化学课后题 答案(5)

3H2O

-+

（7）P(s) + NO3 + H → H3PO4 + NO(g)

写出两个半反应式：

氧化反应： P(s) － 5e- + 4 H2O ＝ H3PO4 + 5H+ (a)

-

还原反应： NO3 + 3e- ＋4H+ ＝ NO(g) ＋2 H2O(b)

-+

(a)×3＋（b）×5得：3P(s) + 5NO3 +5 H+2H2O ＝ 3H3PO4 + 5 NO(g) 写成分子反应方程式：3P(s) + 5HNO3 + 2H2O ＝ 3H3PO4 + 5 NO(g)

-+

（8）H2S(aq) + NO3 + H → S(s) + NO(g) + H2O

写出两个半反应式：

+

氧化反应： H2S(aq) － 2e- ＝ S(s) + 2H (a)

-+

还原反应： NO3 ＋ 3e- + 4H ＝ NO(g) + 2H2O (b)

-+

(a)×3＋（b）×2得：3H2S(aq) + 2NO3 + 2H ＝ 3S(s) +2 NO(g) + 4H2O 写成分子反应方程式：3H2S(aq) + 2HNO3 ＝ 3S(s) + 2 NO(g) + 4H2O

2. 将下列化学反应组装成原电池。（1）用符号表示原电池的装置；（2）标出正、负极及电子流动的方向。

（1）Al + 3NiCl2 == 2AlCl3 + 3Ni

3+2+2+3+

（2）Co + Fe == Co + Fe （3）Fe + 2FeCl3 == 3FeCl2

（4）PbCl2 + 2KI == PbI2 + 2KCl

+ -

（5）AgCl + 2NH3 == [Ag(NH3) 2] + Cl [解]：以下各电池，电子流动方向均为：（-）极 →（+）极 （1）Al + 3NiCl2 == 2AlCl3 + 3Ni

3+2+

（-）Al|Al（c1）‖Ni（c2）|Ni（+）

（2）Co + Fe == Co + Fe

2+3+3+2+

（-）Pt|Fe（c1），Fe（c2）‖Co（c3），Co（c4）|Pt（+） （3）Fe + 2FeCl3 == 3FeCl2

2+3+2+

（-）Fe|Fe（c1）‖Fe（c2），Fe（c3）|Pt（+）

（4）PbCl2 + 2KI == PbI2 + 2KCl

（-）Pb|PbI2|KI（c1）‖KCl（c2）|PbCl2|Pb（+）

（5）AgCl + 2NH3 == [Ag(NH3) 2] + Cl

+-（-）Ag|[Ag（NH3）2]（c1），NH3（c2）‖Cl（c2）|AgCl|Ag（+）

3. 根据标准电极电势数值将下列物质：FeCl2、SnCl2、H2、KI、Li、Mg按还原能力

从小到大依次排列，并写出它们的氧化产物。

[解]：作为还原剂时，FeCl2、SnCl2、H2、KI、Li、Mg的氧化产物分别为：FeCl3、SnCl4、+

H、I2、Li+、Mg2+。

3+2+4+2+

查表得各电对的标准电极电势依次为：? ?（Fe/ Fe）= 0.771V；? ?（Sn/ Sn）

++

= 0.151V；? ?（H/H2）= 0.00V；? ?（I2/ I-）= 0.5355V；? ?（Li/ Li）= －3.0401V；

2+

? ?（Mg/Mg）= －2.372V。按照电极电势越小，电对中的还原态物质的还原能力越强，是强的还原剂，则上述还原剂还原能力从小到大次序为： FeCl2＜KI ＜SnCl2＜H2＜Mg＜Li。

4. 通过计算指出下列各原电池的正、负极，写出电极反应、电池反应并计算电动势。 (1) Pt|I2|I(0.1 mol?L1)||Cr2O7(0.1 mol?L1),Cr(1 mol?L1),H(1×10 -mol?L1)|Pt

2+-+- (2) Pb|Pb(1 mol?L1)|| H(1 mol?L1)|H2|Pt

21

--2--3+

-+

-10

+

-3+

2+

2+

3+

[解]：(1) -10-1

10mol?L)|Pt

Pt|I2|I(0.1mol?L)||Cr2O7(0.1mol?L),Cr(1mol?L),H(1×

--12--13+-1+

－－－2?

