大学化学课后习题答案第四章.docx

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大学化学课后习题答案第四章

第四章电化学与金属腐蚀

1、就是非题（对得在括号内填“+”,错得填“-”号）

（1）取两根铜棒,将一根插入盛有0、1mol·dm-3CuSO4溶液得烧杯中,另一根插入盛有1mol·dm-3CuSO4溶液得烧杯中,并用盐桥将两只烧杯中得溶液连结起来,可以组成一个浓差原电池。

（）

（2）金属铁可以置换Cu2+,因此三氯化铁不能与金属铜反应。

（）

（3）电动势E（或电极电势φ）得数值与反应式（或半反应式）得写法无关,而标准平衡常数Kθ得数据,随反应式得写法（即化学计量数不同）而变。

（）

（4）钢铁在大气得中性或弱酸性水膜中主要发生吸氧腐蚀,只有在酸性较强得水膜中才主要发生析氢腐蚀。

（）

（5）有下列原电池（-）Cd|CdSO4（1、0mol·dm-3）||CuSO4（1、0mol·dm-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CuSO4·5H2O晶体,都会使原电池得电动势变小。

（）

解:

（1）+;

（2）–;（3）+;（4）+;（5）–。

2、选择题（将所有正确答案得标号填入空格内）

（1）在标准条件下,下列反应均向正方向进行:

Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O

2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+

它们中间最强得氧化剂与最强得还原剂就是______。

（a）Sn2+与Fe3+（b）Cr2O72-与Sn2+

（c）Cr3+与Sn4+（d）Cr2O72-与Fe3+

（2）有一个原电池由两个氢电极组成,其中有一个就是标准氢电极,为了得到最大得电动势,另一个电极浸入得酸性溶液[设p（H2）=100kPa]应为

（a）0、1mol·dm-3HCl（b）0、1mol·dm-3HAc+0、1mol·L-1NaAc

（c）0、1mol·dm-3Hac（d）0、1mol·dm-3H3PO4

（3）在下列电池反应中

Ni（s）+Cu2+（aq）→Ni2+（1、0mol·dm-3）+Cu（s）

当该原电池得电动势为零时,Cu2+浓度为

（a）5、05×10-27mol·dm-3（b）5、71×10-21mol·dm-3

（c）7、10×10-14mol·dm-3（d）7、56×10-11mol·dm-3

（4）电镀工艺就是将欲镀零件作为电解池得（）;阳极氧化就是将需处理得部件作为电解池得（）。

（a）阴极（b）阳极（c）任意一个极

解:

（1）b;

（2）b;（3）b;（4）a,b。

3、填空题

（1）有一种含Cl-、Br-与I-得溶液,要使I-被氧化而Cl-、Br-不被氧化,

则在常用得氧化剂

（a）KMnO4酸性溶液,（b）K2Cr2O7酸性溶液,（c）氯水与（d）Fe2（SO4）3溶液中应选（）为最适宜。

（2）有下列原电池

（-）pt|Fe2+（1mol·dm-3）Fe3+（0、01mol·dm-3）||Fe2+（1mol·dm-3）,

Fe3+（1mol·dm-3）|Pt（+）该原电池得负极反应为（）,正极反应为（）。

（3）电解含有下列金属离子得盐类水溶液:

Li+、Na+、K+、Zn2+、Ca2+、

Ba2+、Ag+。

（）能被还原成金属单质;（）不能被还原成金属单质解:

（1）d

（2）Fe2+=Fe3++e-;Fe3++e-=Fe2+

（3）Zn2+、Ag+;Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+

4、写出下列化学方程式得氧化反应及还原反应得半反应式（须配平）。

（1）Zn+Fe2+=Zn2++Fe

（2）2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+

（3）Ni+Sn4+=Ni2++Sn2+

（4）5Fe2++8H++MnO4-=Mn2++5Fe3++4H2O

解:

（1）负极Zn（s）=Zn2+（aq）+2e-

正极Fe2+（aq）+2e-=Fe（s）

（2）负极2I-（aq）=I2（s）+2e-

正极Fe3+（aq）+e-=Fe2+（aq）

（3）负极Ni（s）=Ni2+（aq）+2e-

正极Sn4+（aq）+2e-=Sn2+（aq）

（4）负极Fe2+（aq）=Fe3+（aq）+e-

正极MnO4-（aq）+8H+（aq）+5e-=Mn2+（aq）+4H2O（l）

5、将上题各氧化还原反应组成原电池,分别用图式表示各原电池。

解:

