實(shí)驗(yàn)15 氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡

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1、實(shí)驗(yàn)15 氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡 [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 1. 學(xué)會(huì)裝配原電池; 2。 掌握電極的本性、電對(duì)的氧化型或還原型物質(zhì)的濃度、介質(zhì)的酸度等因素對(duì)電極電勢(shì)、氧化還原反應(yīng)的方向、產(chǎn)物、速率的影響; 3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解化學(xué)電池電動(dòng)勢(shì)。 ［基本操作] 1. 試管操作要用專(zhuān)用滴管取液體,不得引入雜質(zhì).清洗滴管時(shí)，里外都要沖洗干凈。滴瓶上的滴管不得用于別的液體的取用，滴加液體時(shí)磨口以下部分不得接觸接收容器的器壁。裝有藥品的滴管不得橫放或滴管口向上斜放,以免液體流入橡皮頭中。在通常的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)液一般取3~5滴。正常滴管中的一滴溶液約0.05 mL，例如，取0.5 mL的溶液,需要大

2、約10滴。 2. 鹽橋的制法 3. 伏特計(jì)的使用(區(qū)分正負(fù)極，伏特計(jì)和電極要接觸良好) ［實(shí)驗(yàn)原理] 對(duì)于電極反應(yīng)： 氧化態(tài)（Ox）+ ne? = 還原態(tài)（Red) 根據(jù)能斯特公式,有 其中,R = 8。314 Jmol—1K—1，T = 298。15 K,F = 96485 Cmol-1 電極電勢(shì)的大小與Eo（電極本性）、氧化態(tài)和還原態(tài)的濃度,溶液的溫度以及介質(zhì)酸度等有關(guān). 對(duì)于電池反應(yīng)， aA + bB = cC + dD 對(duì)應(yīng)的能斯特方程是 電極電勢(shì)愈大，表明電對(duì)中氧化態(tài)氧化能力愈強(qiáng)，而還原態(tài)還原能力愈弱,電極電勢(shì)大的氧化態(tài)能氧化氧化電極電勢(shì)比它小的還原

3、態(tài)。E+ > E－是氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判椐。在實(shí)際應(yīng)用中，若與的差值大于0。5Ｖ，可以忽略濃度、溫度等因素的影響，直接用數(shù)值的大小來(lái)確定該反應(yīng)進(jìn)行的方向. [實(shí)驗(yàn)內(nèi)容] 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 解釋和反應(yīng) 一、氧化還原反應(yīng)和電極電勢(shì) （1）0。5mL0.1molL－1KI + 2滴0。1 molL－1 FeCl3，搖勻后加入CCl4觀察CCl4層顏色 紫色 2I- + 2Fe3+ = I2（紫色)+2Fe2+ (2）KBr代替KI進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn) 無(wú)變化 E0Fe3+/Fe2+＜ E0Br2/Br—，不能反應(yīng) (3)碘水+ 0。5mL0.1molL－1 FeSO4搖

4、勻后加入CCl4觀察CCl4層顏色 Br2水+0。5mL0。1molL－1 FeSO4搖勻后加入CCl4觀察CCl4層顏色 紫色 溴水退色 E0Fe3+/Fe2+＞ E0I2/I-,不能反應(yīng) Br2 +2Fe2+= 2Br— + 2Fe3+ 比較電極電勢(shì) Br2 /Br-＞Fe3+/Fe2+＞I2/I- 二、濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響 （1)燒杯1：15mL 1molL－1ZnSO4中插入鋅片 燒杯2:15mL 1molL－1CuSO4中插入銅片 鹽橋連接兩燒杯,測(cè)電壓 0.9V Cu2+/ Cu為 正極 CuSO4溶液中注入濃氨水至生成沉淀

5、溶解生成深藍(lán)色溶液，觀察電壓變化 電壓降低 Cu2+ + 2e?= Cu 加入NH3水時(shí)，形成[Cu(NH3)4］2+，使［Cu2+]大幅度減小，電極電勢(shì)隨之減小。由于正極電位降低,導(dǎo)致原電池電動(dòng)勢(shì)降低. ZnSO4溶液中注入濃氨水至生成沉淀溶解生成無(wú)色溶液,觀察電壓變化 電壓升高 Zn2+ + 2e?= Zn 加入NH3水時(shí)，形成［Zn（NH3）4］2+，使[Zn2+］大幅度減小，電極電勢(shì)隨之減小。由于負(fù)極電位降低，導(dǎo)致原電池電動(dòng)勢(shì)升高。 （2)CuSO4濃差電池：0。01molL－1 CuSO4和1molL－1 CuSO4組成原電池，測(cè)電動(dòng)勢(shì)并與計(jì)算值比較 Cu｜

6、Cu2+(0。01molL－1）‖Cu2+(1molL－1) 電壓很小 濃度大的一端為正極 測(cè)定值比計(jì)算值小。 或者解釋如下: 正極電極反應(yīng)： Cu2+(1 molL-1） + 2e? = Cu 負(fù)極電極反應(yīng)： Cu2+(0。01 molL—1) + 2e? = Cu 原電池反應(yīng)為: Cu2+(1 molL-1） = Cu2+(0.01 molL-1） 在濃差電池的兩極各連一個(gè)回形針，然后在表面皿上放一小塊濾紙，滴加1molL－1 Na2SO4溶液，使濾紙完全濕潤(rùn)，在加入2滴酚酞,將兩極回形針壓在紙上，相距1mm,稍等片刻,觀察所壓處哪端出現(xiàn)紅色。 CuSO