?（I2/I）= ? （I2/I）－ (0.0592/2)lg[c(I)/c?] = 0.5355 + 0.0592 = 0.5947V

(Cr2O7/Cr) ＝ ??(Cr2O7/Cr)

2-+3+

(0.0592/6)lg{[c(Cr2O7)/c?][c(H)/c?]14/[c(Cr)/c?]2}

-10

＝1.232+ (0.0592/6)lg {[0.1]×[1×10]14/[1]2} ＝－0.1592V

? 2-3+2-3+

+

∵ ?（I2/I）＞? (Cr2O7/Cr) ∴ Pt | Cr2O7，Cr

－

2-3+2- 3+

为负极；Pt | I2 | I-

为正极

正极反应：I2 ＋ 2e- ＝ 2I-

负极反应：2Cr3+ － 6e- ＋ 7H2O ＝ Cr2O72- ＋ 14H+

电池反应：2Cr3+ ＋3I2 ＋ 7H2O ＝ Cr2O72- ＋6I- ＋14H+

－2-3+

E＝?（正）－?（负）＝?（I2/I）－? (Cr2O7/Cr)＝0.5947－（－0.1592）

＝0.7539（V）

(2) Pb|Pb(1 mol?L1)|| H(1 mol?L1)|H2|Pt

因两电极均为标准电极，查表得：? ?（H+/H2）＝0.000V ? ?（Pb2+/Pb）=－0.1262V

所以? ?（H+/H2）为正极，? ?（Pb2+/Pb）为负极 正极反应：2H+＋2e- ＝ H2 负极反应：Pb－2e- ＝ Pb2+

电池反应：2H+ ＋ Pb ＝ H2 ＋ Pb2+

E=?（正）－?（负）＝? ?（H+/H2）－? ?（Pb2+/Pb）＝0.1262V

5. 已知：AgI(s) + e- = Ag(s) + I(aq)的? ? = -0.1340V，Ag(aq) + e- = Ag(s)的? ? = +0.7996V

(1) 写出由上述电极组装成的原电池符号； (2) 写出原电池的电池反应式；

(3) 计算该原电池的标准电动势E ?；

(4) 计算电池反应的标准Gibbs函数变量△rGm?； (5) 计算在298.15K时AgI的溶度积常数。 [解]：（1） 由上述电极组装成的原电池符号为：（－）Ag | AgI（s）| I-（1 mol?L）|| Ag+

-1

（1 mol?L）| Ag（+）

（2） 原电池的电池反应式为： Ag+ ＋ I- ＝ AgI

＋

（3） 原电池的标准电动势E ? ＝ ? ?（Ag/Ag）－? ?（AgI/Ag）

=0.7996+0.1340=0.9336V

（4） 电池反应的标准吉布斯函数变量△rGm ?＝－nFE ? ＝1×96485×0.9336/1000

＝－90.078kJ ? mol-1

（5） 在298.15K时AgI的溶度积常数为Ks ? ，且Ks ?与电池反应平衡常数K ?

的关系为：

K ?＝1/Ksp ?

代入热力学关系：△rGm ?＝－RTln K ? 得：

△rGm ?＝RTln Ks?

即： ln Ksp? ＝ △rGm ? / RT ＝ －90.078×103 / 8.314×298.15 ＝－

36.3391

22

-1

-+

2+

-+

-

取反对数得：Ksp? ＝1.65×10-16

6. 在298.15K时，测得电池Cd|Cd (1.0 mol?L1) ||H (x mol?L1) |H2(100kPa)|Pt的

+

电动势为0.15V,试计算氢电极溶液中的c(H)和pH。

[解]：?（H2/H+）= ? ?（H2/H+）+ 0.0592lg[c(H+)/c?]= 0.0592lgX

? ?（Cd2+/Cd）=－0.403V

E ＝?（H2/H+）－? ?（Cd2+/Cd）= 0.0592lgX + 0.403 = 0.15 lgX = （0.15-0.403）/0.0592

+

lgX = - 4.274, PH = - lgX = 4.274 x ＝ [H] ＝ 5.33×10

－5

2+-+-

2-

+

3+

7. 已知298.15K时： Cr2O7+ 14 H+ 6e - == 2Cr+ 7H2O

- △fGm? /kJ?mol1 -1319.0 0 -215 -237

试计算此半电池反应的? ?值。

3++

[解]：△rGm? = [7△fGm?( H2O )＋2△fGm?( Cr )]－[14△fGm? ( H)＋△fGm? 2-

( Cr2O7)]

-1

△rGm? ＝7（－237）＋2（－215）―（―1319.0）＝ －770 kJ?mol由△rGm? ＝－6??F 得：

?? ＝△rGm? /（－6F）＝（－770×1000）/（－6×96485）＝1.3301V 8. 用电化学原理判断下列反应在标准状态下能否自动进行。 （1）3AgNO3 + Au == Au(NO) 3 + 3Ag

