3 氧化还原与电化学
一、实验目的
1.了解原电池的组成及其电动势的粗略测定；
2.认识浓度、介质的酸碱性对氧化还原的影响； 3．认识一些中间价态物质的氧化还原性； 4.了解电化学腐蚀的基本原理及其防止的方法。

二、实验原理
1.原电池组成和电动势
利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。

原电池负极氧化反应 正极还原反应 正负极间必须用盐桥连接。

原电池电动势应为
2.浓度、介质对电极电势和氧化还原反应的影响 （1）浓度对电极电势的影响 例如：
（2）介质的酸碱性对电极电势的影响 例如：
(a)
2Zn e -2Zn +=22Cu e Cu ++=E E ϕϕ=正 - 负
22Zn e Zn +-=2220.059
Zn /Zn Zn /Zn lgc(Zn )2+θ++ϕ=ϕ+
32C 1O 6H 6e C 13H O -+-
+++ƒ 1.45V θϕ=3
3
63
C1O
/C1C1O /C1[c(C1O )/c ][c(H )/c ]0.0591g
6[c(C1)/c ]
-
-
--
-
+-=+θθθ
ϕϕ
(b)
(c)
(d)
3．物质的氧化还原性 例如
4.电化学腐蚀及其防止 吸氧腐蚀阳极
阴极
差异充气腐蚀
表面处高大，为阴极；
深处低，小，为阳极。

防腐蚀可用牺牲阳极法、外加电流法、缓蚀剂法。

乌洛托品（六次甲基四胺）可作钢铁在酸性介质中的缓蚀剂。

三、仪器和药品
1.仪器
直流伏特计（0~3 V ）（公用）盐桥（公用）①
242MnO 8H 5e Mn 4H O -++
+++ƒ22448
42MnO /Mn MnO /Mn
[c(MnO )/c ][c(H )/c ]0.0591g 5[c(Mn )/c ]
-+-+
-θ+θθ
+θϕ=ϕ
+422MnO 2H O 3e MnO (s)4OH --
+++ƒMnO /MnO
4
2
4
2
44
MnO /MnO [c(MnO )/c ]0.0591g 3[c(OH )/c ]---θ
θ
-θϕ=ϕ+()244MnO e MnO --−−−−→+←−−−−强碱介质224
444
42MnO /MnO MnO /MnO 4[c(MnO )/c ]0.0591g [c(MnO )/c ]
-----θ
θ
-θϕϕ
+ƒ2242PbS 4H O HAcPbSO ()4H O
+↓+白色2422222MnO 6H 5H O 2Mn
5O 8H O -++
++=++2Fe Fe 2e +
=+22O 2H O 4e 4OH -
++=22
2O 4
O
/OH O /OH p /p 0.059
1g
4[c(OH )/c ]-
-
θθ
-θϕ=ϕ
+2
O p 2
/O OH ϕ-
2
O p 2
/O OH ϕ-
2.药品（浓度单位：） 盐酸HCl (0.1, 浓)
醋酸HAc （0.1）
硫酸H 2SO 4（1.0，3.0） 氢氧化钠NaOH(3.0) 硫酸铜CuSO 4 (0.1) 三氯化铁FeCl 3(0.1) 硫酸锌ZnSO 4 (0.1)
溴化钾KBr(0.1)
氯酸钾KClO 3(0.1)
碘化钾KI(0.1) 铁氧酸钾K 3[Fe(CN)6](0.1) 硫酸亚铁FeSO 4(0.1)
高锰酸钾KMnO 4(0.01) 氯化钠NaCl(0.1) 亚硫酸钠NaSO 3(0.1) 硝酸铅Pb(NO 3)2 溴水Br 2（饱和） 过氧化氢H 2O 2(3%) 乌洛托品(CH 2)6N 4(20%) 碘水I 2（饱和） 酚酞(1%)
四氯化碳CCl 4
3.材料
锌片（带铜引线） 铜片（带铜引线） 铜线（粗、细） 小铁钉 马口铁小铁片
白铁小铁片
（试剂瓶只标铁片I ，铁片II ） 四、实验内容
1.原电池的装配和电动势的粗略测定
按图3.1装配Cu-Zn 原电池，观察伏特计指针偏转方向，并记录读数。

