实验五　氧化还原反应

【实验目的】

1.掌握铜-锌原电池的原理，学会用酸度计测定原电池的电动势。

2.加深浓度、介质的酸碱性对电极电势及氧化还原反应影响的认识。

3.学习用实验方法比较电对的电极电位的相对大小。

【实验原理】

1.浓度对电极电势的影响　根据能斯特方程，对于本实验的铜-锌原电池，浓度与电极电势E的关系为：

铜电极　

锌电极　

当增大Cu2+、Zn2+浓度时，它们的E值都分别增大；反之，则E值减小。

2.浓度对氧化还原反应的影响　水溶液中自发进行的氧化还原反应，氧化剂电对的电极电势代数值应大于还原剂电对的电极电势代数值。如果在原电池中改变某一半电池（电极）的离子浓度，而保持另一半电池的离子浓度不变，则会使电动势发生改变。加入配合剂（如氨水）或沉淀剂（如S2-），会使金属离子浓度大大降低，使E值发生大幅度改变，甚至能导致电极正负极符号和反应方向的改变。

3.介质酸碱性对电极电势及氧化还原反应的影响　介质酸碱性对含氧酸盐的氧化性影响很大，如高锰酸钾的氧化性随介质酸性减弱而减弱，在不同介质中其还原产物也不同。

在酸性介质中被还原为无色的Mn2+：

在中性、弱酸性或弱碱性介质中被还原为棕色的MnO2沉淀：

在强碱性介质中被还原为绿色的Mn：

【仪器与试剂】

1.仪器　酸度计、电炉、试管、试管架、石棉网、酒精灯、水浴锅、饱和甘汞电极、锌电极、铜电极、饱和KCl盐桥、pH试纸。

2.试剂　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（饱和）、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）。

【实验步骤】

1.比较电对值的相对大小（注：以下反应均在试管中进行）

（1）5滴0.02mol·L-1 的KI溶液与5滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液混合，充分振荡，观察现象，写出反应方程式。

（2）5滴0.1mol·L-1 KBr溶液与5滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液混合，振荡，有无反应？

根据（1）和（2）的实验结果比较、、的相对大小。

（3）5滴0.02mol·L-1 KI溶液加2滴2mol·L-1H2SO4，振荡，加2～3滴3%的H2O2，充分振荡，观察现象，写出反应方程式。

（4）1滴0.01mol·L-1 KMnO4溶液加2滴2mol·L-1H2SO4，振荡，加1mL 3%的H2O2，充分振荡，观察现象，写出反应方程式。

指出H2O2在（3）和（4）中的不同作用。

（5）在酸性介质中，0.1mol·L-1K2Cr2O7溶液与0.1mol·L-1FeSO4的反应，写出反应方程式。

2.介质的酸碱性对氧化还原反应产物及反应方向的影响

（1）取三支试管，分别加入以下试剂，充分振荡，观察现象，写出反应方程式。

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）在一支试管中加入5滴0.1mol·L-1KIO3和5滴0.1mol·L-1 KI，振荡，观察有无变化。再滴入2滴2mol·L-1H2SO4，观察有何变化，再加入4～6滴2mol·L-1 NaOH溶液，观察又有何变化，写出反应方程式。

3.温度对氧化还原反应速率的影响　在一支试管中加入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，振荡，观察反应快慢。再将试管在酒精灯外焰上小心加热，反应速率有何变化？结论如何？

4.浓度对电极电势的影响

（1）在一个50mL烧杯中加入25mL 1mol·L-1 ZnSO4溶液，插入用砂纸打磨过的锌组成锌电极，在另一个50mL烧杯中加入25mL 1mol·L-1 CuSO4溶液，插入用砂纸打磨过的铜组成铜电极，两烧杯用饱和KCl盐桥连接，组成一个原电池。将铜电极与pH计（伏特计）“+”极相接，锌电极与pH计“-”极相接，测原电池的电动势。

（2）在一个50mL烧杯中加入25mL 0.005mol·L-1 ZnSO4溶液，插入用砂纸打磨过的锌组成锌电极，在另一个50mL烧杯中加入25mL 0.005mol·L-1 CuSO4溶液，插入用砂纸打磨过的铜组成铜电极，两烧杯用饱和KCl盐桥连接，组成一个原电池，与（1）相同，用pH计（伏特计）测原电池的电动势。向盛CuSO4溶液的烧杯中滴入过量2mol·L-1氨水至生成深蓝色透明溶液，再用pH计测原电池的电动势。比较两次测得的铜-锌原电池的电动势和铜电极电势的大小，能得出什么结论？

【提示】

本实验可用酸度（pH）计测原电池的电动势，各种型号酸度计的结构和使用方法见本书2.8.6。

【思考题】

1.如何判断氧化剂和还原剂的强弱及氧化还原进行的方向，设计一个实验比较下列物质的氧化性或还原性的强弱：Cl2、Br2、I2、Cl-、Br-、I-。

2.归纳影响电极电势的因素。

3.举例说明电化学中，正极、负极以及阳极、阴极是如何规定的。