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第四章第四章 氧化还原反应氧化还原反应 习题答案习题答案第1页3.3.用离子用离子-电子法配平以下反应方程式电子法配平以下反应方程式:(1)I(1)I-+H+H2 2O O2 2+H+H+I I2 2+H+H2 2O O(2)Cr(2)Cr2 2O O7 72-2-+H+H2 2S+HS+H+Cr Cr3+3+S+S(3)ClO(3)ClO3-3-+Fe+Fe2+2+H+H+Cl Cl-+Fe+Fe3+3+(4)Cl(4)Cl2 2+OH+OH-Cl Cl-+ClO+ClO-(5)Zn+ClO(5)Zn+ClO-+OH+OH-Zn(OH)Zn(OH)4 42-2-+Cl+Cl-(6)MnO(6)MnO4-4-+SO+SO3 32-2-+OH+OH-MnO MnO4 42-2-+SO+SO4 42-2-第2页(1)2I-2e I2 H2O2 +2H+2H2O 2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O (2)Cr2O72-+14H+6e-2Cr3+7H2O 3H2S-6e-3S+6H+Cr2O72-+3H2S+8H+=2Cr3+3S+7H2O(3)ClO3-+6e+6H+Cl-+3H2O Fe2+-e Fe3+ClO3-+6Fe2+6H+=Cl-+6Fe3+3H2O 第3页(4)Cl2+2e 2Cl-Cl2+4OH-2e 2ClO-+2H2O Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O(5)ClO-+H2O+2e Cl-+2OH-Zn-+4OH-+2e Zn(OH)42-Zn+ClO-+2OH-+H2O=Zn(OH)42-+Cl-(6)MnO4-+e MnO42-SO32-+2OH-2e SO42-+H2O 2MnO4-+SO32-+2OH-=2 MnO42-+SO42-+H2O 第4页4.将以下氧化还原反应设计成原电池,并写出原电池符号:(1)Cl2(g)+2I-I2(s)+2Cl-(2)MnO4-+5Fe2+8H+Mn2+5Fe3+4H2O(3)Zn+CdSO4 ZnSO4+Cd第5页(1)(1)正极反应：正极反应：ClCl2 2(g)+2e 2Cl(g)+2e 2Cl-负极反应：负极反应：2I-e I2I-e I2 2(s)(s)电池符号：电池符号：（-）Pt,IPt,I2 2(s)(s)I I-(c(c1 1)Cl)Cl-(c(c2 2)ClCl2 2(p(p),Pt(+),Pt(+)(2)(2)正极反应：正极反应：MnOMnO4-4-+5e+18H +5e+18H+MnMn2+2+4H+4H2 2O O 负极反应：负极反应：FeFe2+2+-e Fe-e Fe3+3+电池符号：电池符号：(-)Pt(-)Pt Fe Fe2+2+(c(c1 1),Fe),Fe3+3+(c(c2 2)MnO)MnO4-4-(c(c3 3),Mn),Mn2+2+(c(c4 4),H),H+(c(c5 5)Pt(+)Pt(+)(3)(3)正极反应：正极反应：负极反应：负极反应：电池符号：电池符号：（-）Zn Zn ZnSOZnSO4 4(c(c1 1)CdSO)CdSO4 4(c(c2 2)Cd(+)Cd(+)第6页8.己知己知:MnO4-+8H+5e-Mn2+4H2O E+1.51V,Fe3+e-Fe2+E+0.771V,(1)判断以下反应方向判断以下反应方向:MnO4-+5Fe2+8H+Mn2+5Fe3+4H2O(2)将这两个半电池组成原电池将这两个半电池组成原电池,用电用电池符号表示原电池组成池符号表示原电池组成,标明正、负极标明正、负极,并计算其标准电动势。并计算其标准电动势。(3)当当H+离子浓度为离子浓度为10.0molL-1,其它其它离子浓度均为离子浓度均为1.0molL-1时时,计算该电池计算该电池电动势。电动势。第7页（1）E(MnO4-/Mn2+）E（Fe3+/Fe2+),该反应能自发向右进行。（2）（-）Pt Fe2+(c1),Fe3+(c2)MnO4-(c3),Mn2+(c4),H+(c5)Pt(+)E=E(MnO4-/Mn2+)E(Fe3+/Fe2+)=(1.510.771)V =0.74V 第8页 (3)(3)E E(MnO(MnO4 4-/Mn/Mn2+2+)=)=E E(MnO4(MnO4-/Mn/Mn2+2+)+)+(0.0592V/z)(0.0592V/z)=1.51V+(0.0592V/5)=1.51V+(0.0592V/5)10108 8 =1.61V =1.61V E=E=E E(MnO4(MnO4-/Mn/Mn2+2+)E E(Fe(Fe3+3+/Fe/Fe2+2+）=(1.61 =(1.610.771)V0.771)V =0.83V =0.83V第9页9.