（1）（-）Zn|Zn2+||Fe2+|Fe（+）

（2）（-）Pt|I2|I-||Fe2+,Fe3+|Pt（+）

（3）（-）Ni|Ni2+||Sn2+,Sn4+|Pt（+）

（4）（-）Pt|Fe2+,Fe3+||Mn2+,MnO4-,H+|Pt（+）

6、参见标准电极电势表,分别选择一种合适得氧化剂,能够氧化:

（1）Cl-

成Cl2;

（2）Pb成Pb2+;（3）Fe2+成Fe3+。

再分别选择一种合适得还原剂,能够还原:

（a）Fe2+成Fe;（b）Ag+成Ag;（c）NO2-成NO。

解:

合适得氧化剂为

（1）酸化得MnO4-

（2）HNO3（3）Cl2

合适得还原剂为

（1）Zn

（2）Sn2+（3）I-

[本题非唯一答案,凡合理得其她答案均可。

]

7、将锡与铅得金属片分别插入含有该金属离子得溶液中并组成原电池（用图式表示,要注明浓度）。

（1）c（Sn2+）=0、0100mol·dm-3,c（Pb2+）=1、00mol·dm-3;

（2）c（Sn2+）=1、00mol·dm-3,c（Pb2+）=0、100mol·dm-3。

分别计算原电池得电动势,写出原电池得两电极反应与电池总反应式。

解:

查阅教材附录10可知:

（1）当

（1）c（Sn2+）=0、0100mol·dm-3,c（Pb2+）=1、00mol·dm-3时:

故以锡电极作原电池负极,铅电极作正极。

原电池图式为:

（-）Sn|Sn2+（0、0100mol·dm-3）||Pb2+（1、00mol·dm-3）|Pb（+）

正极反应:

Pb2++2e-=Pb

负极反应:

Sn+2e-=Sn2++2e-

电池总反应:

Pb2++Sn=Pb+Sn2+

原电池电动势:

E=

=–

=–（–0、197V）

=0、071V

（2）当c（Sn2+）=1、00mol·dm-3,c（Pb2+）=0、100mol·dm-3时:

==–0、1375V

=

=-0、1262V

=–0、156V

此时以铅电极为原电池负极,锡电极为正极。

原电池图式为:

（-）Pb|Pb2+（0、100mol·dm-3）||Sn2+（1、00mol·dm-3）|Sn（+）

正极反应:

Sn2++2e-=Sn

负极反应:

Pb=Pb2++2e-

电池总反应:

Pb+Sn2+=Pb2++Sn

原电池电动势:

E=

=–

=–（–0、156V）

=0、019V

8、求反应Zn+Fe2+（aq）=Zn2+（aq）+Fe在298、15K时得标准平衡常数。

若将过量极细得锌粉加入Fe2+溶液中,求平衡时Fe2+（aq）浓度对Zn2+（aq）浓度得比值？

解:

Zn+Fe2+（aq）=Zn2+（aq）+Fe

E==–

=–0、447V–（–7618V）

=0、315V

lgK==2×0、315V/0、05917V=10、6

K==4、4×1010

故=2、3×10–11,反应进行得相当完全。

9、将下列反应组成原电池（温度为298、15K）:

2I-（aq）+2Fe3+（aq）=I2（s）+2Fe2+（aq）

（1）计算原电池得标准电动势;

（2）计算反应得标准摩尔吉布斯函数变;

（3）用图式表示原电池;

（4）计算c（I-）=1、0×10-2mol·dm-3以及c（Fe3+）=c（Fe2+）/10时,原电池

得电动势。

解:

（1）查阅教材附录10可知:

=0、771V,

=0、5355V

E==–=0、771V–0、5355V=0、236V

（2）ΔrGm（298K）=–nFE=–2×96485C、mol-1×0、236V=–45、5kJ、mol-1

（3）原电池图式:

