大學(xué)化學(xué)課后習(xí)題答案第四章.doc

第四章 電化學(xué)與金屬腐蝕1.是非題(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)填“+”，錯(cuò)的填“-”號(hào))(1)取兩根銅棒，將一根插入盛有0.1moldm-3CuSO4 溶液的燒杯中，另一根插入盛有1moldm-3CuSO4 溶液的燒杯中，并用鹽橋?qū)芍粺械娜芤哼B結(jié)起來，可以組成一個(gè)濃差原電池。( )(2)金屬鐵可以置換Cu2+，因此三氯化鐵不能與金屬銅反應(yīng)。( )(3)電動(dòng)勢(shì)E(或電極電勢(shì))的數(shù)值與反應(yīng)式(或半反應(yīng)式)的寫法無關(guān)，而標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的數(shù)據(jù)，隨反應(yīng)式的寫法(即化學(xué)計(jì)量數(shù)不同)而變。( )(4)鋼鐵在大氣的中性或弱酸性水膜中主要發(fā)生吸氧腐蝕，只有在酸性較強(qiáng)的水膜中才主要發(fā)生析氫腐蝕。( )(5)有下列原電池(-)Cd|CdSO4(1.0moldm-3)|CuSO4(1.0moldm-3)|Cu(+)若往CdSO4 溶液中加入少量Na2S 溶液，或往CuSO4 溶液中加入少量CuSO45H2O晶體，都會(huì)使原電池的電動(dòng)勢(shì)變小。( )解：（1）+；（2）；（3）+；（4）+；（5）。 2.選擇題(將所有正確答案的標(biāo)號(hào)填入空格內(nèi))(1)在標(biāo)準(zhǔn)條件下，下列反應(yīng)均向正方向進(jìn)行：Cr2O72 - +6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+它們中間最強(qiáng)的氧化劑和最強(qiáng)的還原劑是_。(a)Sn2+和Fe3+ (b)Cr2O72 - 和Sn2+(c)Cr3+和Sn4+ (d)Cr2O72 - 和Fe3+(2)有一個(gè)原電池由兩個(gè)氫電極組成，其中有一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)氫電極，為了得到最大的電動(dòng)勢(shì)，另一個(gè)電極浸入的酸性溶液設(shè)p(H2)=100kPa應(yīng)為(a)0.1moldm-3HCl (b)0.1moldm-3HAc+0.1molL-1NaAc(c)0.1moldm-3Hac (d)0.1moldm-3H3PO4(3)在下列電池反應(yīng)中Ni(s)+Cu2+(aq)Ni2+(1.0moldm-3)+Cu(s)當(dāng)該原電池的電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，Cu2+濃度為(a)5.0510-27moldm-3 (b)5.7110-21moldm-3(c)7.1010-14moldm-3 (d)7.5610-11moldm-3(4)電鍍工藝是將欲鍍零件作為電解池的（ ）；陽(yáng)極氧化是將需處理的部件作為電解池的（ ）。(a)陰極 (b)陽(yáng)極 (c)任意一個(gè)極解：（1）b；（2）b；（3）b；（4）a，b。3.填空題(1)有一種含Cl-、Br-和I-的溶液，要使I-被氧化而Cl-、Br-不被氧化，則在常用的氧化劑(a)KMnO4 酸性溶液，(b)K2Cr2O7 酸性溶液，(c)氯水和(d)Fe2(SO4)3 溶液中應(yīng)選（ ）為最適宜。(2)有下列原電池(-)pt|Fe2+(1mol dm-3) Fe3+(0.01mol dm-3)|Fe2+(1mol dm-3) ，F(xiàn)e3+(1mol dm-3)|Pt(+)該原電池的負(fù)極反應(yīng)為（ ） ， 正極反應(yīng)為（ ）。(3)電解含有下列金屬離子的鹽類水溶液：Li+、Na+、K+、Zn2+、Ca2+、Ba2+、Ag+。（ ）能被還原成金屬單質(zhì)；（ ）不能被還原成金屬單質(zhì) 解：（1）d （2）Fe2+= Fe3+ e-; Fe3+ e-= Fe2+ （3）Zn2+、Ag+；Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+ 4.寫出下列化學(xué)方程式的氧化反應(yīng)及還原反應(yīng)的半反應(yīng)式(須配平)。(1)Zn+Fe2+=Zn2+Fe(2)2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+(3)Ni+Sn4+=Ni2+Sn2+(4)5Fe2+8H+MnO 4- =Mn2+5Fe3+4H2O解：（1）負(fù)極 Zn(s)= Zn2+(aq)+2 e- 正極 Fe2+(aq)+2 e-= Fe(s)(2) 負(fù)極 2I-(aq) = I2(s) +2 e- 正極 Fe3+(aq)+ e-= Fe2+(aq)(3) 負(fù)極Ni(s)= Ni2+(aq)+2 e-正極Sn4+(aq)+2 e-= Sn2+(aq)(4) 負(fù)極 Fe2+(aq) = Fe3+(aq)+ e-正極 MnO 4-(aq)+ 8H+(aq) + 5e-= Mn2+(aq) +4H2O(l)5.