-3+2+

（2）2Br + 2Fe == Br2 + 2Fe

（3）2KMnO4 + 10KBr + 8H2SO4 == 2MnSO4 + 6K2SO4 + 5Br2 + 8H2O [解]：（1）3AgNO3 + Au == Au(NO) 3 +Ag

查表得：? ?（正）＝ ? ?（Ag+/Ag）=0.7996V ； ? ?（负）＝ ? ?（Au3+/Au）

=1.498V

∵? ?（正）＜? ?（负） ∴在标准状态下该反应不能自发进行。 -3+2+

（2）2Br + 2Fe == Br2 + 2Fe

3+2+

查表得：? ?（正）＝? ?（Fe/ Fe）=0.771V ； ? ?（负）=? ?（Br2/Br-）

=1.066V

∵? ?（正）＜? ?（负） ∴在标准状态下该反应不能自发进行。

（3）2KMnO4 + 10KBr +8H2SO4 == 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O

查表得：? ?（正）＝? ?（MnO4/Mn=1.066V

∵? ?（正）＞? ?（负） ∴在标准状态下该反应能够自发进行。

9. 今有一含有Cl、Br、I、三种离子的混合溶液，欲使I被氧化为I2，而Br 、Cl不被氧化，在常用的氧化剂Fe2(SO4) 3和KMnO4中应选那一种，才能满足上述要求（设各物质均为标准状态）。

[解]：查表得：? ?（Br2/Br-）=1.066V； ? ?（Cl2/Cl-）=1.35827V； ? ?（I2/I-）=0.5355V；

? ?（Fe3+/Fe2+）=0.771V； ? ?（MnO4-／Mn2+）=1.507

------?2?）=1.507V ； ? ?（负）＝? ?（Br2/Br-）

? 因为? ?（MnO4-／Mn2+）比? ?（Cl2/Cl-）、? ?（Br2/Br-）、? ?（I2/I-）都大，

---所以，KMnO4能将Cl、Br、I都氧化，故不能选用KMnO4。 ? 因为? ?（Fe3+/Fe2+）小于? ?（Cl2/Cl-）和 ? ?（Br2/Br-），且大于? ?（I2/I-），

23

所以，Fe2(SO4) 3能氧化I ，但不能氧化Cl、Br ，所以选用Fe2(SO4) 3才

---

能满足上述条件。

10. 电池反应：Fe + Ag == Ag(s) + Fe

（1）求298.15K时反应的标准平衡常数K?。

（2）将极细的银粉加入0.05 mol?L1的Fe2(SO4) 3液中，求Ag的平衡浓度。

2++3+

[解]：电池反应：Fe + Ag == Ag(s) + Fe

（1）查表得：? ?（Ag+/Ag）=0.7996V； ? ?（Fe3+/Fe2+）＝0.771V

E ? ＝? ?（正）－? ?（负）

＝? ?（Ag+/Ag）－? ?（Fe3+/Fe2+） = 0.7996－0.771＝0.0286（V） 由△rGm ?＝－RTln K ? ＝－nFE ?得：

ln K ?＝nFE ?/RT＝（1×96485×0.0286）／（8.314×298.15）＝1.1132 K ?＝3.044 （2）设平衡时c（Ag）＝x mol?L1；则c（Fe）＝x mol?L1；c（Fe）＝（0.1

-－x）mol?L1

2++3+

即： 电池反应：Fe + Ag == Ag(s) + Fe x x 0.1－x

+

-2+

-3+

-+

2+

+

3+

代入平衡常数表达式：

K ?＝（0.1－x）/x2 ＝ 3.044

解得：x = c（Ag+）＝ 0.0803 （mol?L-1）

11. 对电池反应：2H2 + O2 == 2H2O,在298.15时， （1）设计成原电池，并用符号表示其组成。 （2）求电池的E? ；

（3）写出各电极反应式；

（4）计算反应的标准平衡常数K?。 [解]： （1）正极反应：O2 ＋ 4e- ＋2 H2O ＝ 4OH- 电对：O2/ OH- 电极：OH- | O2

| Pt（+）

负极反应：H2 － 2e- ＝ 2 H+ 电对：H+ / H2 电极：（-）

Pt | H2 | H+

原电池组成符号为：（-）Pt | H2 | H+ || OH- | O2 | Pt（+）

若设计成单液电池，则原电池组成符号为：（-）Ni | H2 | K OH（40%）| O2

| Pt（+）

（2）电池标准电动势：E ? ＝? ?（O2/OH-）－? ?（H+/H2）= 0.401V （3）单液电池的正极反应：O2 ＋ 4e- ＋2 H2O ＝ 4OH- R正

负极反应：H2 － 2e- ＋ 2OH- ＝ 2 H2O R负 电池反应＝R正＋2R负 ：O2 ＋ 2H2 ＝2 H2O ?

