實驗五　氧化還原反應

【實驗目的】

1.掌握銅-鋅原電池的原理，學會用酸度計測定原電池的電動勢。

2.加深濃度、介質的酸堿性對電極電勢及氧化還原反應影響的認識。

3.學習用實驗方法比較電對的電極電位的相對大小。

【實驗原理】

1.濃度對電極電勢的影響　根據能斯特方程，對于本實驗的銅-鋅原電池，濃度與電極電勢E的關系為：

銅電極　

鋅電極　

當增大Cu2+、Zn2+濃度時，它們的E值都分別增大；反之，則E值減小。

2.濃度對氧化還原反應的影響　水溶液中自發進行的氧化還原反應，氧化劑電對的電極電勢代數值應大于還原劑電對的電極電勢代數值。如果在原電池中改變某一半電池（電極）的離子濃度，而保持另一半電池的離子濃度不變，則會使電動勢發生改變。加入配合劑（如氨水）或沉淀劑（如S2-），會使金屬離子濃度大大降低，使E值發生大幅度改變，甚至能導致電極正負極符號和反應方向的改變。

3.介質酸堿性對電極電勢及氧化還原反應的影響　介質酸堿性對含氧酸鹽的氧化性影響很大，如高錳酸鉀的氧化性隨介質酸性減弱而減弱，在不同介質中其還原產物也不同。

在酸性介質中被還原為無色的Mn2+：

在中性、弱酸性或弱堿性介質中被還原為棕色的MnO2沉淀：

在強堿性介質中被還原為綠色的Mn：

【儀器與試劑】

1.儀器　酸度計、電爐、試管、試管架、石棉網、酒精燈、水浴鍋、飽和甘汞電極、鋅電極、銅電極、飽和KCl鹽橋、pH試紙。

2.試劑　HAc（1mol·L-1）、H2SO4（2mol·L-1）、H2C2O4（0.1mol·L-1）、H2O2（3%）、NaOH（2mol·L-1）、NH3·H2O（2mol·L-1）、KI（0.02mol·L-1，0.1mol·L-1）、KIO3（0.1mol·L-1）、KBr（0.1mol·L-1）、K2Cr2O7（0.1mol·L-1）、KMnO4（0.01mol·L-1）、KClO3（飽和）、Na2SiO3（0.1mol·L-1）、Na2SO3（0.1mol·L-1）、（0.5mol·L-1）、FeSO4（0.1mol·L-1）、FeCl3（0.1mol·L-1）、CuSO4（0.005mol·L-1，1mol·L-1）、ZnSO4（0.005mol·L-1，1mol·L-1）。

【實驗步驟】

1.比較電對值的相對大小（注：以下反應均在試管中進行）

（1）5滴0.02mol·L-1 的KI溶液與5滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液混合，充分振蕩，觀察現象，寫出反應方程式。

（2）5滴0.1mol·L-1 KBr溶液與5滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液混合，振蕩，有無反應？

根據（1）和（2）的實驗結果比較、、的相對大小。

（3）5滴0.02mol·L-1 KI溶液加2滴2mol·L-1H2SO4，振蕩，加2～3滴3%的H2O2，充分振蕩，觀察現象，寫出反應方程式。

（4）1滴0.01mol·L-1 KMnO4溶液加2滴2mol·L-1H2SO4，振蕩，加1mL 3%的H2O2，充分振蕩，觀察現象，寫出反應方程式。

指出H2O2在（3）和（4）中的不同作用。

（5）在酸性介質中，0.1mol·L-1K2Cr2O7溶液與0.1mol·L-1FeSO4的反應，寫出反應方程式。

2.介質的酸堿性對氧化還原反應產物及反應方向的影響

（1）取三支試管，分別加入以下試劑，充分振蕩，觀察現象，寫出反應方程式。

①1滴0.01mol·L-1 KMnO4+2滴2mol·L-1H2SO4+1mL 0.1mol·L-1 Na2SO3；

②1滴0.01mol·L-1 KMnO4+2滴H2O+1mL 0.1mol·L-1 Na2SO3；

③1滴0.01mol·L-1 KMnO4+2滴2mol·L-1 NaOH+1mL 0.1mol·L-1 Na2SO3。

（2）在一支試管中加入5滴0.1mol·L-1KIO3和5滴0.1mol·L-1 KI，振蕩，觀察有無變化。再滴入2滴2mol·L-1H2SO4，觀察有何變化，再加入4～6滴2mol·L-1 NaOH溶液，觀察又有何變化，寫出反應方程式。

3.溫度對氧化還原反應速率的影響　在一支試管中加入2滴 0.01mol·L-1 KMnO4溶液和3滴2mol·L-1H2SO4溶液，再加入1mL 0.1mol·L-1 H2C2O4溶液，振蕩，觀察反應快慢。再將試管在酒精燈外焰上小心加熱，反應速率有何變化？結論如何？

4.濃度對電極電勢的影響

（1）在一個50mL燒杯中加入25mL 1mol·L-1 ZnSO4溶液，插入用砂紙打磨過的鋅組成鋅電極，在另一個50mL燒杯中加入25mL 1mol·L-1 CuSO4溶液，插入用砂紙打磨過的銅組成銅電極，兩燒杯用飽和KCl鹽橋連接，組成一個原電池。將銅電極與pH計（伏特計）“+”極相接，鋅電極與pH計“-”極相接，測原電池的電動勢。

（2）在一個50mL燒杯中加入25mL 0.005mol·L-1 ZnSO4溶液，插入用砂紙打磨過的鋅組成鋅電極，在另一個50mL燒杯中加入25mL 0.005mol·L-1 CuSO4溶液，插入用砂紙打磨過的銅組成銅電極，兩燒杯用飽和KCl鹽橋連接，組成一個原電池，與（1）相同，用pH計（伏特計）測原電池的電動勢。向盛CuSO4溶液的燒杯中滴入過量2mol·L-1氨水至生成深藍色透明溶液，再用pH計測原電池的電動勢。比較兩次測得的銅-鋅原電池的電動勢和銅電極電勢的大小，能得出什么結論？

【提示】

本實驗可用酸度（pH）計測原電池的電動勢，各種型號酸度計的結構和使用方法見本書2.8.6。

【思考題】

1.如何判斷氧化劑和還原劑的強弱及氧化還原進行的方向，設計一個實驗比較下列物質的氧化性或還原性的強弱：Cl2、Br2、I2、Cl-、Br-、I-。

2.歸納影響電極電勢的因素。

3.舉例說明電化學中，正極、負極以及陽極、陰極是如何規定的。