7、4濃度低的一端出現(xiàn)紅色 H2O被電解.陰極反應(yīng)為： 2H2O + 2e? = H2 ↑+ 2OH? 使酚酞變紅. 三、酸度和濃度對(duì)氧化還原反應(yīng)的影響 1. 酸度的影響 (1） 0.5mL0。1molL－1 Na2SO3,+2滴0.01molL－1KMnO4,+0.5mL1molL－1 H2SO4,觀察溶液顏色的變化 KMnO4退色a 5SO32— + 2MnO4— + 6H+ = 5SO42- + 2Mn2+ + 3H2O 用0.5mLH2O代替H2SO4，觀察溶液顏色的變化 產(chǎn)生棕色沉淀 3SO32— + 2MnO4- + H2O

8、 =3SO42- + 2MnO2↓ （棕色） + 2OH— 用0.5mL6molL－1NaOH代替H2SO4，觀察溶液顏色的變化 溶液變綠 SO32— + 2MnO4- + 2OH- =SO42— + 2MnO42-↓ (綠色) + H2O (2） 0.5mL0。1molL－1KI + 2滴0.1 molL－1 KIO3＋淀粉,觀察溶液顏色的變化 無(wú)變化 上述溶液中滴加2～3滴1molL－1H2SO4后，觀察溶液顏色的變化 溶液變藍(lán) IO3— + 5I— + 6H+ = 3I2(使淀粉變藍(lán)) + 3H2O 再滴加2~3滴6molL－1NaOH觀察溶液顏色的變化

9、藍(lán)色退去 3I2+ 6OH- = IO3- + 5I- + 3H2O 2. 濃度的影響 (1) 0.5 mL H2O + 0.5 mL CCl4 + 0。5 mL 0.1 molL—1 Fe2(SO4)3 + 0。5 mL 0。1 molL－1 KI，振蕩后觀察CCl4層顏色變化 紫色 2Fe3+ + 2I— = 2Fe2+ + I2(紫色） （2） 0。5 mL CCl4 + 0。5 mL 1molL－1 FeSO4 + 0。5 mL 0.1 molL—1 Fe2（SO4)3＋0。5 mL 0.1 molL－1KI，振蕩后觀察CCl4層顏色變化，并與上一實(shí)驗(yàn)觀察CCl4層

10、顏色顏色區(qū)別. 顏色變淺 I2濃度減小?；颍? 當(dāng)上述反應(yīng)平衡時(shí),E(Fe3+/Fe2+）與E（I2/I-）相等。增大Fe2+濃度,E(Fe3+/Fe2+）減小，使得E（Fe3+/Fe2+）＜E（I2/I-），反應(yīng)逆向進(jìn)行，I2濃度減小。 (3)上面實(shí)驗(yàn)中加NH4F固體，振蕩觀察CCl4層顏色變化 顏色變淺 Fe3+ + 6F— = FeF63- 使Fe3+濃度減小，F(xiàn)e3+/Fe2+電極電勢(shì)減小，反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)減小，平衡時(shí)的反應(yīng)量減小,生成的I2濃度減小 說(shuō)明 氧化劑對(duì)應(yīng)的電對(duì)中，增大還原型的濃度或減小氧化型的濃度，電對(duì)中氧化型物質(zhì)的氧化能力將減弱，使氧化還原反應(yīng)趨勢(shì)減弱

11、. 四、酸度對(duì)氧化還原反應(yīng)速率的影響 0。5 mL 0。1 molL－1KBr + 2滴0。01 molL－1 KMnO4 + 0.5mL1molL－1H2SO4觀察試管中紫紅色褪去的速度 快 2MnO4— + 10Br— + 16H+ = 2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O 用0.5mL6molL－1HAc代替上述實(shí)驗(yàn)中的H2SO4,觀察試管中紫紅色褪去的速度，并與上一實(shí)驗(yàn)比較 慢 2MnO4— + 10Br- + 16HAc = 2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O + Ac- 五、氧化數(shù)居中的物質(zhì)的氧化還原性 (1） 0.5 mL 0.1 m

12、olL－1 KI + 2～3滴1 molL－1 H2SO4 +1～2滴 3％ H2O2觀察試管中溶液顏色的變化 棕黃色 2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O I2在水中顯棕黃色 (2） 2滴0.01molL－1 KMnO4 + 3滴 1 molL－1 H2SO4 + 2滴3％ H2O2。觀察試管中溶液顏色的變化 KMnO4退色 2MnO4— + 5H2O2 + 16H+ = 2Mn2+ + 5O2↑ + 8H2O a Mn2+為粉紅色，觀察不到 [注意事項(xiàng)］ 1。 原電池中試劑的取量一般不要超過(guò)15 mL，因?yàn)榱康亩嗌賹?duì)電極電勢(shì)不影響，而對(duì)電流大小有影響. 2。 原電池實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)線接頭不可與試劑接觸,也不可將試劑滴到導(dǎo)線上，以免形成新的電極。 3. 化合物的顏色參看附錄。 4. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告按性質(zhì)實(shí)驗(yàn)格式書(shū)寫(xiě)。