yīng)各得到什么產(chǎn)物？（3）In，Tl與1mol/L Ce4+反應(yīng)各得到什么產(chǎn)物？已知（Ce4+/Ce3+）=1.61V。解：（1）In+可能發(fā)生歧化反應(yīng)；Tl+不能發(fā)生歧化反應(yīng)。（2）In與1mol/L HCl反應(yīng)生成In3+和氫氣；Tl與1mol/L HCl反應(yīng)生成Tl+和氫氣。（3）In與1mol/L Ce4+反應(yīng)生成In3+和Ce3+；Tl與1mol/L Ce4+反應(yīng)生成Tl3+和Ce3+?！?-26】已知氯在堿性介質(zhì)中的電勢(shì)圖(B/V)為：試求：（1）1和2 ；（2）哪些氧化態(tài)能歧化?解：（1）（2）由氯元素電勢(shì)圖可知，符合歧化反應(yīng)條件右>左的氧化態(tài)有：ClO3、ClO2-、ClO- 和Cl2，它們均能發(fā)生歧化反應(yīng)?！?-27】根據(jù)電極電勢(shì)解釋下列現(xiàn)象：（1）金屬鐵能置換Cu2+，而Fe3+溶液又能溶解銅。（2）H2S溶液久置會(huì)變混濁。（3）H2O2溶液不穩(wěn)定，易分解。（4）分別用NaNO3溶液和稀H2SO4溶液均不能把Fe2+氧化，但兩者混合后就可將Fe2+氧化