工科化学与实验(金继红)第5章-习题及思考题答案.docx
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工科化学与实验(金继红)第5章-习题及思考题答案.docx
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思考题
1.氧化还原反应的特征是什么?
什么是氧化剂和还原剂?
什么是氧化反应和还原反应?
氧化还原反应的特征是有电子的转移或偏移。
在氧化还原的过程中,得电子的物质为氧化剂,失电子的物质为还原剂。
氧化数升高的过程称为氧化,氧化数降低的过程称为还原。
2.如何用离子-电子法配平氧化还原方程式?
配平原则:
(1)反应过程中氧化剂所夺得的电子数必须等于还原剂失去的电子数。
(2)反应前后各元素的原子总数相等。
配平步骤:
将反应式改写成两个半反应式,先将两个半反应式配平,然后将这些反应加合起来,消去电子而完成。
3.什么是氧化还原电对?
同一元素原子的氧化型物质及对应的还原型物质称为氧化还原电对。
氧化还原电对通常写成:
氧化型/还原型(Ox/Red),如:
Cu2+/Cu;Zn2+/Zn
4.如何用图式表示原电池?
为简单起见,通常用符号表示原电池。
图式中“∣”表示相界面;“‖”表示盐桥;(—)和(+)分别表示原电池的负极和正极。
一般进行氧化反应的负极写在左边,进行还原反应的正极写在右边。
要注明电池反应的温度和压力,如不写明,一般是指在298.15K和标准压力下。
对气体要注明压力,对溶液要注明浓度,当溶液浓度为1mol/L时可以不写。
当电极无金属导体时,需要增加只起导电作用而不参加反应的惰性电极Pt或C;若参加电极反应的物质中有纯气体,液体或固体时,则应写在惰性导体的一边。
5.原电池的两个电极符号是如何规定的?
如何计算电池的电动势?
(—)和(+)分别表示原电池的负极和正极。
电池电动势E=E+-E-
E+和E-分别代表正,负极的电极电势。
6.电对的电极电势值是否与电极反应式的写法有关?
电对的电极电势值是强度性质,与电极反应式的写法无关。
7.原电池的电动势与离子浓度的关系是什么?
从能斯特方程中可反映出影响电极电势的因素有哪些?
原电池的电动势与正极和负极的电极电势有关,等于两者之差。
而电极电势与离子浓度之间的关系,可由能斯特方程表达。
从能斯特方程可以看到影响电极电势的因素有温度,转移电子数,还原态物质和氧化态物质的浓度,以及电极反应式中氧化态物质的化学计量数g,以及还原态物质的计量数h
8.判断氧化还原反应方向的原则是什么?
试举例说明。
判断氧化还原反应进行的方向,只要氧化剂电对的电极电势大于还原剂电对的电极电势E+>E-,即电动势E>0时,该氧化还原反应可自发进行。
9.,是不是电池反应达到平衡时的电动势?
不是
10.电极电势的应用有哪些?
举例说明。
电极电势的应用有:
1)判断氧化剂和还原剂的强弱。
2)判断氧化还原反应进行的方向。
3)判断氧化还原反应进行的程度。
4)计算原电池的电动势等。
11.什么是元素电势图?
有何主要用途?
大多数非金属元素和过渡元素可以存在几种氧化态,各氧化态之间都有相应的标
准电极电势。
拉特默建议把同一元素不同氧化数的物质所对应电对的标准电极电
势,从左到右按氧化数由高到低排列起来,每两者之间用一条短线连接,并将相
应电对的标准电极电势写在短线上。
这种表明元素各氧化数物质之间标准电极电
势关系的图,称为元素的标准电极电势图,简称元素电势图。
元素电势图用途如下:
(1)计算不同氧化数物质构成电对得标准电极电势
(2)判断歧化反应能否进行
12.原电池和电解池各有何特点?
举例说明(从电极名称、电极反应、电子流方向等方面进行比较)。
原电池是将化学能转化成电能的装置,其中进行的是氧化还原反应。
其中电子流出的电极为负极,电子流入的电极是正极。
负极发生的是氧化反应,正极发生的是还原反应。
电解是在外电源的作用下被迫发生氧化还原的过程,实现电解过程的装置称为电解池。
在电解池中,与直流电源正极相连的电极是阳极,与直流电源负极相连的电极是阴极。
阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
由于阳极带正电,阴极带负电,电解液中正离子移向阴极,负离子移向阳极。
13.什么叫分解电压?
为什么实际分解电压高于理论分解电压?
使电解质溶液继续不断地电解所需施加的最低外加电压,叫做分解电压。
除了内阻所引起的电压降外,超出理论分解电压主要是由于电极反应是不可逆的
产生了所谓“极化”作用引起的。
14.金属电化学腐蚀的特点是什么?
为什么粗锌(含杂质主要是、等)比纯锌容易在硫酸中溶解?
为什么在水面附近的金属比在水中的金属更容易腐蚀?
金属表面与介质如潮湿空气,电解质溶液等接触因发生电化学作用而引起的腐蚀,称为电化学腐蚀。
其特点是有电极反应发生,存在电流。
粗锌能和杂质构成许多微小的原电池,进而发生电极反应加快锌的溶解。
在水面附近潮湿的空气里,金属的表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子,还溶解了氧气等气体,结果在金属表面形成了一层电解质溶液,它跟金属里的杂质恰好形成无数微小的原电池。
进而发生电极反应加快金属的腐蚀。
15.金属防腐的方法有哪些?
1)正确选用金属材料,合理设计金属结构。
2)非金属涂层
3)金属镀层
4)保护器保护
5)阴极电保护
6)缓蚀剂保护
7)氧化膜
16.化学电源主要有哪几类?