写出按以下各反应设计成原电池符号写出按以下各反应设计成原电池符号,并并计算各原电池电动势计算各原电池电动势E(注注:浓度单位均为浓度单位均为molL-1)(1)Zn(s)+Ni 2+(0.080)Zn2+(0.020)+Ni(s)(2)Cr2O72-(1.0)+6Cl-(10)+14H+(10)2Cr3+(1.0)+3Cl2(10.0kPa)+7H2O(l)第10页解：解：(1)(1)E E(Zn(Zn2+2+/Zn)=/Zn)=E E(Zn(Zn2+2+/Zn)+/Zn)+c(Znc(Zn2+2+)/c)/c =0.7626V+(0.0592V/2)0.7626V+(0.0592V/2)(0.020)(0.020)=0.813V0.813V E E(Ni(Ni2+2+/Ni)=/Ni)=E E(Ni(Ni2+2+/Ni)+/Ni)+c(Nic(Ni2+2+)/c)/c =0.257V+(0.0592V/2)0.257V+(0.0592V/2)(0.080)(0.080)=0.289V0.289V(-)Zn(-)Zn ZnZn2+2+(0.020 molL(0.020 molL-1-1)Ni)Ni2+2+(0.080 molL(0.080 molL-1-1)Ni(+)Ni(+)E=E=E E（NiNi2+2+/Ni/Ni）E E（ZnZn2+2+/Zn/Zn）=0.2890.289(0.813)V0.813)V =0.524V =0.524V 第11页(2)E(Cr(2)E(Cr2 2O O7 72-2-/Cr/Cr3+3+)=)=E E(Cr(Cr2 2O O7 72-2-/Cr/Cr3+3+)+(0.0592V/z)(0.0592V/z)=+1.36V+(0.0592V/6)=+1.36V+(0.0592V/6)(10)(10)1414 =+1.50V =+1.50V E(Cl E(Cl2 2/Cl/Cl-)=)=E E(ClCl2 2/Cl/Cl-)+)+(0.0592V/z)(0.0592V/z)=+1.3583V+(0.0592V/2)=+1.3583V+(0.0592V/2)1.00/(10)1.00/(10)2 2 =+1.30V =+1.30V E=1.50V E=1.50V1.30V=0.20V1.30V=0.20V（-）Pt,ClPt,Cl2 2(100.0kPa)(100.0kPa)ClCl-(10 molL(10 molL-1-1)Cr)Cr2 2O O7 72-2-(1.0(1.0 molLmolL-1-1),Cr),Cr3+3+(1.0 molL(1.0 molL-1-1),H),H+(10 molL(10 molL-1-1)Pt(+)Pt(+)第12页10.10.求以下情况下在求以下情况下在求以下情况下在求以下情况下在298.15K298.15K时相关电正确电极时相关电正确电极时相关电正确电极时相关电正确电极电势电势电势电势:(1)(1)金属铜放在金属铜放在金属铜放在金属铜放在0.50molL0.50molL-1-1CuCu2+2+溶液中溶液中溶液中溶液中,E E(Cu(Cu2+2+/Cu)/Cu)?(2)(2)在上述在上述在上述在上述(1)(1)溶液中加入固体溶液中加入固体溶液中加入固体溶液中加入固体NaNa2 2S,S,使溶液使溶液使溶液使溶液中中中中c c(S(S2-2-)1.0molL1.0molL-1-1,求求求求:E E(Cu(Cu2+2+/Cu)/Cu)?(3)100kPa(3)100kPa氢气通入氢气通入氢气通入氢气通入0.10molL-1HCl0.10molL-1HCl溶液中溶液中溶液中溶液中,E E(H(H+/H/H2 2)?(4)(4)在在在在1.0L1.0L上述上述上述上述(3)(3)溶液中加入溶液中加入溶液中加入溶液中加入0.10mol0.10mol固体固体固体固体NaOH(NaOH(忽略加入固体时引发溶液体积改变忽略加入固体时引发溶液体积改变忽略加入固体时引发溶液体积改变忽略加入固体时引发溶液体积改变),),E E(H(H+/H/H2 2)?(5)(5)在在在在1.0L1.0L上述上述上述上述(3)(3)溶液中加入溶液中加入溶液中加入溶液中加入0.10mol0.10mol固体固体固体固体NaOAc(NaOAc(忽略加入固体时引发溶液体积改变忽略加入固体时引发溶液体积改变忽略加入固体时引发溶液体积改变忽略加入固体时引发溶液体积改变),),E E(H(H+/H/H2 2)?