（-）Pt|I2|I-||Fe3+,Fe2+|Pt（+）

（4）E=E–

=0、236V–lg102/（1、0×10–2）2=0、058V

10、当pH=5、00,除H+（aq）离子外,其余有关物质均处于标准条件下时,

下列反应能否自发进行？

试通过计算说明之。

2MnO4-（aq）+16H+（aq）+10Cl-=5Cl2（g）+5Mn2+（aq）+8H2O

（1）

解:

由反应2MnO4-（aq）+16H+（aq）+10Cl-=5Cl2（g）+5Mn2+（aq）+8H2O

（1）组成原电池

正极:

MnO4-（aq）+8H+（aq）+5e-=Mn2+（aq）+4H2O（l）

负极:

2Cl-（aq）=Cl2（g）+2e-

当pH=5、00,其她有关物质均处于标准条件时:

=

=1、507V

=1、033V

11、由镍电极与标准氢电极组成原电池。

若c（Ni2+）=0、0100mol·dm-3时,

原电池得电动势为0、315V,其中镍为负极,计算镍电极得标准电极电势。

解:

E=Φ-Φ=0-Φ-（0、059/2）lgCNi2+=0、315

所以Φ=-0、315-（0、059/2）lg0、01=-0、315+0、059=-0、256（V）

12、由两个氢电极H2（101、325kPa）|H+（0、10mol·dm-3）|Pt与H2（101、325kPa）|H+（xmol·dm-3）|Pt组成原电池,测得该原电池得电动势为0、016V。

若后一电极作为该原电池得正极,问组成该电极得溶液中H+得浓度x值为多少？

解:

-

E=

CH+2=0、035

13、判断下列氧化还原反应进行得方向（设离子浓度均为1mol·dm-3）:

（1）Ag++Fe2+Ag+Fe3+

（2）2Cr3++3I2+7H2OCr2O72-+6I-+14H+

（3）Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2

解

（1）Ag-+Fe2+

Ag+Fe3+

Φ=0、799（V）Φ=0、77（V）

E=0、799-0、77=0、022>0正向

（2）2Cr3++3I2++7H2O

Cr2O72-+6I-+14H+

Φ=1、33（V）Φ=0、54（V）

E=0、54-1、33=-0、79<0逆向

（3）Cu+2FeCl3

CuCl2+2FeCl2

Φ=0、34（V）Φ=0、77（V）

E=0、77-0、34=0、43>0正向

14、在pH=4、0时,下列反应能否自发进行？

试通过计算说明之（除H+及OH-外,其她物质均处于标准条件下）。

（1）Cr2O72-（aq）+H+（aq）+Br-（aq）→Br2（l）+Cr3+（aq）+H2O（l）

（2）MnO4-（aq）+H+（aq）+Cl-（aq）→Cl2（g）+Mn2+（aq）+H2O（l）

解:

pH=4、0及其她物质均处于标准条件下:

（1）反应Cr2O72-（aq）+H+（aq）+Br-（aq）→Br2（l）+Cr3+（aq）+H2O（l）

组成原电池:

正极:

Cr2O72-+H++6e-=Cr3++H2O

负极:

Br-=Br2+2e-

=

=1、232V

=0、680V

==1、066V

因<,故正反应不能自发进行。

（2）反应MnO4-（aq）+H+（aq）+Cl-（aq）→Cl2（g）+Mn2+（aq）+H2O（l）组成原电池:

正极:

MnO4-（aq）+8H+（aq）+5e-=Mn2+（aq）+4H2O（l）

负极:

2Cl-（aq）=Cl2（g）+2e-

=

=1、507V

=1、128V

==1、358V

因<,故正反应不能自发进行。

15、计算下列反应得标准平衡常数与所组成得原电池得标准电动势。

Fe3+（aq）+I-（aq）=Fe2+（aq）+1/2I2（s）又当等体积得2mol·dm-3Fe3+与2mol·dm-3I-溶液混合后,会产生什么现象？

解:

Fe3+（aq）+I-（aq）=Fe2+（aq）+1/2I2（s）

E==–=0、771V–0、5355V=0、236V

lgK==1×0、236V/0、05917V=3、99

K=9、8×103

当两溶液等体积混合后,离子浓度均变为1mol·dm-3,据上述计算,E>0,反应正向进行,溶液由浅黄色转变为棕黄色,并（或）有紫黑色碘沉淀析出。

16、由标准钴电极（Co2+与Co组成）与标准氯电极组成原电池,测得其电动势为1、64V,此时钴电极为负极。

已知jq（Cl2/Cl-）=1、36V,问:

