题目

13. (4.0分) Fe^3+/Fe^2+ 电对的电位在加入H_(3)PO_(4)后会____。(填增大、减小或不变)。

13. (4.0分) $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 电对的电位在加入$H_{3}PO_{4}$后会____。(填增大、减小或不变)。

题目解答

答案

### 问题解析 这个问题涉及到电化学中的电对电位变化。具体来说，我们需要分析在加入 $H_3PO_4$ 后，$Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 电对的电位会发生怎样的变化。 1. **电对电位的基本概念**： - 电对电位是指在标准条件下，氧化态和还原态物质之间的电位差。对于 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 电对，电位可以表示为： \[ E = E^\circ - \frac{0.0592}{n} \log \left( \frac{[Fe^{2+}]}{[Fe^{3+}]} \right) \] 其中，$E^\circ$ 是标准电极电位，$n$ 是电子转移数（对于 $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 电对，$n = 1$）。 2. **磷酸的作用**： - $H_3PO_4$ 是一种弱酸，它可以与 $Fe^{3+}$ 形成配合物，例如 $Fe(H_2PO_4)^+$。这种配合物的形成会降低溶液中自由 $Fe^{3+}$ 的浓度。 3. **配合物形成对电位的影响**： - 当 $Fe^{3+}$ 与 $H_3PO_4$ 形成配合物时，溶液中自由 $Fe^{3+}$ 的浓度降低，而 $Fe^{2+}$ 的浓度保持不变。 - 根据能斯特方程： \[ E = E^\circ - \frac{0.0592}{1} \log \left( \frac{[Fe^{2+}]}{[Fe^{3+}]} \right) \] 由于 $[Fe^{3+}]$ 减小，$\frac{[Fe^{2+}]}{[Fe^{3+}]}$ 的值会增大，从而 $\log \left( \frac{[Fe^{2+}]}{[Fe^{3+}]} \right)$ 也会增大。 - 因此，$E$ 会减小，即电位会降低。 ### 答案 加入 $H_3PO_4$ 后，$Fe^{3+}/Fe^{2+}$ 电对的电位会 **减小**。

解析

本题考查电化学中电对电位变化的知识，解题思路是依据能斯特方程分析加入$H_{3}PO_{4}$后$Fe^{3 + }/Fe^{2 + }$电对电位的变化。

  1. 电对电位的基本概念：
    对于$Fe^{3 + }/Fe^{2 + }$电对，其电位由能斯特方程表示为$E = E^{\circ}-\frac{0.0592}{n}\log\left(\frac{[Fe^{2 + }]}{[Fe^{3 + }]}\right)$，其中$E^{\circ}$是标准电极电位，$n$是电子转移数，对于$Fe^{3 + }/Fe^{2 + }$电对，$n = 1$，所以方程可写为$E = E^{\circ}- 0.0592\log\left(\frac{[Fe^{2 + }]}{[Fe^{3 + }]}\right)$。
  2. 磷酸的作用：
    $H_{3}PO_{4}$是弱酸，它能与$Fe^{3 + }$形成配合物，如$Fe(H_{2}PO_{4})^{+}$。这种配合物的形成会使溶液中自由$Fe^{3 + }$的浓度降低，而$Fe^{2 + }$的浓度保持不变。
  3. 配合物形成对电位的影响：
    当$Fe^{3 + }$与$H_{3}PO_{4}$形成配合物时，$[Fe^{3 + }]$减小，$[Fe^{2 + }]$不变，那么$\frac{[Fe^{2 + }]}{[Fe^{3 + }]}$的值增大。
    因为对数函数$y = \log x$在定义域上单调递增，所以$\log\left(\frac{[Fe^{2 + }]}{[Fe^{3 + }]}\right)$也增大。
    在能斯特方程$E = E^{\circ}- 0.0592\log\left(\frac{[Fe^{2 + }]}{[Fe^{3 + }]}\right)$中，$\log\left(\frac{[Fe^{2 + }]}{[Fe^{3 + }]}\right)$增大，$E$就会减小，即电位降低。