主要有1)一次电池,如常用的锰锌电池。
2)二次电池,如铅蓄电池。
3)燃料电池。
习题
一、选择题
1.非金属碘在0.01的溶液中,加入少量的,的电极电势()。
A.增大B.减少C.不变D.不能判断
答案:
A
2.为求的溶度积,应设计电池为()。
A.B.
C.D.
答案:
C
3.已知碱性溶液中溴的元素电势图:
则等于()。
A.1.52VB.0.76VC.1.30VD.0.61V
答案:
B
4.下列电池中,电池反应为的是()。
A.B.
C.D.
答案:
C
5.下列电对的电极电势与pH值无关的是()。
A.B.C.D.
答案:
D
二、填空题
1.电池,若,则电池电动势为;若,则电池电动势为。
答案:
<0,=0
2.在298.15K时,已知标准电池电动势为0.3402V,标准电池电动势为0.522V,则标准电池电动势为。
答案:
0.1584V
3.已知,,,。
则下列各电极的值高低顺序是。
(1);
(2);(3)
答案:
(3)>
(1)>
(2)
4.根据三个电对的标准电极电势值:
;;。
可知其中最强的氧化剂是
;最强的还原剂是;既可作氧化剂又可作还原剂的是;只能作还原剂的是。
答案:
,,,
三、综合题
1.用离子-电子法配平下列方程式。
(a)酸性介质中:
(1);
(2);
(3)。
(b)碱性介质中:
(1);
(2);
(3)。
解:
(1)
负极反应:
正极反应:
电池:
(2)
负极反应:
正极反应:
电池:
(3)
负极反应:
正极反应:
电池:
(4)
负极反应:
正极反应:
电池:
3.写出下列电池中各电极上的反应和电池反应。
解:
(1)
负极反应:
正极反应:
电池反应:
(2)
负极反应:
正极反应:
电池反应:
(3)
负极反应:
正极反应:
电池反应:
(4)
负极反应:
正极反应:
电池反应:
;;;。
解:
氧化还原电对的电极反应为:
(1)
(2)
(3)
(4)
由电极反应的能斯特方程可知
(1)、(3)电对的电极电势与H+浓度无关。
电对
(2)、(4)的能斯特方程分别为:
(2)
(4)
显然H+浓度增加,电对的电极电势增加,因而氧化能力更强。
5.已知下列化学反应(298.15K)
(1)用图式表示原电池;
(2)计算机原电池的;
(3)计算机反应的;
(4),,计算原电池的电动势。
解:
(1)负极反应:
正极反应:
电池:
(2)
(3)
(4)
6.参考附录G中标准电极电势值,判断下列反应能否进行。
(1)能否使氧化为?
(2)在酸性溶液中,能否使氧化为?
(3)能否使还原为?
(4)能否使还原为?
解:
,
,
,
(1)I2不能使Mn2+氧化为MnO2。
(2)在酸性溶液中KMnO4能使Fe2+氧化为Fe3+。
(3)Sn2+能使Fe3+还原为Fe2+。
(4)Sn2+能使Fe2+还原为Fe。
7.计算说明在时,下列反应能否自动进行。
(假定除之外的其他物质均处于标准条件下)
(1)++;
(2).
解:
(1)正极:
负极:
反应不能自动向右进行,可以自动反向进行。
(2)正极:
负极:
反应不能自动向右进行,可以自动反向进行。
8.解释下列现象。
(1)在配制溶液时,需加入金属粒后再保存待用;
(2)水溶液长期放置后会变混浊;
(3)溶液久放后会变黄.
解:
(1),
由以上数据可知,空气中氧能将Sn2+氧化成Sn4+,如果加入锡粒,锡是更强的还原剂,空气中氧首先将Sn氧化成Sn2+,所以可以保证SnCl2不被氧化。
(2),
空气中氧能将H2S氧化成S,析出的S使溶液浑浊。
(3),
空气中氧能将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+溶液呈黄色。
9.298.15K时,反应在标准状态下能否发生?
为什么实验室可以用和浓HCl(浓度为12)制取?
能不能用代替与1的HCI作用制备?
(设用12浓盐酸时,假定c()=1.0,p()=100kPa。
解:
氧化-还原半反应为:
还原反应:
氧化反应:
查表:
,
所以在标准状态下,MnO2不能将Cl-氧化成Cl2。
采用浓盐酸时:
采用浓盐酸时,MnO2可以将Cl-氧化成Cl2。
>
所以在标准状态下,KMnO4能将Cl-氧化成Cl2
10.Ag不能置换1HCl里的氢,但可以和1HI起置换反应产生,通过计算解释此现象。
解:
,,
,所以Ag不能将HCl中的H+还原成H2。
,所以Ag可以将HI中的H+还原成H2。
11.计算原电池(—)(+)在下述情况下电动势的改变值:
(1)浓度降至
(2)加入足够量的Cl-使沉淀。
设浓度为1.56。
解:
,
(1)
负极电势减小0.0888V,所以电池电动势增大0.0888V。
(2)加入足够量的使沉淀,设平衡浓度为1.56。
。
正极电势减小0.5888V,所以电池电动势减小0.5888V。
12.计算下列电池在298.15K时的,指出反应的方向。
解:
(1)正极反应:
负极反应:
反应各物质都处于标准态:
反应向右进行。
(2)正极反应:
负极反应:
反应向左进行。
13.已知下列电极反应在298.15K时的值,求的。
,V
,0.2223V
解:
设计如下电池,
电池反应为:
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