题目

11.根据溴元素在碱性介质中的标准电极电势图,分别判断Br2和 ^- 在碱性介质中-|||-能否发生歧化作用。若能,写出反应的化学方程式,并用离子电子法配平。-|||-(Br{O)_(3)}^-xlongequal (+0.54V)(BrO)-dfrac (+0.45V)(2)(Br)_(2)xrightarrow (+1.07V)(Br)^-

题目解答

答案

解析

本题考查氧化还原反应中歧化反应的判断以及离子电子法配平化学方程式，解题思路如下：

判断$Br_2$能否发生歧化反应：
- 歧化反应的判断依据是：在元素电势图中，若$\varphi^{\theta}_{右}>\varphi^{\theta}_{左}$，则中间价态的物质可以发生歧化反应。对于$Br_2$，其在碱性介质中的电势图为$BrO^-\xlongequal{ + 0.45V}Br_2\xrightarrow{ + 1.07V}Br^-$，这里$\varphi^{\theta}_{右}=\varphi^{\theta}(Br_2/Br^-)=1.07V$，$\varphi^{\theta}_{左}=\varphi^{\theta}(BrO^-/Br_2)=0.45V$。
- 因为$\varphi^{\theta}(Br_2/Br^-)>\varphi^{\theta}(BrO^-/Br_2)$，所以$Br_2$在碱性介质中能发生歧化反应，生成$BrO^-$和$Br^-$。
- 用离子电子法配平该反应：
  - 写出半反应：
    - 还原半反应：$Br_2 + 2e^- \rightarrow 2Br^-$
    - 氧化半反应：$Br_2 + 4OH^- \rightarrow 2BrO^- + 2H_2O + 2e^-$
  - 将两个半反应相加，消去电子，得到配平的离子方程式：$Br_2 + 2OH^- = BrO^- + Br^- + H_2O$。
判断$BrO^-$能否发生歧化反应：
- 首先需要计算$\varphi^{\theta}(BrO^-/Br^-)$，根据元素电势图计算平均电极电势的公式$\varphi^{\theta}=\frac{n_1\varphi^{\theta}_1 + n_2\varphi^{\theta}_2+\cdots}{n_1 + n_2+\cdots}$（其中$n$为转移电子数，$\varphi^{\theta}$为对应电极电势）。
- 对于$BrO^-$到$Br^-$的过程，涉及$BrO^-\xlongequal{ + 0.45V}Br_2\xrightarrow{ + 1.07V}Br^-$，$n_1 = 1$，$\varphi^{\theta}_1=\varphi^{\theta}(BrO^-/Br_2)=0.45V$；$n_2 = 1$，$\varphi^{\theta}_2=\varphi^{\theta}(Br_2/Br^-)=1.07V$。
- 则$\varphi^{\theta}(BrO^-/Br^-)=\frac{1\times\varphi^{\theta}(BrO^-/Br_2)+1\times\varphi^{\theta}(Br_2/Br^-)}{1 + 1}=\frac{1\times0.45V + 1\times1.07V}{2}=\frac{1.52V}{2}=0.76V$。
- 已知$\varphi^{\theta}(BrO_3^-/BrO^-)=0.54V$，因为$\varphi^{\theta}(BrO^-/Br^-)>\varphi^{\theta}(BrO_3^-/BrO^-)$，所以$BrO^-$在碱性介质中能发生歧化反应，生成$BrO_3^-$和$Br^-$。
- 用离子电子法配平该反应：
  - 写出半反应：
    - 还原半反应：$BrO^- + H_2O + 2e^- \rightarrow Br^- + 2OH^-$
    - 氧化半反应：$BrO^- + 4OH^- \rightarrow BrO_3^- + 2H_2O + 4e^-$
  - 为了使两个半反应的电子数相等，将还原半反应乘以$2$，氧化半反应乘以$1$：
    - $2BrO^- + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 2Br^- + 4OH^-$
    - $BrO^- + 4OH^- \rightarrow BrO_3^- + 2H_2O + 4e^-$
  - 将两个半反应相加，消去电子和相同的物质，得到配平的离子方程式：$3BrO^- = BrO_3^- + 2Br^-$。