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2013年福建省化学竞赛复赛练习二氧化还原反应及电化学(含详细答案)


2013 年福建省化学竞赛复赛赛前练习二:氧化还原反应和电化学
沙县一中罗仙福
第 1 题、 (05 福建复赛第一题) (10 分)生活中常常用到照相、洗相,回答下列问题: 1-1 定影就是将显影后未爆光的剩余银盐溶解掉,Na2S2O3 是常用的定影液,利用所给数据计算并说明为什 么 Na2S2O3 可用作定影液。 - 1-2 废旧洗相液中可用锌将银还原,计算

在 0.01 mol/L Ag(S2O3)23 的溶液中加入过量的锌后,残留的 - - Ag(S2O3)23 占原有浓度的百分比(不考虑 Zn2+ 与 S2O32 的配合作用)。 1-3 照相时若曝光过度,则已显影、定影的黑白底片图像发暗,可对之进行“减薄”:即把底片放入 Na2S2O3 和 K3Fe(CN)6 溶液片刻,取出、洗净。写出有关的反应式。 已知: ? ? (Ag+/Ag) = 0.7991 V, ? ? (AgBr/Ag) = 0.071 V,

? ? (Zn2+/Zn) = -0.763 V, ? ? (Ag(S2O3) 3 ? /Ag) = 0.010 V 2

第 2 题、 (05 福建复赛第四题)碱性氢氧燃料电池用 30%~50%KOH 为电解液,在 100℃以下工作。燃料 是氢气, 氧化剂是氧气。 其电池图式为 (-) 2|KOH|O2|C +)已知φ C|H ( ,
θ

(H2O/H2) = -0.8277 V , φ

θ

(O2/OH )

-

= 0.401 V,若 H2 和 O2 的分压均为 100kPa,30%KOH 的物质的量浓度为 6.9 mol/L,则负极的电极电势为 (1) ,正极的电极电势为(2) ,每个电池可产生(3) 的电动势。碱性氢氧燃料电池早已于本世纪 60 年代就应用于美国 Gemini 载人宇宙飞船上,也曾用于叉车、牵引车等。而熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC, 工作温度为 650℃)属高温燃料电池,称为第二代燃料电池。MCFC 工作原理:空气极的 O2(空气)和 CO2 相 结合;电解质将碳酸离子 移到燃料极。则燃料极反应为 (4)空气极反应为 (5) 总反应为(6) 。注 意本小题应列式计算并写清其中的号码⑴⑵⑶⑷⑸⑹。
-

第 3 题、 (04 福建复赛 14 分)锌与银的化合物组成一种高比能量、高比功率的电池,以锌为负极,KOH 为电解液,正极为银的化合物,正极有很多种制造方法: 方法一:向 25%的硝酸银溶液中缓慢滴入含有 0.2%KCl 的 NaOH 溶液,生成沉淀,经过滤、洗涤、干燥 而得; 方法二:在含有过二硫酸钾的氢氧化钠溶液中,缓慢加入硝酸银溶液,得到银的一种氧化物在 900C 搅拌 下反应,将沉淀过滤、干燥而得; 3-1. 方 法 一 制 备 的 正 极 物 质 A 为 , 在 制 备 时 加 入 0.2% KCl 的 主 要 目 的 是 。 3-2. 方法二制备的正极物质 B 为 ,写出制备的离子反应方程式: 3-3.写出以 A 物质为正极,电解液被锌酸盐饱和的电池充、放电反应式: 并计算 KOH 浓度为 30%时电池电动势。

—1—

3-4.以方法一制备的正极活性物质会溶于电解液形成 C 氧化隔膜,使隔膜受到破坏,为了减弱这种作用, 电解液中需加入一些添加剂,如铬酸钾,铬酸钾在电池充电时,先与负极作用,然后产物迁移到正极区与 C 作用,从而减少 C 对隔膜的氧化破坏写出上述两个反应的离子方程式:

第4题 随着传统化石燃料的日渐耗竭, 新能源的开发和利用正得到广泛地重视。 燃料电池作为一种转化效
率高、可靠性强、质能比高、清洁的新型能量转化系统,由于能很好地解决资源的综合利用和环境保护这 两个有关可持续发展的问题,已成为当今最热门的研究课题之一。在众多的燃料电池中,氢氧燃料电池是 被研究得较早的一种燃料电池,它以氢气和氧气作为原料,电池反应产物是水,因此原料易得,反应产物 没有污染。 θ 以Ni为电极,KOH水溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池,在298K、p 下稳定地连续工作,请回答下列 问题: 4-1 写出电池的电极反应和电池反应:____________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4-2 计算一个100W(1W = 3.6 kJ/h)的氢氧燃料电池,在可逆情况下工作时,每分钟需要供给298K、pθ的 氢气体积(以m3位体积单位,假设氢气为理想气体;pθ = 100 kPa); 4-3 计算该电池的标准电动势。 已知反应:H2 (g) + 1/2 (O2) =H2O(l) 的ΔrGm (298.2K) = -263 kJ/mol