將上題各氧化還原反應(yīng)組成原電池，分別用圖式表示各原電池。解：(1) (-)Zn|Zn2+| Fe2+ | Fe (+)(2) (-)Pt| I2| I-|Fe2+,Fe3+|Pt(+)(3) (-)Ni | Ni2+| Sn2+, Sn4+|Pt(+)(4) (-)Pt| Fe2+,Fe3+| Mn2+, MnO 4- , H+|Pt(+)6.參見標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表，分別選擇一種合適的氧化劑，能夠氧化：(1)Cl-成Cl2；(2)Pb 成Pb2+；(3)Fe2+成Fe3+。再分別選擇一種合適的還原劑，能夠還原：(a)Fe2+成Fe；(b)Ag+成Ag；(c)NO 2- 成NO。解：合適的氧化劑為(1)酸化的MnO 4- (2) HNO3 （3）Cl2合適的還原劑為（1）Zn （2）Sn2+ （3）I-本題非唯一答案，凡合理的其他答案均可。7.將錫和鉛的金屬片分別插入含有該金屬離子的溶液中并組成原電池(用圖式表示，要注明濃度)。(1)c(Sn2+)=0.0100moldm-3，c(Pb2+)=1.00moldm-3；(2)c(Sn2+)=1.00moldm-3，c(Pb2+)=0.100moldm-3。分別計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì)，寫出原電池的兩電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式。解：查閱教材附錄10可知：(1)當(dāng)(1) c(Sn2+)=0.0100moldm-3，c(Pb2+)=1.00moldm-3時(shí)：故以錫電極作原電池負(fù)極，鉛電極作正極。原電池圖式為：(-)Sn | Sn 2+(0.0100mol dm-3) | Pb2+(1.00mol dm-3) | Pb(+)正極反應(yīng)：Pb2+2 e-= Pb負(fù)極反應(yīng)：Sn +2 e-= Sn 2+2 e-電池總反應(yīng)：Pb2+ Sn= Pb+ Sn 2+原電池電動(dòng)勢(shì)：E= =（0.197V）=0.071V(2)當(dāng)c(Sn2+)=1.00moldm-3，c(Pb2+)=0.100moldm-3時(shí)：= 0.1375V=-0.1262V = 0.156V此時(shí)以鉛電極為原電池負(fù)極，錫電極為正極。原電池圖式為：(-)Pb | Pb2+ (0.100mol dm-3) | Sn 2+ (1.00mol dm-3) | Sn (+)正極反應(yīng)：Sn 2+2 e-= Sn負(fù)極反應(yīng)：Pb= Pb2+2 e-電池總反應(yīng)：Pb+ Sn 2+ = Pb2+ Sn 原電池電動(dòng)勢(shì)：E= =（0.156V）=0.019V8.求反應(yīng)Zn+Fe2+(aq)=Zn2+(aq)+Fe 在298.15K 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若將過量極細(xì)的鋅粉加入Fe2+溶液中，求平衡時(shí)Fe2+(aq)濃度對(duì)Zn2+(aq)濃度的比值？解：Zn+Fe2+(aq)=Zn2+(aq)+Fe E= =0.447V（7618V）=0.315VlgK=20.315V/0.05917V=10.6K=4.41010故=2.31011，反應(yīng)進(jìn)行得相當(dāng)完全。9.將下列反應(yīng)組成原電池(溫度為298.15K)：2I-(aq)+2Fe3+(aq)=I2(s)+2Fe2+(aq)(1)計(jì)算原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)；(2)計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變；(3)用圖式表示原電池；(4)計(jì)算c(I-)=1.010-2moldm-3 以及c(Fe3+)=c(Fe2+)/10 時(shí)，原電池的電動(dòng)勢(shì)。解：（1）查閱教材附錄10可知：=0.771V,=0.5355 VE=0.771 V 0.5355 V=0.236 V（2）rGm（298K）=nF E=296485 C.mol-10.236V=45.5 kJ.mol-1(3)原電池圖式：(-)Pt| I2| I-|Fe3+,Fe2+|Pt(+)（4）E= E=0.236Vlg102/(1.0102)2=0.058V 10.