有两个氧化还原电对:mathrm(Ox)_1 + n_1 e^- leftharpoons mathrm(Red)_1, mathrm(Ox)_2 + n_2 e^- leftharpoons mathrm(Red)_2, n_2 mathrm(Ox)_1 + n_1 mathrm(Red)_2 leftharpoons n_1 mathrm(Ox)_2 + n_2 mathrm(Red)_1 当n_1=n_2=1和n_1=1, n_2=2,要使终点时反应完全程度达99.9%以上,该反应两个电对标准电位之差均为0.35 , mathrm(V)。A. 对B. 错
A. 对
B. 错
题目解答
答案
解析
本题考查氧化还原反应中电对标准电位与反应完全程度的关系。解题思路是根据氧化还原还原反应的能斯特方程,结合反应完全程度的要求,推导出电对标准电位之差与反应完全程度的关系,再进行计算判断。
步骤一:推导电对标准电位之差与反应完全程度的关系
对于氧化还原反应$n_2 \mathrm{Ox}_1 + n_1 \mathrm{Red}_2 \rightleftharpoons n_1 \mathrm{Ox}_2 + n_2 \mathrm{Red}_1$,其能斯特方程为\(1)
$E = E^{\ominus} + \frac{RT}{nF} \ln \frac{[\mathrm{Ox}_2}]^{n_2} [\mathrm{Red1}]^{n_1}}{[\mathrm{Ox1}]^{n_2} [\mathrm{Red2}]^{n_1}}$
当反应完全程度达$99.9\%$以上时,可近似认为$\frac{[\mathrm{Ox22}]^{n_2} [\mathrm{Red1}]^{n_1}}{[\mathrm{Ox1}]^{n_2} [\mathrm{Red2}]^{n_1}} \approx 10^{3}$
将$E = E^{\ominus} + \frac{RT}{nF} \ln \frac{[\mathrm{Ox22}]^{n_2} [\mathrm{Red1}]^{n_1}}{[\mathrm{Ox1}]^{n_2} [\mathrm{Red2}]^{n_1}$与$\frac{[\mathrm{Ox22}]^{n_2} [\mathrm{Red1}]^{n_1}}{[\mathrm{Ox1}]^{n_2} [\mathrm{Red2}]^{n_1}} \approx 10^{3}$联立可得
$E - E^{\ominus} = \frac{RT}{nF} \ln 10^{3}$
当$n_1 = n_2 = 1$时,$E - E^{\ominus} = \frac{RT}{} \ln 10^{3}$
当$n_1 = 1, n_2 = 2$时,$E - E^{\ominus} = \frac{RT}{2F} \ln 10^{3}$
步骤二:计算电对标准电位之差
已知$R = 8.314 \, \mathrm{J} \cdot \mathrm{mol}^{-1} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$,$T = 298 \, \mathrm{K}$,\(2)
$F = 96485 \, \mathrm{C} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$
当$\ln 10^{3} \approx 6.9$
当$n_1 = n_2 = 1$时,$E - E^{\ominus} = \frac{8.314 \times 298}{1 \times 96485} \times 6.9 \approx 0.18 \, \mathrm{V}$
当$n_1 = 1, n_2 = 2$时,$E - E^{\ominus} = \frac{8.314 \times 298}{2 \times 96485} \times 6.9 \approx 0.09 \, \mathrm{V}$
均不等于$0.35 \, \mathrm{V}$