（1）标准钴电极得电极电势为多少（不查表）？

（2）此电池反应得方向如何？

（3）当氯气得压力增大或减小时,原电池得电动势将发生怎样得变化？

（4）当Co2+得浓度降低到0、010mol·dm-3时,原电池得电动势将如何变

化？

数值就是多少？

解:

（1）依题意钴电极为负极,氯电极为正极:

E==–

1、64V=1、36V–

=–0、28V

（2）原电池反应为:

Co+Cl2=Co2++2Cl-

（3）=

当p（Cl2）增大时,增大,原电池电动势E值增大;当p（Cl2）减小时,减小,原电池电动势E减小。

（4）当c（Co2+）=0、010mol·dm-3时

=

=–0、28V=–0、34V

E=–=1、36V–（–0、34V）=1、70V

17、从标准电极电势值分析下列反应向哪一方向进行？

MnO2（s）+2Cl-（aq）+4H+（aq）=Mn2+（aq）+Cl2（g）+2H2O（l）

实验室中就是根据什么原理,采取什么措施,利用上述反应制备氯气得？

解:

查阅教材附录10可知:

=1、244V,=1、358V。

<,故在标准状态下,反应向左进行（正向非自发）。

然而,MnO2得氧化性受介质酸度得影响较大。

从MnO2/Mn2+电对得半反应式MnO2（s）+4H+（aq）+2e-=Mn2+（aq））+2H2O可以得出H+浓度对其电极电势得影响为:

=

即φ值随H+浓度得增大而增大,所以实验室用浓盐酸（如12mol·dm-3）与MnO2在加热条件下反应增加MnO2得氧化性;与此同时,c（Cl-）得增加及加热使p（Cl2）降低,均使减小,增加了Cl-得还原性,使>,反应正向进行。

此外,加热可以使反应速率增加。

18、用图式表示下列反应可能组成得原电池,并计算反应得标准平衡常数。

Cu（s）+2Fe3+（aq）Cu2+（aq）+2Fe2+（aq）

解:

原电池图式为:

（-）Cu|Cu2+|Fe2+,Fe3+|Pt（+）

lgK==n[–]/0、05917V=2×（0、771–0、341）V/0、05917V=14、5

K=3×1014

19、为什么Cu+在水溶液中不稳定,容易发生歧化反应？

25°C时歧化反应得ΔrGm与K分别就是多少？

[提示:

铜得歧化反应为2Cu+（aq）=Cu2+（aq）+Cu（s）]

解:

歧化反应2Cu+（aq）=Cu2+（aq）+Cu（s）查阅教材附录10可知:

=0、521V而得利用与=0、3419V,通过计算而得:

=V=0、163V

所以E==–=0、521V–0、163V=0、358V>0

可见,Cu+在水溶液中就是不稳定得,容易发生歧化反应。

ΔrGm=–nFE=–1×96485C·mol-1×0、358V=–34、5kJ·mol-1

lgK===6、05

K=1、12×106

20、用两极反应表示下列物质得主要电解产物。

（1）电解NiSO4溶液,阳极用镍,阴极用铁;

（2）电解熔融MgCl2,阳极用石墨,阴极用铁;

（3）电解KOH溶液,两极都用铂。

解:

（1）阳极:

Ni（s）=Ni2+（aq）+2e-

阴极:

Ni2+（aq）+2e-=Ni（s）

（2）阳极:

2Cl-（aq）=Cl2（g）+2e-

阴极:

Mg2++2e-=Mg（s）

（3）阳极:

4OH-（aq）=2H2O（l）+O2（g）+2e-

阴极:

2H2O（l）+2e-=2OH-（aq）+H2（g）

*21、电解镍盐溶液,其中c（Ni2+）=0、10mol·dm-3。

如果在阴极上只要Ni

析出,而不析出氢气,计算溶液得最小pH值（设氢气在Ni上得超电势为0、21V）。

解:

电解镍盐溶液时,阴极可能发生得反应为:

Ni2+（aq）+2e-=Ni（s）

H++2e-=H2

镍得析出电势:

=+

=–0、257V+

=–0、29V

氢得析出电势[p（H2）=P]:

