氧化还原反应 和电化学

1. 氧化还原反应和电化学

2. 实验目的 1．了解电极电势与氧化还原反应的关系。 2．试验并掌握浓度和酸度对电极电势的影响。 3．了解电解反应。

3. 实验原理 在标准状态下反应,氧化还原反应能够进行的条件是： Eo＝Eo(+)－Eo(-) ＞ 0 • 例如：Eo(Fe3+/ Fe2+) ＝ 0.771V • Eo(I2/ I-) ＝ 0.535V •   Eo(Br2/ Br -) ＝ 1.08V • 则反应 • 2 Fe3+ + 2 I- === 2 Fe2+ + I2 • 在标准状态下能够正向进行，而反应 • 2 Fe3+ + 2 Br- === 2 Fe2+ + Br2 • 在标准状态下不能正向进行。

4. 实验原理 在非标准状态下，浓度对电极电势的影响可用能斯特（Nernst）方程来表示： E = Eº + 0.059 /n lg [氧化型] / [还原型] 特别是有沉淀、配合物生成和有H+参加的反应，都会大大改变氧化型或还原型浓度，从而使电极电势值发生很大变化，甚至可能改变反应的方向。 利用氧化还原反应产生电流的装置叫原电池。原电池的电动势 Eo＝Eo(+)－Eo(-) 准确的电动势值是用对消法在电位计上测量的。

5. 实验仪器与试剂 万用电表，导线，Cu片，Zn片，秒表。 KI，KBr， Na2SO3，FeSO4，Fe2(SO4)3，FeCl3，1 mol·L-1 NaCl，0.01mol·L-1 KMnO4，1 mol·L-1 Na2SO4，1 mol·L-1 NaHSO3，0.5 mol·L-1 CuSO4， 0.5 mol·L-1 ZnSO4，H2SO4（3 mol·L-1，6 mol·L-1），6 mol·L-1 HAc，6 mol·L-1 NaOH，浓NH3·H2O，NH4F，CCl4，溴水，碘水，0.2 mol·L-1葡萄糖。

6. 实验步骤 • 电极电势与氧化还原反应的方向 • 1．Fe3+/2+、I2/I-、Br2/Br-氧化还原能力 • （1）KI溶液和CCl4，滴加FeCl3溶液； • （2）以KBr代替KI重复进行实验。 • （3）Br2水和CCl4，充分摇动试管后加入约0.5g硫酸亚铁铵固体； • （4）以I2水代替Br2水重复进行实验。 • （5）FeCl3溶液 + 2滴KSCN溶液； • （6）再滴加KI溶液。

7. 实验步骤 • 酸度对氧化还原反应的影响 1．酸度对氧化还原反应产物的影响 (1) Na2SO3溶液 + H2SO4酸化，滴加KMnO4 (2) 以蒸馏水、NaOH溶液代替H2SO4重复进行实验。 2．酸度对氧化还原反应速率的影响 (1) KBr与KMnO4分别在HAc和H2SO4介质中反应； (2) 葡萄糖与KMnO4分别在不同浓度的H2SO4介质中反应。 2. 酸度对氧化还原反应方向的影响 (1) FeCl3溶液和KI溶液反应； (2) 继续加NaHCO3溶液使溶液呈碱性。

8. 实验步骤 • 浓度对氧化还原反应的影响 1. 浓度对电极电势的影响 (1) 测量铜锌原电池的电动势； (2) 将CuSO4溶液变为Cu(NH3)4SO4溶液，ZnSO4电极不变，测出电池的电动势；　　 (3) 将ZnSO4溶液变为Zn(NH3)4SO4溶液， CuSO4电极不变，测出电池的电动势（该电池留作电解用）。

9. 实验步骤 • 浓度对氧化还原反应的影响 2．浓度对氧化还原反应方向的影响 (1) Fe2(SO4)3溶液 ＋ KI溶液; (2) 再加入适量饱和NH4F溶液。 (3) 等体积的CuSO4溶液和NaHSO3溶液 + NaCl溶液并在水浴上加热一段时间，冷却; (4) 重复实验(3) ，但不加NaCl溶液。 • 电解 1. 利用原电池产生的电流电解硫酸钠溶液 在Na2SO4溶液中加入1滴酚酞指示剂，插入两根铜丝作为电极，与Cu2+／Cu和[Zn(NH3)42+]／Zn组成的原电池连接。

10. 思考题 1．为什么KMnO4能氧化盐酸中的Cl-，而不能氧化氯化钠溶液中的Cl-？ 2．用实验事实说明浓度如何影响电极电势？在实验中应如何控制介质条件? 3．电解Na2SO4溶液和测定阿佛加德罗常数中电解CuSO4溶液有什么不同?