當(dāng)pH=5.00，除H+(aq)離子外，其余有關(guān)物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件下時(shí)，下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？試通過計(jì)算說明之。2MnO 4- (aq)+16H+(aq)+10Cl-=5Cl2(g)+5Mn2+(aq)+8H2O(1)解：由反應(yīng)2MnO 4- (aq)+16H+(aq)+10Cl-=5Cl2(g)+5Mn2+(aq)+8H2O(1)組成原電池正極：MnO 4-(aq)+ 8H+(aq) + 5e-= Mn2+(aq) +4H2O(l)負(fù)極：2Cl-(aq) = Cl2(g) + 2e-當(dāng)pH=5.00，其他有關(guān)物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)：=1.507V =1.033V11.由鎳電極和標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池。若c(Ni2+)=0.0100moldm-3 時(shí)，原電池的電動(dòng)勢(shì)為0.315V，其中鎳為負(fù)極，計(jì)算鎳電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。解：E=-=0-(0.059/2)lgCNi2+=0.315所以=-0.315-（0.059/2）lg0.01=-0.315+0.059=-0.256(V)12. 由兩個(gè)氫電極H2(101.325kPa)|H+(0.10mol dm-3)|Pt 和H2(101.325kPa)|H+(xmoldm-3)|Pt 組成原電池，測(cè)得該原電池的電動(dòng)勢(shì)為0.016V。若后一電極作為該原電池的正極，問組成該電極的溶液中H+的濃度x 值為多少？解：- E= CH+2=0.035 13.判斷下列氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向(設(shè)離子濃度均為1moldm-3)：(1)Ag+Fe2+ Ag+Fe3+(2)2Cr3+3I2+7H2O Cr2O72 - +6I-+14H+(3)Cu+2FeCl3 CuCl2+2FeCl2解（1） Ag- + Fe2+ Ag + Fe3+ =0.799(V) =0.77(V)E=0.799-0.77=0.022>0 正向（2）2Cr3+3I2+7 H2OCr2O72-+6I-+14H+=1.33(V) =0.54(V)E=0.54-1.33=-0.79<0 逆向（3）Cu+2FeCl3CuCl2+2 FeCl2=0.34(V) =0.77(V)E=0.77-0.34=0.43>0 正向14.在pH=4.0 時(shí)，下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？試通過計(jì)算說明之(除H+及OH-外，其他物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件下)。(1)Cr2O72 - (aq)+H+(aq)+Br-(aq)Br2(l)+Cr3+(aq)+H2O(l)(2)MnO 4- (aq)+H+(aq)+Cl-(aq)Cl2(g)+Mn2+(aq)+H2O(l)解：pH=4.0及其他物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)條件下：（1）反應(yīng)Cr2O72 - (aq)+H+(aq)+Br-(aq)Br2(l)+Cr3+(aq)+H2O(l)組成原電池：正極：Cr2O72 - +H+ 6e-= Cr3+H2O負(fù)極：Br-= Br2+ 2e-=1.232V =0.680V=1.066V因<，故正反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。（2） 反應(yīng)MnO 4- (aq)+H+(aq)+Cl-(aq)Cl2(g)+Mn2+(aq)+H2O(l)組成原電池：正極：MnO 4-(aq)+ 8H+(aq) + 5e-= Mn2+(aq) +4H2O(l)負(fù)極：2Cl-(aq) = Cl2(g) + 2e-=1.507V =1.128 V =1.358 V因<,故正反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。15.計(jì)算下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和所組成的原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)。Fe3+(aq)+I-(aq)=Fe2+(aq)+1/2I2(s)又當(dāng)?shù)润w積的2moldm-3Fe3+和2moldm-3I-溶液混合后，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？