第 5 题(15 分)X 元素是一种重要的生命元素,在人体中参与血红蛋白、细胞色素及多种酶的合成,促进 生长,在血液运输氧和营养物质的过程中,X 元素起了重要作用。人体缺少该元素会发生小细胞性贫 血、免疫功能下降和新陈代谢紊乱,使人的脸色萎黄,皮肤也失去光泽。 A 是含 X 元素的复盐,为浅绿色晶体,A 中含结晶水的质量分数为 27.6%。A 是一种重要的化工 原料,还可以被直接用来做净水剂、治疗贫血等。A 在空气中较稳定,在定量分析中常被用作氧化还 原标定的基准物质。 将 A 溶于水中,加入氨水和双氧水,得到大量红棕色沉淀 B。B 与 KHC2O4 溶液共热得到黄绿色 溶液,过滤、蒸发、浓缩后有翠绿色晶体 C 析出,C 中含结晶水的质量分数为 11.0%。若向 B 的浓 NaOH 悬浮液中通 Cl2 可得含 D 的紫红色溶液,向该溶液中加入 BaCl2 溶液则有红棕色沉淀 E 生成。 D 是一种新型水处理剂,在酸性条件下氧化性极强而不稳定。 5-1 元素 X 的中文名称是 ; 5-2 写出下列物质的化学式: A 、B 、C 、E 5-3 写出向 B 的浓 NaOH 悬浮液中通氯气的离子反应方程式: O2(g) +0.645V H2O2(aq) +1.763V H2O(l) 3+ +0.769V -0.4089V X G X Θ 在酸性溶液中 H2O2 氧化 G 的 E 为 ,该反应能否发生自发进行? 若能进行,写出反应方程式: 5-4 已知 EAΘ: 5-5 实验表明,室温下碘单质不能氧化 G,但加入 KCN 后却可以。请通过标准状态下电极电势的计算解 释这一现象。 — 已知:EΘ(I2/I )=0.54V,EΘ(X3+/G)=0.77V,lgK 稳 Θ[G(CN)64-]=35,lgK 稳 Θ[G(CN)63-]=42
—2—

2013 年福建省化学竞赛复赛赛前练习二:氧化还原反应和电化学 参考答案
第 1 题、1-1 AgBr + lgK 稳 =
2 2 S 2 O 3-

Ag(S2O3) 3 ? + Br? 2 (1 分)

1 ? (0.7991 ? 0.010) = 13.35 0.0591
K 稳 = 2.2 ? 1013

lgKsp(AgBr) =

0.071 ? 0.7991 0.0591

Ksp= 5 ? 10-13

(1 分) (1 分)

K = KspAgBr ? K 稳(Ag(S2O3) 3? ) = 11 2

- ? ? r Gm =-RTln K<0, 且定影液中 Na2S2O3 的浓度很大,该反应可自发进行,又因为 Na2S2O3 、Ag(S2O3)23 都可溶于水,因此可作为常用的定影液。 (2 分,无写可溶于水扣 1 分) ? 3? ? ? 另解: E ? ? (AgBr/Ag) - ? (Ag(S2O3) 2 /Ag) = 0.071 V-0.010 V=0.061V

因为 E >0 且定影液中 Na2S2O3 的浓度很大,该反应可自发进行,又因为 Na2S2O3 、Ag(S2O3)23 都可溶于 水,因此可作为常用的定影液。 1-2. Ag(S2O3) 3 ? + 1 Zn = Ag + 2 2 lgK =
1 2 2 Zn2+ + 2 S 2 O 3 -

?



0.010 ? ( ?0.763) zE ? ? K = 1.2 ? 1013 (1 分) 0.0591 0.0591 反应进行十分彻底,Ag(S2O3) 3? 全部被 Zn 还原,设平衡时 [Ag(S2O3) 3? ]为 x mol/L 2 2

x =2.4 ? 10-18 mol/L 所以残留率 = 1-3. Fe(CN)63

(0.0050)1 / 2 (0.02) 2 = 1.2 ? 1013 x 2.4 ? 10?18 ? 100 % = 2.4? 10-14 % 0.010


(1 分)

(1 分)


+ Ag + 2S2O32 =Fe(CN)64 + Ag(S2O3)23 ?





第 2 题、(1)2 分

(2) (3)1 分 E=0.352-(-0.8775)= 1.23V (4)2 分燃料极反应:H2 + CO3 = H2O+2e- + CO2 2(5)2 分空气极反应:CO2 + 1/2O2 +2e-=CO3 (6)1 分 总反应:H2 + 1/2O2 =H2O
—3—
2-

第 3 题、 3-1.Ag2O 制备时加入 2%KCl 是为防止生成胶体,易于沉淀和过滤。 3-2.AgO - - - 2Ag + S2O2 8 + 4OH = 2AgO +2SO42 + 2H2O 3-3 Zn + Ag2O +H2O←放电充电→ Zn(OH)2 + 2Ag

(1 分) (2 分) (1 分) (2 分)

(Zn(OH)2 写成 ZnO 也正确) (2 分) - 在 电 池 反 应 中 不 涉 及 OH , 因 此 该 电 池 电 动 势 与 无 关 , 仅 取 决 于 正 负 极 的 标 准 电 极 电 势 (1 分) E 池= ? Ag 2O/Ag- ? Zn2+/Zn
? ?

=0.35-(0.76+0.0592/2lg1.2×10

-17



=0.35-(1.26)=1.61(v) (2 分) - - 2- 2- 3-4.2CrO4 +4OH +3Zn = 2CrO2 +3ZnO2 +2H2O (1 分) - - - 2- 2- (CrO2 写成 Cr(OH) 4 也可以 ; ZnO2 写成 Zn(OH) 4 也可以 ) - - - - 3Ag(OH)2 +CrO2 = 3Ag + CrO42 + 2H2O +2OH (2 分) 第4题(10分) 4-1 电极反应:正极,1/2O2 + H2O +2e- → 2OH负极,H2 + 2OH- → 2H2O +2e(2分) 4-2 电池在可逆情况下工作时,ΔfGm = -W最大 100W = 100×3.6 kJ/h =360 kJ/h = 6 kJ/min 4-3 由 ΔfGm = -zE F 得 E = -ΔfGm zF =1.22(V)
θ ? θ θ ? θ ? θ ?

(2分) (2分) (2 分)

—4—


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