第六章 氧化还原与电极电位 习题解答

1．指出下列各物质中画线元素的氧化数。

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进行的反应的方程式。

（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．完成并配平下列在碱性溶液中进行的反应的方程式。

（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．试用符号表明下列各组电对（在标准状态下)组成的原电池。写出电极反应和电池反应式。

（1)Cu²⁺/Cu，Ni²⁺/Ni

（2)Fe²⁺/Fe，Cl₂/Cl^-

（3)Cu²⁺/Cu，Ag⁺/Ag

解：（1)电池符号（-)Ni︱Ni²⁺（1 mol·L^-1)‖Cu²⁺（1 mol·L^-1)︱Cu（+)

电极反应：    正极Cu²⁺ +2e^-→Cu 负极Ni -2e^-→Ni²⁺

电池反应： Cu²⁺+ Ni→Cu + Ni²⁺

（2)电池符号（-)Fe︱Fe²⁺（1 mol·L^-1)‖Cl^-（1 mol·L^-1)，Cl₂（101.325KPa)︱Ptwww.med126.com/kuaiji/（+)

电极反应： 正极Cl₂ +2e^-→2 Cl^- 负极Fe -2e^-→Fe²⁺

电池反应： Cl₂+ Fe→Fe²⁺+ 2 Cl^-

（3)电池符号（-)Cu︱Cu²⁺（1 mol·L^-1)‖Ag⁺（1 mol·L^-1)︱Ag（+)

电极反应： 正极Ag⁺ + e → Ag负极Cu -2e^-→Cu²⁺

电池反应： 2Ag⁺+ Cu→Cu²⁺+ 2Ag

5．根据标准电极电位表的数据，判断下列每一组中较强的氧化剂和较强的还原剂（均为标准状态)。

（1)Hg²⁺/Hg₂²⁺，Ni²⁺/Ni，Zn²⁺/Zn

（2)Cl₂/Cl^-，Br₂/Br^-，I₂/I^-

解：（1)较强的氧化剂是Hg²⁺，较强的还原剂是Zn

（2)较强的氧化剂是Cl₂，较强的还原剂是I^-

6．根据电极电位表中的数据，

（1)按由强到弱的顺序排列下述还原剂：Sn、Pb、Sn²⁺、Br^-

（2)按由强到弱的顺序排列下述氧化剂：Sn⁴⁺，Fe³⁺，I₂，Cd²⁺

解：（1)Sn ＞Pb ＞Sn²⁺＞Br^-

（2)Fe³⁺＞I₂＞Sn⁴⁺＞Cd²⁺

7．写出298K时下列电极反应的能斯特方程式。

（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．计算298K时下列电对的电极电位。

（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．计算298K时下列电池的电动势，标明正、负极，列出电极反应式和电池反应式。

（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)，Fe²⁺（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)，Fe²⁺（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

电动势E=φ_Sn⁴⁺_/Sn²⁺-φ_Cd²⁺_/Cd=0.180-（-0.433)=0.613V

正极： Sn⁴⁺（0.1 mol·L^-1)，Sn²⁺（0.01 mol·L^-1)︱Pt，电极反应：Sn⁴⁺ +2e^-→Sn²⁺

负极：Cd²⁺（0.1 mol·L^-1)︱Cd， 电极反应：Cd- 2e^-→Cd²⁺

电池反应：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

电动势E=φ_MnO4^-_/Mn²⁺-φ_Fe³⁺_/Fe²⁺ =1.408-0.829=0.579V

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

电极反应：MnO₄^-+ 8H⁺+5 e^-→Mn²⁺+ 4H₂O

负极： Fe³⁺（0.5 mol·L^-1)，Fe²⁺（0.05 mol·L^-1)︱Pt

电极反应： Fe²⁺-e^- →Fe³⁺

电池反应：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

电动势E=φ_AgCl/Ag -φ_H⁺_/H2=0.918-（-0.118)=1.036V

正极：HCl（0.01 molwww.med126.com/sanji/·L^-1)，AgCl（s)︱Ag，电极反应：AgCl +e^-→Ag +Cl^-

负极：HCl（0.01 mol·L^-1)，H₂（101.325kPa)︱Pt，电极反应：H₂- 2e^-→2H⁺

电池反应：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

电动势E=φ_Fe³⁺_/Fe²⁺-φ_Hg²⁺_/Hg =0.888-0.851=0.037V

正极： Fe³⁺（1.0 mol·L^-1)，Fe²⁺（0.01 mol·L^-1)︱Pt 电极反应：Fe³⁺ +  e^- → Fe²⁺

负极： Hg²⁺（1.0 mol·L^-1)︱Hg 电极反应：Hg - 2e^-→Hg²⁺

电池反应： 2Fe³⁺+ Hg → 2Fe²⁺+  Hg²⁺

10．用下列反应组成原电池，写出电池组成式，计算298K时的电动势，并判断反应自发进行的方向。

（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，反应逆向自发进行。电池组成式为：

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

电动势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⁺，反应逆向自发进行。电池组成式为：

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

电动势E=φ_Br2/Br -φ_Cr³⁺_/Cr²⁺=1.124-（-0.469)=1.593V

11．计算298K时下列反应的平衡常数。

（1)2Fe³⁺+2I^-2Fe²⁺+I₂

（2)2Ag⁺+Sn²⁺2Ag+Sn⁴⁺

解： （1)，K=8.81×10⁷

（2)，K=9.12×10²¹

12．用玻璃电极与饱和甘汞电极插入pH_s=3.57的标准缓冲溶液中，组成电池，在298K时测得其电动势E_s=0.0954V。再将溶液换成未知pH值的溶液组成电池，298K时测得其电动势E_x=0.340V，求待测溶液的pH值。

解：

=7.70

13．有一原电池（-)A︱A²⁺‖B²⁺︱B（+)，当[A²⁺]=[B²⁺]时，其电动势为0.360V，现若使[A²⁺]=0.1 mol·L^-1， [B²⁺]=1.0×10^-4 mol·L^-1，这时电池的电动势为多少？

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

当[A²⁺]=[B²⁺]时，其电动势为0.360V，即：φ⁰_B²⁺_/B- φ⁰_A²⁺_/A=0.360V。所以，当[A²⁺]=0.1 mol·L^-1， [B²⁺]=1.0×10^-4 mol·L^-1时：

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

=0.360 +

=0.21V