氧化還原反應與電極電勢

1、實驗六 氧化還原反應與電極電勢一、實驗目的1.熟悉電極電勢與氧化還原反應的關系。2.了解濃度、酸度、溫度對氧化還原反應的影響。3.了解原電池的裝置和原理。二、實驗原理氧化還原反應的實質(zhì)是物質(zhì)間電子的轉(zhuǎn)移或電子對的偏移。氧化劑、還原劑得失電子能力的大小，即氧化還原能力的強弱，可根據(jù)它們相應電對的電極電勢的相對大小來衡量。電極電勢的數(shù)值越大，則氧化態(tài)的氧化能力越強，其氧化態(tài)物質(zhì)是較強的氧化劑。電極電勢的數(shù)值越小，則還原態(tài)的還原能力越強，其還原態(tài)物質(zhì)是較強的還原劑。只有較強的氧化劑和較強的還原劑之間才能夠發(fā)生反應，生成較弱的氧化劑和較弱的還原劑，故根據(jù)電極電勢可以判斷反應的方向。利用氧化還原反應產(chǎn)生

2、電流的裝置稱原電池。原電池的電動勢E池 = +-，根據(jù)能斯特方程，當氧化型或還原型物質(zhì)的濃度、酸度改變時，電極電勢的數(shù)值會隨之發(fā)生改變。本實驗利用伏特計測定原電池的電動勢來定性比較濃度、酸度等因素對電極電勢及氧化還原反應的影響。三、儀器和試藥儀器：試管、燒杯、表面皿、培養(yǎng)皿、U形管、伏特計、水浴鍋、導線、砂紙、鱷魚夾。試藥： HCl (2mol·L-1)、HNO3 (1mol·L-1, 濃)、H2SO4 (1, 3mol·L-1)、HAc (3mol·L-1)、H2C2O4 (0.1mol·L-1)、NH3·H2O (濃)、NaOH

3、(6 mol·L-1, 40%)、ZnSO4 (1mol·L-1)、CuSO4 (1mol·L-1)、 KI (0.1mol·L-1)、KBr (0.1mol·L-1)、AgNO3 (0.1, 0.5mol·L-1)、FeCl3 (0.1mol·L-1)、Fe2(SO4)3 (0.1mol·L-1)、FeSO4 (0.4,1mol·L-1)、K2Cr2O7 (0.4mol·L-1)、KMnO4 (0.001mol·L-1)、Na2SO3 (0.1mol·L-1)、Na3AsO

4、3 (0.1mol·L-1)、 MnSO4 (0.1mol·L-1)、KSCN (0.1mol·L-1)、溴水 (Br2)、碘水 (I2)、CCl4、 NH4F (1mol·L-1、固體)、KCl(飽和溶液)、SnCl2 (0.5mol·L-1)、CuCl2 (0.5mol·L-1)、(NH4)2C2O4 (飽和溶液)、鋅粒、小鋅片、小銅片、瓊脂、電極(鋅片、銅片、鐵片、碳棒)、紅色石蕊試紙。四、實驗內(nèi)容1.電極電勢和氧化還原反應(1)向試管中加入10滴0.1mol·L-1的KI溶液和2滴0.1mol·L-1的Fe

5、Cl3溶液后，搖勻，再加入10滴CCl4溶液充分振蕩，觀察CCl4層顏色的變化，解釋原因并寫出相應的反應方程式。(2)用0.1mol·L-1KBr代替KI溶液進行同樣實驗，觀察CCl4層顏色的變化。(3)用溴水(Br2) 代替FeCl3溶液與0.1mol·L-1 的KI溶液作用，又有何現(xiàn)象？根據(jù)實驗結果比較Br2/ Br-、I2/ I-、Fe3+/Fe2+三個電對的電極電勢相對大小，指出最強的氧化劑和還原劑，并說明電極電勢和氧化還原反應的關系。2.濃度對電極電勢的影響(1)在兩只50mL燒杯中，分別加入25mL 1mol·L-1 的ZnSO4溶液和25mL 1mo

6、l·L-1 的CuSO4溶液，在ZnSO4溶液中插入仔細打磨過的Zn片，在CuSO4溶液中插入仔細打磨過的Cu片，用導線將Cu片、Zn片分別與伏特計的正負極相連，兩個燒杯溶液間用KCl鹽橋連接好，測量電池電動勢。(2)取出鹽橋，在CuSO4溶液中滴加過量濃NH3·H2O，邊加邊攪拌，當生成的沉淀完全溶解而形成深藍色溶液時，放入鹽橋，測定電池電動勢。(3)再取出鹽橋，在ZnSO4溶液中滴加濃NH3·H2O，邊加邊攪拌，至生成的沉淀完全溶解后，放入鹽橋，觀察伏特計示數(shù)有何變化。比較3次測定結果，你能得出什么結論？利用能斯特方程解釋實驗現(xiàn)象。3.酸度對電極電勢的影響（1

