氧化还原反应与氧化还原平衡
一,实验目的,
1，学会装配原电池。
2，掌握电极的本性,电对的氧化形成还原型物质的浓度,介质的酸度等因素对电极电势,氧化还原反应的方向,产物,速率的影响。
3，通过实验了解化学电池电动势。
二,实验用品,
1，仪器;试管(离心,10ml),烧杯(100ml,250ml),伏特计(或酸度计),表面皿,U形管。
2，固体药品;琼脂,氟化铵
3，液体药品;HCl(浓)HNO3(2mol/L 浓),HAc(6mol/L),H2SO4(1mol/L),NaOH(6mol/L 40%),NH3·H2O(浓),ZnSO4(1mol/L),CuSO4(0、01mol/L 1mol/L),KI(0、1mol/L),KBr(0、1mol/L),FeCl3(0、1mol/L),Fe2(SO4)(0、1mol/L),FeSO4(1mol/L),H2O2(3%),KIO3(0、1mol/L),溴水(饱与),碘水(0、1mol/L),氯水(饱与),KCl(饱与),CCl4,酚酞指示剂,淀粉溶液(0、4%)。
4，材料;电极(锌片及铜片),回形针,红色石蕊试纸(或酚酞试纸),导线,砂纸,滤纸。
三,基本操作;
试管操作,参见第三章三。
四,实验内容
（一）氧化还原反应与电极电势
(1),在试管中加入0、5ml 0、1mol/L KI溶液与两滴0、1mol/LFeCl3溶液,摇匀后加入0、5mlCCl4,充分震荡,观察CCl4层颜色有无变化。
(2),用0、1mol/LKBr溶液代替KI溶液惊醒同样的实验,观察现象。
(3),往两支试管中分别加入3滴碘水,溴水,然后加入约0、5ml0、1mol/LFeSO4溶液,摇匀后,注入0、5mlCCl4,充分振荡,观察CCl4层有无变化。
根据以上实验结果,定性的比较Br2/Br—,I2/I—与Fe3+/Fe2+三个电对的电极电势。
[思考题]
1.上述电对中哪个物质就是最强的氧化剂？哪个就是最强的还原剂？
2.若用适量的氯水分别于溴化钾,碘化钾溶液反应并加入CCl4,估计CCl4层的颜色。
(二) 浓度对电极电势的影响
(1),往一只小烧杯中加入约30ml 1mol/LZnSO4溶液,在其中插入锌片,往另一只小烧杯中加入约30ml 1mol/L的CuSO4溶液,在其中插入铜片。
用盐桥将二烧杯相连,组成一个原电池。
用导线将锌片与铜片分别与伏特计(或酸度计)的负极与正极相接,测量两极之间的电压。
(图9——3)。
在CuSO4溶液中注入浓氨水至生成沉淀溶解为止,形成深蓝色的溶
液,Cu2++ 4NH3 == [Cu(NH3)4]2+
9—3 测量电压,观察有何变化。
再于ZnSO4溶液中加入浓氨水至生成的沉淀完全溶解为止;
Zn2++ 4NH3 == [Zn(NH3)4]2+
测量电压,观察又有什么变化。
利用Nernest方程式来解释实验现象。
(2),自行设计并测定下列浓度差电池电动势,将实验值与计算值比较。
Cu|CuSO4(0、01mol/L)||CuSO4(1mol/L) |Cu
在浓差电池的两极个连一个回形针,然后在表面皿上放一小块滤纸,滴加1mol/LNa2SO4溶液,使滤纸完全润湿,再加入酚酞2滴。
将两极的回形针压在纸上,使其相距约1mm,稍等片刻,观察所压处,哪一端显红色。
思考题
1.利用浓差电池作电源电解Na2SO4水溶液实质就是什么物质被电解？使酚
酞出现红色的一极就是什么极？为什么？
2.酸度对Cl2/Cl—,Br2/Br—,I2/I—,Fe3+/Fe2+,Cu2+/Cu,Zn2+/Zn电对的电极电势有
无影响？为什么？
(三),酸度与浓度对氧化还原反应的影响
1,酸度的影响
(1)、在3支均盛有0、5ml 0、1mol/LNa2SO3溶液的试管中,分别加入0、5ml 1mol/L H2SO4溶液及0、5ml 蒸馏水与0、5ml 6mol/L的NaOH溶液,混合均匀后,再各滴入2滴0、01mol/Ｌ
KMnO4溶液,观察颜色的变化有何不同,写出反应式。
(2)、在试管中加入0、5ml 0、1mol/L KI溶液与2滴0、1mol/L KIO3溶液,在加几滴淀粉溶液,混合后观察溶液颜色有何变化。
然后加2到3滴1mol/L H2SO4溶液酸化混合液,观察有什么变化,最后滴加2到3滴6mol/L NaOH式混合液显碱性,又有什么变化,写出有关反应式。
2,浓度的影响
(1)、往盛有H2O,CCl4与0、1mol/L Fe2(SO4)3各0、5ml的试管中加入0、5ml 0、1mol/L KI溶液,振荡后观察CCl4层的颜色。
(2),往盛有CCl4,1mol/L FeSO4与0、1mol/L Fe2(SO4)3个0、5ml 的试管中,加入0、5ml
0、1mol/L KI溶液,振荡后观察CCl4层的颜色。
与上一实验中CCl4层颜色有何区别？
(3)、在实验(1)的试管中,加入少许NH4F固体,振荡,观察CCl4层颜色的变化。
说明浓度对氧化还原反应的影响。
四,酸度对氧化还原反应速率的影响
在两支各盛有0、5ml 0、1mol/L的KBr溶液的试管中,分别加入0、5ml 1mol/L H2-SO4与6mol/L 的HAc溶液,然后各加入2滴0、01mol/L的KMnO4溶液,观察2
支试管中紫红色褪去的速度。
分别写出有关的反应方程式。
[思考题]
这个实验就是否说明KMnO4溶液在速度较高时,氧化性较强,为什么？
五,氧化数据中的物质的氧化还原性。
(1)、在试管中加入0、5ml 0、1mol/L KI与2到3滴1mol/L的H2SO4,再加入1到2滴3%H2O2,观察试管中溶液颜色的变化。
(2)、在试管中加入2滴0、01mol/L的KMnO4溶液,再加入3滴1mol/L的H2SO4溶液,摇匀后滴加2滴3%的H2O2,观察溶液颜色的变化。
[思考题]
为什么H2O2既具有氧化性,又具有还原性？试从电极电势予以说明。
[实验习题]
1.从实验结果讨论氧化还原反应与哪些因素有关
2.电解硫酸钠溶液为什么得不到金属钠？
3.什么叫浓差电池？写出实验二(2)电池符号,电池反应式,并计算电池电动势。
4.介质对KMnO4的氧化性有何影响？用本实验事实及电极电势予以说明。
[附注]
盐桥的制法
称取1g琼脂,放在100ml KCl饱与溶液浸泡一会,在不断搅拌下,加热煮成糊状,趁热倒入U形玻璃管中(管内不能留有气泡,否则会增加电阻),冷却即成。
更为简便的方法可用KCl饱与溶液装满U形玻璃管,两管口以小棉花球塞住(管内不留有气泡),作为盐桥使用。
实验中还可用素烧瓷筒用作盐桥。
电极的处理;电极的锌片,铜片要用烧纸擦干净,以免增大电阻。