（采用50 mL 烧杯作半电池），写出原电池符号、电极反应式及原
1mol L -⋅
电池总反应式。

图3.1装配Cu-Zn 原电池
2. 浓度、介质对电极电势和氧化还原反应的影响 （1）KClO 3(0.1 mo l ·L -1
)和
KI(0.1mo l ·L -1
)在试管中混合时有无变化；
加热后有无变化；用
3mo l ·L -1
H 2SO 4酸化后观察到什么现象。

将溶液稀
释一倍重复上述实验。

（2）在三支试管中分别进行下列实验。

氧化剂
介质
还原剂
现象 产物
2~5滴
逐滴加入
去离子水
3.物质的氧化还原性 （1）0.1mo l ·L
-1
KI 溶液与0.1mo l ·L -1
FeCl 3溶液在试管内反应。

观察现
象，并用CCl 4和K 3[Fe(CN)6]检验产物。

用K 3[Fe(CN)6]检验Fe 2+，Fe 3+，反应如下：
（蓝色）
4KMnO 1(0.01)mol L -⋅24H SO 1(3)mol L -⋅23Na SO 1(0.1)mol L -⋅NaOH 1(3)mol L -⋅2363623Fe 2[Fe(CN)]Fe [Fe(CN)]+-+=↓
（棕色）
用
0.1mo l ·L -1
KBr
溶液代替
0.1mo l ·L -1
KI
溶液进行上述实验，能发生
什么变化？
分别用碘水、溴水与0.1 mo l ·L
-1
FeSO 4作用，观察有什么变化？
根据以上实验，比较三电对的电极电势大小，
并指出哪个是最强的氧化剂，哪个是最强的还原剂。

（2）往1支试管中加入10滴0.1mo l ·L -1
Pb(NO 3)2，加数滴0.1mo l ·L
-1
HAc 酸化，滴加1~2滴0.1mo l ·L
-1
Na 2S 溶液，观察溶液变化；再加少量
（数滴3%）H 2
O 2
溶液，记录现象并写出反应式。

往另一试管中加入5滴
0.01mo l ·L -1
KMnO 4溶液，并用3mo l ·L -1
H 2SO 4
溶液酸化，然后再滴加3%H 2
O 2
，记录现象并写出反应式。

比较上述两实验，对氧化还原性作出结论。

4.金属腐蚀及防止 （1）腐蚀原电池的形式
（a ）向用砂纸磨光的铁片上滴上1~2滴自配腐蚀液①，静置一段时间（约为），观察铁片上的变化，说明原因并写出反应式。

（b ）取纯锌一小块，放入装有0.1mo l ·L
-1
HCl 溶液的试管中，观察
变化，插入一根铜线与锌块接触，记录发生的现象，并解释之。

（c ）在装有1mo l ·L
-1
H 2SO 4溶液的试管中（两支试管）分别投入铁
片I ,铁片II ，在各试管中再加入2~3滴K 3[Fe(CN)6]溶液，观察变化，并判断哪片是马口铁，哪片是白铁。

3366Fe [Fe(CN)]Fe[Fe(CN)]
+-+=3222Br /Br I /I Fe
/Fe -
-
+
+
、、15min ~20min
[提示]
（黄色）
（2）金属腐蚀的防止
（a ）在两支试管中各加入约2mL0.1mo l ·L -1
HCl ，并滴入1~2滴
0.1mo l ·L
-1
K 3[Fe(CN)6]，在其中一试管中滴加10滴乌洛托品，另一试管
中滴加10滴去离子水，分别投入1枚无锈铁钉。

观察溶液现象，并说明原因。

（b ）用自配腐蚀液润湿表面皿上的滤纸片，把两枚铁钉置于滤纸片上，两铁钉间隔约1~2cm ，两铁钉分别与
Cu-Zn
原电池的正极或
负极相连，静置一段时间后，会有什么变化，说明原因，并写出相应的反应式。

五、思考题
1.通过实验比较
氧化性的强弱以及还原性的强弱。

2.介质不同时KMnO 4与NaSO 3进行的反应产物为何不同？
3.含什么类型杂质的金属较纯金属容易被腐蚀？
2363623Zn 2[Fe(CN)]Zn [Fe(CN)]+-+=↓
322Br ,I ,Fe +
2Br,I
,Fe -
+。