第13页解：（1）E(Cu2+/Cu)=E(Cu2+/Cu)+(0.0592V/2)c(Cu2+)/c =+0.340V+(0.0592V/2)(0.50)=+0.33V (2)c(Cu2+)=Ksp(CuS)(c)2/c(S2-)=(6.310-36/1.0)molL-1=6.310-36 molL-1E(Cu2+/Cu)=+0.340V+(0.0592V/2)(6.310-36)=0.70V第14页(3)E(H+/H2)E(H+/H2)+(H+)2/(PH2/P)=0.00V+(0.0592V/2)(0.10)2/1 =0.0592V(4)OH-+H+H2O c/(molL-1)0.1 0.1 刚好完全中和，所以c(H+)=1.010-7 molL-1 E(H+/H2)=0.00V+(0.0592V/2)(1.010-7)2 =0.41V第15页（5）加入NaOAc与HCl刚好完全反应生成0.10 molL-1 HOAc HOAc H+OAc-平衡浓度 c/(molL-1)0.10 x x x (HOAc)=x2/(0.10 x)=1.810-5 x=0.0013 molL-1 E(H+/H2)=0.00V+(0.0592V/2)(0.0013)2 =0.17V第16页12.己知半电池反应己知半电池反应:Ag+e-Ag,E(Ag+/Ag)=+0.7991V AgBr(s)+e-Ag+Br-E(AgBr/Ag)=+0.0711V,试计算试计算Ksp(AgBr)。第17页解：E(AgBr/Ag)=E(Ag+/Ag)=E(Ag+/Ag)+0.0592Vc(Ag+)=E(Ag+/Ag)+0.0592VKsp(AgBr)所以：0.0711V=0.7991V+0.0592V Ksp(AgBr)Ksp(AgBr)=5.0410-13第18页13.今有氢电极（氢气压力为今有氢电极（氢气压力为100kPa）。）。该电极所用溶液由浓度均为该电极所用溶液由浓度均为1.0molL-1弱弱酸酸(HA)及其钾盐及其钾盐(KA)所组成。若将此氢所组成。若将此氢电极与另一电极组成原电池电极与另一电极组成原电池,测得其电动测得其电动势为势为E=0.38V,并知氢电极为正极并知氢电极为正极,另一电另一电极极E=0.65V。问该氢电极中溶液。问该氢电极中溶液pH值值和弱酸和弱酸(HA)解离常数各为多少解离常数各为多少?第19页解：解：E=E(HE=E(H+/H/H2 2)E E()0.38V=E(H 0.38V=E(H+/H/H2 2)(0.65V)0.65V)故故 E(HE(H+/H/H2 2)=)=0.27V0.27V E(H E(H+/+/H H2 2)=)=E E(H(H+/+/H H2 2)+(0.0592V/2)+(0.0592V/2)(c(H(c(H+)/c)/c)2 2/(p(H/(p(H2 2)/p)/p)0.27V=(0.0592V/2)0.27V=(0.0592V/2)(c(H(c(H+)2 2 c(H c(H+)=2.710)=2.710-5-5 molL molL-1-1 pH=4.57 pH=4.57 故故 K Ka a(HA)=(c(H(HA)=(c(H+)/c)/c)(c(A)(c(A-)/c)/c)/c(HA)/c)/c(HA)/c =c(H =c(H+)/=2.710)/=2.710-5-5第20页15.在在Ag+和和Cu2+浓度分别为浓度分别为1.010-2molL-1和和0.10molL-1混合溶液中加入混合溶液中加入Fe粉粉,哪种金哪种金属离子先被还原属离子先被还原?当第二种离子被还原时当第二种离子被还原时,第一个金属离子在溶液中浓度是多少第一个金属离子在溶液中浓度是多少?第21页解：解：E(CuE(Cu2+2+/Cu)=/Cu)=E E(Cu(Cu2+2+/Cu)+(0.0592V/2)/Cu)+(0.0592V/2)c(Cuc(Cu2+2+)/c)/c =+0.340V+(0.0592V/2)=+0.340V+(0.0592V/2)(0.10)=+0.31V(0.10)=+0.31V E(Ag E(Ag+/Ag)=/Ag)=E E(Ag(Ag+/Ag)+0.0592V/Ag)+0.0592Vc(Agc(Ag+)/c)/c =+0.7991V+0.0592V =+0.7991V+0.0592V(1.010(1.010-2-2)=+0.681V =+0.681V E E(Fe(Fe2+2+/Fe)=/Fe)=0.44V0.44V 第22页 E(Ag E(Ag+/Ag)/Ag)E E(Fe(Fe2+2+/Fe)E(Cu/Fe)E(Cu2+2+/Cu)/Cu)E E(Fe(Fe2+2+/Fe)/Fe)故故AgAg+先被先被FeFe粉还原。