解：Fe3+(aq)+I-(aq)=Fe2+(aq)+1/2I2(s)E=0.771 V 0.5355 V=0.236 VlgK=10.236V/0.05917V=3.99K=9.8103當(dāng)兩溶液等體積混合后，離子濃度均變?yōu)? moldm-3，據(jù)上述計(jì)算，E>0，反應(yīng)正向進(jìn)行，溶液由淺黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樽攸S色，并（或）有紫黑色碘沉淀析出。16. 由標(biāo)準(zhǔn)鈷電極(Co2+和Co 組成)與標(biāo)準(zhǔn)氯電極組成原電池，測(cè)得其電動(dòng)勢(shì)為1.64V，此時(shí)鈷電極為負(fù)極。已知jq (Cl2/Cl-)=1.36V，問：(1)標(biāo)準(zhǔn)鈷電極的電極電勢(shì)為多少(不查表)？(2)此電池反應(yīng)的方向如何？(3)當(dāng)氯氣的壓力增大或減小時(shí)，原電池的電動(dòng)勢(shì)將發(fā)生怎樣的變化？(4)當(dāng)Co2+的濃度降低到0.010moldm-3 時(shí)，原電池的電動(dòng)勢(shì)將如何變化？數(shù)值是多少？解：（1）依題意鈷電極為負(fù)極，氯電極為正極：E=1.64V=1.36V=0.28V(2)原電池反應(yīng)為：Co+ Cl2= Co2+2Cl-（3）=當(dāng)p(Cl2)增大時(shí)，增大，原電池電動(dòng)勢(shì)E值增大；當(dāng)p(Cl2)減小時(shí)，減小，原電池電動(dòng)勢(shì)E減小。（4）當(dāng)c(Co2+)=0.010 moldm-3時(shí)=0.28V=0.34VE=1.36V(0.34V)=1.70V17.從標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)值分析下列反應(yīng)向哪一方向進(jìn)行？MnO2(s)+2Cl-(aq)+4H+(aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)實(shí)驗(yàn)室中是根據(jù)什么原理，采取什么措施，利用上述反應(yīng)制備氯氣的？解：查閱教材附錄10可知：=1.244V，=1.358V。<，故在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)向左進(jìn)行（正向非自發(fā)）。然而，MnO2的氧化性受介質(zhì)酸度的影響較大。從MnO2/ Mn2+電對(duì)的半反應(yīng)式MnO2(s) +4H+(aq)+ 2e-=Mn2+(aq)+2H2O可以得出H+濃度對(duì)其電極電勢(shì)的影響為：=即值隨H+濃度的增大而增大，所以實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸（如12 moldm-3）與MnO2在加熱條件下反應(yīng)增加MnO2的氧化性；與此同時(shí)，c(Cl-)的增加及加熱使p(Cl2)降低，均使減小，增加了Cl-的還原性，使>，反應(yīng)正向進(jìn)行。此外，加熱可以使反應(yīng)速率增加。18.用圖式表示下列反應(yīng)可能組成的原電池，并計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。Cu(s)+2Fe3+(aq) Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)解：原電池圖式為：(-)Cu| Cu2+|Fe2+,Fe3+|Pt(+)lgK=n/0.05917V=2(0.7710.341)V/0.05917V=14.5K=3101419.為什么Cu+在水溶液中不穩(wěn)定，容易發(fā)生歧化反應(yīng)？25C時(shí)歧化反應(yīng)的rGm和K分別是多少？提示：銅的歧化反應(yīng)為2 Cu+（aq）= Cu2+（aq）+ Cu（s）解：歧化反應(yīng) 2 Cu+（aq）= Cu2+（aq）+ Cu（s）查閱教材附錄10可知：=0.521V 而得利用與= 0.3419V，通過計(jì)算而得：=V=0.163 V所以E=0.521V0.163V=0.358V>0可見，Cu+在水溶液中是不穩(wěn)定的，容易發(fā)生歧化反應(yīng)。rGm=nFE=196485C mol-10.358V=34.5 kJmol-1lgK= =6.05K=1.1210620.用兩極反應(yīng)表示下列物質(zhì)的主要電解產(chǎn)物。(1)電解NiSO4 溶液，陽(yáng)極用鎳，陰極用鐵；(2)電解熔融MgCl2，陽(yáng)極用石墨，陰極用鐵；(3)電解KOH 溶液，兩極都用鉑。