题目

根据下列反应判断电极电势最大的电对是 ( )2(FeCl)_3 + (Cu) arrow 2(FeCl)_2 + (CuCl)_22(KMnO)_4 + 10(FeSO)_4 + 8(H)_2(SO)_4 arrow 2(MnSO)_4 + 5(Fe)_2((SO)_4)_3 + (K)_2(SO)_4 + 8(H)_2(O)A. (Mn)^2+/(MnO)_4^-B. (Cu)^2+/(Cu)C. (Fe)^3+/(Fe)^2+D. (MnO)_4^-/(Mn)^2+

根据下列反应判断电极电势最大的电对是 ( )

$2\text{FeCl}_3 + \text{Cu} \rightarrow 2\text{FeCl}_2 + \text{CuCl}_2$

$2\text{KMnO}_4 + 10\text{FeSO}_4 + 8\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{MnSO}_4 + 5\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 8\text{H}_2\text{O}$

A. $\text{Mn}^{2+}/\text{MnO}_4^{-}$

B. $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$

C. $\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}$

D. $\text{MnO}_4^{-}/\text{Mn}^{2+}$

题目解答

答案

根据题目给出的反应： 1. $2FeCl_3 + Cu \rightarrow 2FeCl_2 + CuCl_2$ 表明 $E^\circ_{Fe^{3+}/Fe^{2+}} > E^\circ_{Cu^{2+}/Cu}$。 2. $2KMnO_4 + 10FeSO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 5Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 8H_2O$ 表明 $E^\circ_{MnO_4^-/Mn^{2+}} > E^\circ_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}$。 因此，电极电势顺序为： $E^\circ_{MnO_4^-/Mn^{2+}} > E^\circ_{Fe^{3+}/Fe^{2+}} > E^\circ_{Cu^{2+}/Cu}$。 选项A表示有误，应为 $MnO_4^-/Mn^{2+}$。 最大电极电势对应 $MnO_4^-/Mn^{2+}$。 答案：D. $MnO_4^-/Mn^{2+}$

解析

本题考查氧化还原反应与电极电势的关系。解题的关键在于根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，以及电极电势与氧化性的对应关系来判断各电对电极电势的大小。

对于反应$2\text{FeCl}_3 + \text{Cu} \rightarrow 2\text{FeCl}_2 + \text{CuCl}_2$

  • 在氧化还原反应中，氧化剂是得到电子被还原的物质，氧化产物是失去电子被氧化的物质。
  • 在该反应中，$\text{FeCl}_3$中的$\text{Fe}^{3+}$得到电子被还原为$\text{Fe}^{2+}$，所以$\text{Fe}^{3+}$是氧化剂；$\text{Cu}$失去电子被氧化为$\text{Cu}^{2+}$，所以$\text{Cu}^{2+}$是氧化产物。
  • 根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，可得氧化性：$\text{Fe}^{3+}>\text{Cu}^{2+}$。
  • 电极电势$E^{\circ}$是衡量电对中氧化态物质得电子能力的物理量，氧化性越强，对应的电极电势越大。所以电极电势$E^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} > E^{\circ}_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}}$。

对于反应$2\text{KMnO}_4 + 10\text{FeSO}_4 + 8\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{MnSO}_4 + 5\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 8\text{H}_2\text{O}$

  • 在这个反应中，$\text{KMnO}_4$中的$\text{MnO}_4^-$得到电子被还原为$\text{Mn}^{2+}$，所以$\text{MnO}_4^-$是氧化剂；$\text{FeSO}_4$中的$\text{Fe}^{2+}$失去电子被氧化为$\text{Fe}^{3+}$，所以$\text{Fe}^{3+}$是氧化产物。
  • 同理，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，可得氧化性：$\text{MnO}_4^->\text{Fe}^{3+}$。
  • 进而可得电极电势$E^{\circ}_{\text{MnO}_4^-/ \text{Mn}^{2+}} > E^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}}$。

综合两个反应的结果

将上述两个反应得到的电极电势关系综合起来，可得电极电势顺序为：$E^{\circ}_{\text{MnO}_4^-/ \text{Mn}^{2+}} > E^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} > E^{\circ}_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}}$。