粉还原。当当CuCu2+2+要被还原时，需要被还原时，需E(AgE(Ag+/Ag)=E(Cu/Ag)=E(Cu2+2+/Cu)/Cu)这时这时E E(Ag(Ag+/Ag)+0.0592V/Ag)+0.0592Vc(Agc(Ag+)=E(Cu =E(Cu2+2+/Cu)/Cu)所以得：所以得：0.7991V+0.0592V0.7991V+0.0592Vc(Agc(Ag+)=0.31V =0.31V c(Ag c(Ag+)=5.010)=5.010-9-9 molL molL-1-1 即当即当CuCu2+2+被还原时，被还原时，AgAg+在溶液中浓度为在溶液中浓度为5.0105.010-9-9 molLmolL-1-1。第23页16.己知反应己知反应:2Ag+Zn 2Ag+Zn2+(1)开始时开始时Ag+和和Zn2+浓度分别为浓度分别为0.10molL-1和和0.30molL-1,求求E(Ag+/Ag),E(Zn2+/Zn)及及E值。值。(2)计算反应计算反应K,E及及rGm。(3)求达平衡时溶液中剩下求达平衡时溶液中剩下Ag+浓度。浓度。第24页解解：(1)E(Ag(1)E(Ag+/Ag)=/Ag)=E E(Ag(Ag+/Ag)+0.0592V/Ag)+0.0592Vc(Agc(Ag+)/c)/c =+0.7991V+0.0592V =+0.7991V+0.0592V(0.10)(0.10)=+0.74V =+0.74V E(Zn E(Zn2+2+/Zn)=/Zn)=E E(Zn(Zn2+2+/Zn)+(0.0592V/2)/Zn)+(0.0592V/2)c(Znc(Zn2+2+)/)/=0.7626V+(0.0592V/2)0.7626V+(0.0592V/2)(0.30)(0.30)=0.78V0.78V E=E(Ag E=E(Ag+/Ag)/Ag)E(ZnE(Zn2+2+/Zn)/Zn)=+0.74V =+0.74V(0.78)V=+1.5V0.78)V=+1.5V第25页(2)(2)K K=z=z E E(Ag(Ag+/Ag)-/Ag)-E E(Zn(Zn2+2+/Zn)/0.0592V/Zn)/0.0592V =20.7991V=20.7991V(0.7626V)/0.0592V0.7626V)/0.0592V =52.76 =52.76 K K=5.7610=5.76105252 E E=E E(Ag(Ag+/Ag)/Ag)E E(Zn(Zn2+2+/Zn)/Zn)=+0.7991V =+0.7991V(0.7626V)0.7626V)=+1.5617V =+1.5617V r rGGmm =zFzF E E=2964851.5617V2964851.5617V =3.014103.014102 2 kJmol kJmol-1-1第26页(3)达平衡时 c(Ag+)=x molL-1 2 Ag+Zn 2 Ag+Zn2+平衡浓度平衡浓度c/(molLc/(molL-1-1)x 0.30+1/2(0.100.30+1/2(0.10 x)x)K=5.761052=x=2.510-27 c(Ag+)=2.510-27 molL-1第27页17.17.已知锰元素电势图已知锰元素电势图:(1)(1)求求E EA A(MnO(MnO4 42-2-/MnO/MnO2 2)和和E EA A(MnO(MnO2 2/Mn/Mn 3+3+)值；值；(2)(2)指出图中哪些物质能发生歧化反应指出图中哪些物质能发生歧化反应?(3)(3)指出金属指出金属MnMn溶于稀溶于稀HClHCl或或H H2 2SOSO4 4中产物是中产物是Mn Mn 2+2+还还是是Mn Mn 3+3+,为何为何?MnO4-0.56 MnO42-?MnO2?Mn3+1.5 Mn2+-1.18 Mn 1.70 1.23+7+7+6+6+4+4+3+3+2+20 0第28页解：(1)E(MnO42-/MnO2)=3 E(MnO4-/MnO2)E(MnO4-/MnO42-)/2 =(31.700.56)/2 V =+2.27V E(MnO2/Mn3+)=2 E(MnO2/Mn2+)E(Mn3+/Mn2+)/1 =(21.231.5)V =+1.0V第29页 MnO4-0.56 MnO42-2.27 MnO21.0 Mn3+1.5 Mn2+-1.18 Mn 1.70 1.23+7+7+6+6+4+4+3+3+2+20 0第30页(2)MnO42-、Mn3+。(3)是Mn2+。因E(Mn2+/Mn)=-1.18VE(Mn3+/Mn)=-0.27V所以 E(H+/H2)E(Mn2+/Mn)E(H+/H2)E(Mn3+/Mn)故反应式为Mn+2 H+Mn2+H2第31页