解：（1）陽(yáng)極：Ni（s）= Ni2+（aq）+2e- 陰極：Ni2+（aq）+2e-= Ni（s）(2) 陽(yáng)極：2Cl-(aq) = Cl2(g) + 2e-陰極：Mg2+2e-= Mg（s）（3） 陽(yáng)極：4OH-（aq）=2H2O(l)+O2(g) +2e-陰極：2H2O(l) +2e-=2OH-（aq）+H2(g)*21.電解鎳鹽溶液，其中c(Ni2+)=0.10moldm-3。如果在陰極上只要Ni析出，而不析出氫氣，計(jì)算溶液的最小pH 值(設(shè)氫氣在Ni 上的超電勢(shì)為0.21V)。解：電解鎳鹽溶液時(shí)，陰極可能發(fā)生的反應(yīng)為：Ni2+（aq）+2e-= Ni（s）H+2e-=H2鎳的析出電勢(shì)： =+ =0.257V+ =0.29V氫的析出電勢(shì)p(H2)=P:=+(陰) =0.21V =0.05917V lg c(H+)0.21V 為使氫氣不斷析出，需滿足 即：0.29V0.05917V lg c(H+)0.21V則：c(H+)0.044 moldm-3 pH= lg c(H+)/clg0.044=1.36 溶液的最小pH為1.3622.分別寫出鐵在微酸性水膜中，與鐵完全浸沒在稀硫酸(1moldm-3)中發(fā)生腐蝕的兩極反應(yīng)式。解：鐵在微酸性水膜中發(fā)生吸氧腐蝕，電極反應(yīng)為：陽(yáng)極：Fe（s）= Fe2+(aq)+ 2e- 陰極： 2H2O(l)+O2(g) +4e-=4OH-（aq）鐵浸沒在稀硫酸中發(fā)生析氫腐蝕，電極反應(yīng)為：陽(yáng)極：Fe（s）= Fe2+(aq)+ 2e- 陰極：2H+(aq)+2e-=H2(g)*23.已知下列兩個(gè)電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)如下：Ag+(aq)+e- =Ag(s); (Ag+/Ag)=0.7996VAgBr(s)+e- =Ag(s)+Br-(aq); ( (AgBr/Ag)=0.0730V試從 值及能斯特方程式，計(jì)算AgBr 的溶度積。解：若將兩電極組成原電池：(-)Ag| Ag Br(s) | Br-(aq) | Ag+(aq) | Ag (+)電池總反應(yīng)式為 Ag+(aq)+ Br-(aq)= AgBr(s)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=1/ceq(Ag+)/cceq(Br-)/c=1/ Ks(AgBr)而lgK= =1(0.79960.0730)V/0.05917V=12.28 K=1.91012 Ks(AgBr)=5.210-13*23.銀不能溶于1.0moldm-3 的HCl 溶液，卻可以溶于1.0moldm-3 的HI 溶液，試通過計(jì)算說明之。提示：溶解反應(yīng)為2Ag(s)+2H+(aq)+2I-(aq)=2AgI(s)+H2(g)，可從 (Ag+/Ag)及K s (AgI)，求出(AgI/Ag)，再判別。解：已知Ag+(aq)+ e-= Ag(s)，(Ag+/Ag)=0.799V，在1.0 moldm-3 的HCl 溶液中：ceq(Ag+)= Ks(AgCl)/ ceq(Cl-)=1.7710-10 moldm-3此時(shí) (Ag+/Ag)= (Ag+/Ag)+ =0.7990 V+0.05917 Vlg（1.7710-10） =0.222V因?yàn)榇藯l件下，< (Ag+/Ag),所以銀不溶于鹽酸中。在1.0moldm-3 的HI 溶液中:ceq(Ag+)= Ks(AgI)/ ceq(I-)=8.5110-17 moldm-3此時(shí) (Ag+/Ag)= (Ag+/Ag)+ =0.7990 V+0.05917 Vlg（8.5110-17） = 0.152V因?yàn)榇藯l件下，> (Ag+/Ag),所以銀溶于HI 溶液中。25. 氫氣在鋅電極上的超電勢(shì)與電極上通過的電流密度j(單位為Acm-2)的關(guān)系為 =0.72V+0.116Vlgj/( Acm-2)在298K時(shí)，用Zn做陰極，惰性物質(zhì)做陽(yáng)極，電解液濃度為0.1 molkg-1的ZnSO4溶液，設(shè)pH為7.0.若要使H2(g)不與Zn同時(shí)析出，應(yīng)控制電流密度在什么范圍內(nèi)？提示：注意分析超電勢(shì)使氫電極電勢(shì)增大還是減小。解：Zn做陰極，電解液濃度為0.1 molkg-1（0.1 moldm-3）的ZnSO4溶液，陰極可能發(fā)生的反應(yīng)為Zn2+2e-=Zn 2H+2e-=H2 Zn的析出電勢(shì)： =+ =0.7618V+ =0.7914V氫的析出電勢(shì)p(H2)=P:=+(陰) =(陰) = 0.4142V(陰) 為使H2(g)不與Zn同時(shí)析出，即 Zn析出，H2(g)不析出，則要求<0.4142V(陰)<0.7914V即 (陰)>0.3772V由 0.72V+0.166Vlgj>0.3772V解得 j>1.110-3 Acm-2 （ 曹建芳）