（4）由△rGm＝－RTln K ? ＝－nFE ?得：

ln K ?＝nFE ?/RT＝（4×96485×0.401）／（8.314×298.15）＝62.4337 K ?＝1.30×1027

12. 已知： Fe + e - == Fe , ? ? (1)=0.771V

2+

Fe+ 2e - == Fe , ? ? (2)= -0.44V

3+

试计算：Fe + 3e - == Fe , ? ? (3) = ?

[解]：上述三个反应式间的关系为：R（3）＝ R（1）＋R（2）

24

3+

2+

∴ △rGm ?（3）＝ △rGm ?（1）＋ △rGm ?（2）

将△rGm ?（i）＝－n（i）F? ?（i） 代入得：－n（3）F? ?（3）＝－n（1）F? ?

（1）－n（2）F? ?（2）

两边同除以（－F）得：n（3）? ?（3） ＝n（1）? ?（1） ＋n（2）? ?（2） 即： ? ?（3） ＝ [n（1）? ?（1） ＋n（2）? ?（2）] ／ n（3）

＝ [1×0.771＋2×（-0.44）]／3＝－0.0363（V） 13. 已知：PbSO4 + 2e - == Pb + SO4 ? ? = - 0.356V Pb + 2e - == Pb, ? ? = - 0.126V

（1）写出由这两个电极组成的原电池符号； （2）计算原电池的E?； （3）写出电池反应式；

（4）求此原电池反应的△rGm?；

（5）计算298.15时，PbSO4的溶度积。 [解]：（1）由这两个电极组成的原电池符号：（-）Pb | PbSO4 | SO42-（c1） || Pb2+ | Pb（+）

（2）原电池的E ?＝? ?（Pb2+/Pb）－? ?（PbSO4/Pb）=－0.126―（―0.356）＝0.23V （3）电池反应式：Pb2+ + SO42- ＝ PbSO4

（4）原电池反应的△rGm ?＝－nFE ?＝－2×96485×0.23 ＝－44383.1J?mol-1 （5）由溶度积Ks ?的定义可知，Ks ?与电池反应平衡常数K?的关系为：Ks ?＝1

／K ?

由：ln K ?＝nFE ?/RT＝（2×96485×0.23）／（8.314×298.15）＝17.9049

K ?＝5.97×107

得：Ks ?＝1／K ?＝1／5.97×107＝1.6×10-8 14. 银不能溶于1.0 mol?L1的HCl溶液，但可以溶于1.0 mol?L1的HI溶液，试通过

+-

计算说明之。[溶解反应为：2Ag(s) + 2H + 2I== 2AgI(s) + H2 (g) ]

-+

[解]：（1）设银可溶于1.0 mol?L1的HCl溶液，标准状态下溶解反应为：2Ag(s) + 2H

-

+ 2Cl== 2AgCl(s) + H2 (g)

查表得：? ?（AgCl/Ag）= 0.22233V＝? ?（负）； ? ?（H+/H2）= 0.000V＝? ?

（正）

∵? ?（正）＜? ?（负），即：E ?＝ ? ?（H+/H2）－? ?（AgCl/Ag）＝－0.22233V

∴反应从左到右不能进行，即，银不能溶于1.0mol?L的HCl溶液。

-+

（2） 设银能溶于1.0 mol?L1的HI溶液，标准状态下溶解反应为：2Ag(s) + 2H + -

2I== 2AgI(s) + H2 (g)

查表得： ? ?（AgI/Ag）= -0.1340V； ? ?（H+/H2）= 0.000V ∵? ?（正）＞? ?（负），即：E ?＝ ? ?（H+/H2）－? ?（AgI/Ag）＝0.1340 V ∴反应从左到右可以进行，即，银能溶于1.0mol?L的HI溶液。

15. 试通过计算确定反应H3AsO4 + 2HI == HAsO2 + I2(s)+ 2H2O自发进行的酸度条件。 [解]：查表得： ? ?（H3AsO4 / HAsO2）= 0.559V； ? ?（I2/I-）= 0.5355V 正极反应：H3AsO4 ＋ 2e- ＋2 H+ ＝ HAsO2 ＋ 2 H2O；

?（正）＝? ?（H3AsO4 / HAsO2）＋（0.0592/2）lg[c（H+）/c ?]2

＝ 0.559＋0.0592lg[c（H+）/c ?] ＝ 0.559－0.0592pH

负极反应：2I- － 2e- ＝ I2 ?（负）＝ ? ?（I2/I-）＝0.5355V 要让反应自发进行，则：?（正）≥?（负）

-1---2+

2-

25

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