题目
从电化学原理分析,为了提高(Fe)_2((SO)_4)_3的氧化能力,可采用下列那些措施( )。A. 增加(Fe)^3+的浓度,降低(Fe)^2+的浓度;B. 增加溶液的pH值;C. 增加(Fe)^2+的浓度,降低(Fe)^3+的浓度;D. 降低溶液的pH值;
从电化学原理分析,为了提高$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$的氧化能力,可采用下列那些措施( )。
A. 增加$\text{Fe}^{3+}$的浓度,降低$\text{Fe}^{2+}$的浓度;
B. 增加溶液的pH值;
C. 增加$\text{Fe}^{2+}$的浓度,降低$\text{Fe}^{3+}$的浓度;
D. 降低溶液的pH值;
题目解答
答案
AD
A. 增加$\text{Fe}^{3+}$的浓度,降低$\text{Fe}^{2+}$的浓度;
D. 降低溶液的pH值;
A. 增加$\text{Fe}^{3+}$的浓度,降低$\text{Fe}^{2+}$的浓度;
D. 降低溶液的pH值;
解析
本题考查电化学原理中影响氧化态物质氧化能力的因素,解题思路是根据能斯特方程分析影响$\text{Fe}^{3 + }/\text{Fe}^{2 + }$电对电极电势的因素,进而判断对$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$氧化能力的影响。
$\text{Fe}^{3 + }/\text{Fe}^{2 + }$电对的电极反应为$\text{Fe}^{3 + }+\text{e}^-\rightleftharpoons\text{Fe}^{2 + }$,其能斯特方程为$E = E^{\ominus}+\frac{0.0592}{n}\lg\frac{[\text{氧化态}]}{[\text{还原态}]}$,对于$\text{Fe}^{3 + }/\text{Fe}^{2 + }$电对,$n = 1$,$E^{\ominus}$为标准电极电势,$E$为实际电极电势,$[\text{氧化态}]=[\text{Fe}^{3 + }]$,$[\text{还原态}]=[\text{Fe}^{2 + }]$,则能斯特方程可写为$E = E^{\ominus}+ 0.0592\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$。
在电化学中,电极电势$E$越大,氧化态物质的氧化能力越强。
- 选项A:
增加$\text{Fe}^{3 + }$的浓度,降低$\text{Fe}^{2 + }$的浓度,根据能斯特方程$E = E^{\ominus}+ 0.0592\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$,$\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$的值增大,$\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$的值增大,所以$E$增大,$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$的氧化能力增强,该选项正确。 - 选项B:
增加溶液的$\text{pH}$值,即溶液中$\text{H}^+$浓度降低,$\text{OH}^-$浓度升高。$\text{Fe}^{3 + }$会与$\text{OH}^-$反应生成$\text{Fe}(\text{OH})_3$沉淀,导致$[\text{Fe}^{3 + }]$降低。根据能斯特方程$E = E^{\ominus}+ 0.0592\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$,$\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$的值减小,$\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$的值减小,所以$E$减小,$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$的氧化能力减弱,该选项错误。 - 选项C:
增加$\text{Fe}^{2 + }$的浓度,降低$\text{Fe}^{3 + }$的浓度,根据能斯特方程$E = E^{\ominus}+ 0.0592\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$,$\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$的值减小,$\lg\frac{[\text{Fe}^{3 + }]}{[\text{Fe}^{2 + }]}$的值减小,所以$E$减小,$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$的氧化能力减弱,该选项错误。 - 选项D:
降低溶液的$\text{pH}$值,即溶液中$\text{H}^+$浓度升高。$\text{H}^+$不会与$\text{Fe}^{3 + }$、$\text{Fe}^{2 + }$发生反应,但$\text{H}^+$浓度升高会使溶液的离子强度增大,根据活度与浓度的关系$a = \gamma c$($a$为活度,$\gamma$为活度系数,$c$为浓度),活度系数$\gamma$会减小。在能斯特方程中用活度表示为$E = E^{\ominus}+\frac{0.0592}{n}\lg\frac{a_{\text{氧化态}}}{a_{\text{还原态}}}$,$a_{\text{氧化态}}=\gamma_{\text{Fe}^{3 + }}[\text{Fe}^{3 + }]$,$a_{\text{还原态}}=\gamma_{\text{Fe}^{2 + }}[\text{Fe}^{2 + }]$,由于$\gamma_{\text{Fe}^{3 + }}$、$\gamma_{\text{Fe}^{2 + }}$减小的程度不同,且$\text{Fe}^{3 + }$带的电荷数比$\text{Fe}^{2 + }$多,$\gamma_{\text{Fe}^{3 + }}$减小的程度更大,所以$\frac{a_{\text{氧化态}}}{a_{\text{还原态}}}$的值增大,$E$增大,$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$的氧化能力增强,该选项正确。