7、）取兩只50mL小燒杯，分別加入25mL 1mol·L-1FeSO4溶液和25mL0.4mol·L-1K2Cr2O7溶液，在盛有FeSO4溶液的燒杯中插入鐵片，盛有K2Cr2O7溶液的燒杯中插入碳棒，用導線將鐵片、碳棒與伏特計的負極、正極相連，將兩燒杯間用另一鹽橋連接好，測量電池電動勢。（2）在K2Cr2O7溶液中，逐滴加入1mol·L-1H2SO4溶液，觀察伏特計示數(shù)的變化。再向K2Cr2O7溶液中，逐滴加入6mol·L-1 NaOH溶液，觀察伏特計的示數(shù)又怎樣變化？4.濃度、酸度對氧化還原反應產(chǎn)物的影響(1)在3支試管中，均加入2滴0.001mol&

8、#183;L-1KMnO4溶液，再分別加入1mol·L-1H2SO4、蒸餾水、6mol·L-1NaOH溶液各0.5mL，搖勻后往3支試管中各加幾滴 0.1mol·L-1Na2SO3溶液，觀察反應產(chǎn)物有何不同？解釋原因。(2)在兩支試管中分別加入2mL濃HNO3和1mol·L-1HNO3，再各加入一小顆鋅粒，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。寫出有關反應式。濃HNO3被還原的主要產(chǎn)物可通過對生成氣體顏色的觀察進行判斷，稀HNO3被還原的主要產(chǎn)物可通過檢驗溶液中是否有NH4+ 生成來進行判斷。溶液中NH4+檢驗方法常用氣室法或奈斯勒試劑法(奈斯勒試劑是K2HgI4的KOH溶液

9、，遇NH4+生成棕紅色沉淀)。氣室法檢驗NH4+離子方法：取大小兩個表面皿，在較大表面皿中加入5-10滴待測試液，再滴入3-5滴40%的NaOH溶液，在較小的表面皿貼一小塊濕潤的紅色石蕊試紙(或廣泛pH試紙)，將兩個表面皿蓋好做成氣室，將該氣室放在水浴上微熱，若試紙變藍色，則示NH4+存在。5.濃度、酸度對氧化還原反應方向的影響(1)濃度的影響取一支試管，加入蒸餾水、CCl4溶液和0.1mol·L-1Fe2(SO4)3溶液各10滴，搖勻,再加入10滴0.1mol·L-1 的KI溶液，振蕩后觀察CCl4層的顏色。在另一支試管中加入CCl4、0.1mol·L-1FeS

10、O4和0.1mol·L-1Fe2(SO4)3溶液各10滴，搖勻后，再加入10滴 0.1mol·L-1的KI溶液,振蕩后觀察CCl4層的顏色。并與上一實驗進行比較。在以上2只試管中各加入一小勺NH4F(固體)，用力振蕩一會兒，觀察CCl4層的顏色變化。解釋以上實驗現(xiàn)象，說明濃度對氧化還原反應方向的影響。(2)酸度的影響Na3AsO3 溶液與I2水之間反應如下：取一支試管，加入5滴0.1mol·L-1Na3AsO3 溶液，再加入5滴I2水，觀察溶液顏色。然后將溶液用2mol·L-1HCl酸化，溶液顏色有何變化？再向溶液中滴入40%NaOH溶液，又有何變化？解

11、釋原因，說明酸度對氧化還原反應方向的影響。6.酸度、溫度和催化劑對氧化還原反應速度的影響(1)酸度的影響在兩支試管中，各加入5滴飽和(NH4)2C2O4溶液，再分別加入3mol·L-1H2SO4和3mol·L-1 HAc溶液各5滴 ，然后往兩支試管中各加入2滴0.001mol·L-1KMnO4 溶液，觀察比較兩支試管中紫紅色褪去的快慢。解釋原因，并寫出有關反應方程式。(2)溫度的影響在兩支試管中，各加入10滴0.1mol·L-1H2C2O4溶液，5滴1mol·L-1H2SO4和1滴0.001mol·L-1KMnO4 溶液，搖勻；將其中

12、一支試管放入80水浴中加熱，另一支試管不加熱，比較兩支試管紫紅色褪色快慢。說明原因。(3)催化劑的影響在3支試管中，各加入1mL 0.1mol·L-1H2C2O4溶液，5滴1mol·L-1H2SO4和1滴0.001mol·L-1KMnO4 溶液，搖勻；向其中一支試管滴加5滴0.1mol·L-1MnSO4，另一支試管滴加5滴1mol·L-1NH4F溶液，第三支試管加5滴蒸餾水，搖勻，比較3支試管紫紅色褪色快慢，必要時可加熱。解釋原因。7.趣味實驗(1)錫樹的形成將一張經(jīng)0.5mol·L-1SnCl2溶液均勻潤濕的圓形濾紙貼在培養(yǎng)皿中，不能有氣泡，濾紙中央放上一小塊鋅片，蓋上蓋子，放置約30分鐘，即可觀察到閃光的小錫樹。(2)銀樹的形成方法同上，只是改以0.5mol·L-1AgNO3溶液潤濕濾紙，濾紙中央放上一小塊銅片，即可觀察到美麗發(fā)光的銀樹。(3)銅樹的形成方法同上，改以0.5mol·L-1CuCl2溶液代替SnCl2溶液潤濕濾紙，即可觀察到銅樹。五、注意事項1.FeSO4和Na2SO3溶液要現(xiàn)配制。2.作為電極的鋅片、銅片、鐵片、鱷魚夾等用時要用砂紙打磨，以免接觸不良影響伏特計讀數(shù)。3.