题目
13.已知25℃时, _({Fe)^3}(F)_(e)=-0.036V _({Fe)^3+/(Fe)^2+}=0.770V, 计算25℃时电极 ^2+|Fe 的-|||-标准电极电势 _({Fe)^2}+(Fe)^2

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查电极电势的计算,涉及多个半反应的组合与吉布斯自由能变化的关系。
解题核心思路:通过已知的两个电极反应,推导出目标反应的组合关系,利用ΔG的变化与电极电势的关系建立方程求解。
破题关键点:
- 明确各电极反应的还原形式,写出对应的半反应式;
- 确定目标反应与已知反应的组合关系,通过反应相减得到目标反应;
- 利用ΔG与电极电势的关系,建立方程求解未知电极电势。
步骤1:写出已知电极反应
- Fe³+/Fe的还原反应:
$\text{Fe}^{3+} + 3e^- \rightarrow \text{Fe}, \quad E^\circ_1 = -0.036 \, \text{V}$ - Fe³+/Fe²+的还原反应:
$\text{Fe}^{3+} + e^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}, \quad E^\circ_2 = 0.770 \, \text{V}$
步骤2:确定目标反应与已知反应的关系
目标反应:
$\text{Fe}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Fe}, \quad E^\circ_3 = ?$
通过反应组合可得:
- 反应1 - 反应2:
$\begin{aligned} & \text{Fe}^{3+} + 3e^- \rightarrow \text{Fe} \quad (E^\circ_1) \\ -\, & \text{Fe}^{3+} + e^- \rightarrow \text{Fe}^{2+} \quad (E^\circ_2) \\ \hline & \text{Fe}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Fe} \quad (E^\circ_3) \end{aligned}$
步骤3:利用ΔG与电极电势的关系建立方程
根据热力学关系:
$\Delta G = -z F E$
对三个反应,有:
$\Delta G_3 = \Delta G_1 - \Delta G_2$
代入公式:
$-2 F E^\circ_3 = -3 F E^\circ_1 - (-1 F E^\circ_2)$
化简得:
$E^\circ_3 = \frac{3 E^\circ_1 - E^\circ_2}{2}$
步骤4:代入数据计算
$E^\circ_3 = \frac{3 \times (-0.036) - 0.770}{2} = \frac{-0.108 - 0.770}{2} = -0.439 \, \text{V}$