=+（阴）

=–0、21V

=0、05917Vlgc（H+）–0、21V

为使氢气不断析出,需满足≥

即:

–0、29V≥{0、05917Vlgc（H+）–0、21V}

则:

c（H+）≤0、044mol·dm-3

pH=–lgc（H+）/c≥–lg0、044=1、36

溶液得最小pH为1、36

22、分别写出铁在微酸性水膜中,与铁完全浸没在稀硫酸（1mol·dm-3）中发生腐蚀得两极反应式。

解:

铁在微酸性水膜中发生吸氧腐蚀,电极反应为:

阳极:

Fe（s）=Fe2+（aq）+2e-

阴极:

2H2O（l）+O2（g）+4e-=4OH-（aq）

铁浸没在稀硫酸中发生析氢腐蚀,电极反应为:

阳极:

Fe（s）=Fe2+（aq）+2e-

阴极:

2H+（aq）+2e-=H2（g）

*23、已知下列两个电对得标准电极电势如下:

Ag+（aq）+e-=Ag（s）;φ（Ag+/Ag）=0、7996V

AgBr（s）+e-=Ag（s）+Br-（aq）;φ（（AgBr/Ag）=0、0730V

试从φ值及能斯特方程式,计算AgBr得溶度积。

解:

若将两电极组成原电池:

（-）Ag|AgBr（s）|Br-（aq）||Ag+（aq）|Ag（+）

电池总反应式为Ag+（aq）+Br-（aq）=AgBr（s）

该反应得平衡常数为

K=1/[ceq（Ag+）/c][ceq（Br-）/c]=1/Ks（AgBr）

而lgK==

=1×（0、7996–0、0730）V/0、05917V=12、28

K=1、9×1012

Ks（AgBr）=5、2×10-13

*23、银不能溶于1、0mol·dm-3得HCl溶液,却可以溶于1、0mol·dm-3得

HI溶液,试通过计算说明之。

[提示:

溶解反应为2Ag（s）+2H+（aq）+2I-

（aq）=2AgI（s）+H2（g）,可从φ（Ag+/Ag）及Ks（AgI）,求出φ（AgI/Ag）,再判别。

]

解:

已知Ag+（aq）+e-=Ag（s）,φ（Ag+/Ag）=0、799V,在1、0mol·dm-3得HCl溶液中:

ceq（Ag+）=Ks（AgCl）/ceq（Cl-）=1、77×10-10mol·dm-3

此时φ（Ag+/Ag）=φ（Ag+/Ag）+

=0、7990V+0、05917Vlg（1、77×10-10）

=0、222V

因为此条件下,<φ（Ag+/Ag）,所以银不溶于盐酸中。

在1、0mol·dm-3得HI溶液中:

ceq（Ag+）=Ks（AgI）/ceq（I-）=8、51×10-17mol·dm-3

此时φ（Ag+/Ag）=φ（Ag+/Ag）+

=0、7990V+0、05917Vlg（8、51×10-17）

=–0、152V

因为此条件下,>φ（Ag+/Ag）,所以银溶于HI溶液中。

25、氢气在锌电极上得超电势η与电极上通过得电流密度j（单位为A·cm-2）得关系为η=0、72V+0、116Vlgj/（A·cm-2）

在298K时,用Zn做阴极,惰性物质做阳极,电解液浓度为0、1mol·kg-1得ZnSO4溶液,设pH为7、0、若要使H2（g）不与Zn同时析出,应控制电流密度在什么范围内？

[提示:

注意分析超电势使氢电极电势增大还就是减小。

]

解:

Zn做阴极,电解液浓度为0、1mol·kg-1（≈0、1mol·dm-3）得ZnSO4溶液,阴极可能发生得反应为

Zn2++2e-=Zn

2H++2e-=H2

Zn得析出电势:

=+

=–0、7618V+

=–0、7914V

氢得析出电势[p（H2）=P]:

=+（阴）

=（阴）

=–0、4142V—η（阴）

为使H2（g）不与Zn同时析出,即Zn析出,H2（g）不析出,则要求<

–0、4142V—η（阴）<–0、7914V

即η（阴）>0、3772V

由0、72V+0、166Vlgj>0、3772V

解得j>1、1×10-3A·cm-2

（曹建芳）