大學(xué)化學(xué)課后習(xí)題答案第四章.doc
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第四章 電化學(xué)與金屬腐蝕1.是非題(對的在括號內(nèi)填“+”,錯的填“-”號)(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)電動勢E(或電極電勢)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,都會使原電池的電動勢變小。( )解:(1)+;(2);(3)+;(4)+;(5)。 2.選擇題(將所有正確答案的標(biāo)號填入空格內(nèi))(1)在標(biāo)準(zhǔn)條件下,下列反應(yīng)均向正方向進行:Cr2O72 - +6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+它們中間最強的氧化劑和最強的還原劑是_。(a)Sn2+和Fe3+ (b)Cr2O72 - 和Sn2+(c)Cr3+和Sn4+ (d)Cr2O72 - 和Fe3+(2)有一個原電池由兩個氫電極組成,其中有一個是標(biāo)準(zhǔn)氫電極,為了得到最大的電動勢,另一個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)該原電池的電動勢為零時,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( );陽極氧化是將需處理的部件作為電解池的( )。(a)陰極 (b)陽極 (c)任意一個極解:(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。分別計算原電池的電動勢,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: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+原電池電動勢:E= =(0.197V)=0.071V(2)當(dāng)c(Sn2+)=1.00moldm-3,c(Pb2+)=0.100moldm-3時:= 0.1375V=-0.1262V = 0.156V此時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 原電池電動勢:E= =(0.156V)=0.019V8.求反應(yīng)Zn+Fe2+(aq)=Zn2+(aq)+Fe 在298.15K 時的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若將過量極細的鋅粉加入Fe2+溶液中,求平衡時Fe2+(aq)濃度對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)計算原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢;(2)計算反應(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)計算c(I-)=1.010-2moldm-3 以及c(Fe3+)=c(Fe2+)/10 時,原電池的電動勢。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,下列反應(yīng)能否自發(fā)進行?試通過計算說明之。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:=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,原電池的電動勢為0.315V,其中鎳為負(fù)極,計算鎳電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。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,測得該原電池的電動勢為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=0.0220 正向(2)2Cr3+3I2+7 H2OCr2O72-+6I-+14H+=1.33(V) =0.54(V)E=0.54-1.33=-0.790 正向14.在pH=4.0 時,下列反應(yīng)能否自發(fā)進行?試通過計算說明之(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0,反應(yīng)正向進行,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,測得其電動勢為1.64V,此時鈷電極為負(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,原電池的電動勢將發(fā)生怎樣的變化?(4)當(dāng)Co2+的濃度降低到0.010moldm-3 時,原電池的電動勢將如何變化?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,增大,原電池電動勢E值增大;當(dāng)p(Cl2)減小時,減小,原電池電動勢E減小。(4)當(dāng)c(Co2+)=0.010 moldm-3時=0.28V=0.34VE=1.36V(0.34V)=1.70V17.從標(biāo)準(zhǔn)電極電勢值分析下列反應(yīng)向哪一方向進行?MnO2(s)+2Cl-(aq)+4H+(aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)實驗室中是根據(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。,反應(yīng)正向進行。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,通過計算而得:=V=0.163 V所以E=0.521V0.163V=0.358V0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,陽極用鎳,陰極用鐵;(2)電解熔融MgCl2,陽極用石墨,陰極用鐵;(3)電解KOH 溶液,兩極都用鉑。解:(1)陽極:Ni(s)= Ni2+(aq)+2e- 陰極:Ni2+(aq)+2e-= Ni(s)(2) 陽極:2Cl-(aq) = Cl2(g) + 2e-陰極:Mg2+2e-= Mg(s)(3) 陽極: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,計算溶液的最小pH 值(設(shè)氫氣在Ni 上的超電勢為0.21V)。解:電解鎳鹽溶液時,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: =+ =0.257V+ =0.29V氫的析出電勢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:陽極:Fe(s)= Fe2+(aq)+ 2e- 陰極:2H+(aq)+2e-=H2(g)*23.已知下列兩個電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢如下: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 (Ag+/Ag)= (Ag+/Ag)+ =0.7990 V+0.05917 Vlg(1.7710-10) =0.222V因為此條件下, (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,用Zn做陰極,惰性物質(zhì)做陽極,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:注意分析超電勢使氫電極電勢增大還是減小。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: =+ =0.7618V+ =0.7914V氫的析出電勢p(H2)=P:=+(陰) =(陰) = 0.4142V(陰) 為使H2(g)不與Zn同時析出,即 Zn析出,H2(g)不析出,則要求0.4142V(陰)0.3772V由 0.72V+0.166Vlgj0.3772V解得 j1.110-3 Acm-2 ( 曹建芳)- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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