试验15氧化还原反应和氧化还原平衡

1、实验 15 氧化还原反应和氧化还原平衡 实验目的 1. 学会装配原电池；2. 掌握电极的本性、电对的氧化型或还原型物质的浓度、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。基本操作1. 试管操作 要用专用滴管取液体，不得引入杂质。清洗滴管时， 里外都要冲洗干净。 滴瓶上的滴管不得用于别的液体的取用， 滴加液 体时磨口以下部分不得接触接收容器的器壁。 装有药品的滴管不得横 放或滴管口向上斜放， 以免液体流入橡皮头中。 在通常的性质实验中， 反应液一般取 35滴。正常滴管中的一滴溶液约 0.05 mL，例如，取 0.5 mL 的溶液，需要

2、大约 10滴。2. 盐桥的制法3. 伏特计的使用（区分正负极，伏特计和电极要接触良好） 实验原理 对于电极反应：氧化态（ Ox） + ne- = 还原态（ Red）根据能斯特公式，有o RT 氧化型 o 0.05915 氧化型 E E ln E lgnF 还原型 n还原型 其中，R = 8.314 Jmol-1K-1，T = 298.15 K，F = 96485 C mol-1 电极电势的大小与 Eo（电极本性）、氧化态和还原态的浓度，溶 液的温度以及介质酸度等有关。对于电池反应，aA + bB = cC + dD对应的能斯特方程是cdE池Eo 0.05915lg C c D d E池 lg

3、a b 池 nA aB b电极电势愈大， 表明电对中氧化态氧化能力愈强， 而还原态还原能力愈弱，电极电势大的氧化态能氧化氧化电极电势比它小的还原态。E+ E是氧化还原反应自发进行的判椐。 在实际应用中， 若Eo与Eo的差值大于 0.5，可以忽略浓度、 温度等因素的影响， 直接用 E池o数值的大小来确定该反应进行的方向实验内容实验内容实验现象解释和反应一、氧化还原反应和电极电势(1)0.5mL0.1mol L1KI + 2 滴 0.1 molL1 FeCl3，摇匀后加入 CCl4 观察 CCl4层颜色紫色2I- + 2Fe 3+ = I 2(紫色)+2Fe2+(2)KBr 代替 KI 进行上述实

4、验无变化E0Fe3+/Fe 2+ E I 2/I ，不能反应Br2 +2Fe2+= 2Br- + 2Fe 3+比较电极电势Br2 /Br - Fe3+/Fe 2+ I 2/I -二、浓度对电极电势的影响(1) 烧杯 1：15mL1 molL1ZnSO4中插 入锌片烧杯 2：15mL 1molL1CuSO4 中插入 铜片盐桥连接两烧杯，测电压0.9V2+Cu2+/ Cu 为 正 极EoEoECu2 /CuEZn 2 / ZnCuSO4溶液中注入浓氨水至生成沉淀 溶解生成深蓝色溶液，观察电压变 化电压降低Cu2+ + 2e - = Cuo 0.0592 2 E E lgCu 加入 NH3水时，形成

5、Cu(NH3) 4 2+，使Cu2+ 大幅度减小，电极电势随之减小。由于 正极电位降低，导致原电池电动势降低。ZnSO4 溶液中注入浓氨水至生成沉淀 溶解生成无色溶液，观察电压变化电压升高Zn2+ + 2e -= Zno 0.0592 2E Eo2 lgZn 2 2+ 2+ 加入 NH3水时，形成Zn(NH3) 4 2+，使Zn 2+ 大幅度减小，电极电势随之减小。由于 负极电位降低，导致原电池电动势升高。(2)CuSO4浓差电池:0.01mol L1 CuSO4和 1molL1 CuSO4组成原电池， 测电动势并与计算值比较 Cu|Cu2+(0.01mol L1) Cu2+(1mol L 1

6、)电压很小 浓度大的一端 为正极o 0.0592 2E Eo 2 lgCu2 0.05920.34lg1 0.34V0.0592E 0.34lg0.01 0.28VE 池 E E 0.34 0.28 0.06V 测定值比计算值小。或者解释如下：正极电极反应：2+ -1 -Cu2+(1 mol L-1) + 2e- = Cu 负极电极反应：2+ -1 -Cu2+(0.01 mol L-1) + 2e- = Cu 原电池反应为：2+ -1 2+ -1Cu2+(1 mol L-1) = Cu2+(0.01 mol L-1)o 0.0592 0.01E池 E 池 lg 0 0.06210.06V在浓差

7、电池的两极各连一个回形 针，然后在表面皿上放一小块滤纸， 滴加 1molL1 Na2SO4溶液，使滤纸完 全湿润，在加入 2 滴酚酞，将两极 回形针压在纸上， 相距 1mm，稍等片 刻，观察所压处哪端出现红色。CuSO4 浓度低的 一端出现红色H2O 被电解。阴极反应为： 2H2O + 2e- = H2+ 2OH- 使酚酞变红。三、酸度和浓度对氧化还原反应的影响1. 酸度的影响(1) 0.5mL0.1mol L1 Na2SO3,+2 滴 1 10.01mol L1KMnO4,+0.5mL1molL1 H2SO4, 观察溶液颜色的变化KMnO 4退色 a2- - +5SO32- + 2MnO4-

8、 + 6H+2- 2+= 5SO42- + 2Mn2+ + 3H2O用 0.5mLH2O 代替 H2SO4，观察溶液颜 色的变化产生棕色沉淀3SO32- + 2MnO4- + H2O2- -=3SO42- + 2MnO2 棕( 色) + 2OH-1用 0.5mL6molL 1NaOH代替 H2SO4，观 察溶液颜色的变化溶液变绿2- - -SO32- + 2MnO4- + 2OH-=SO42- + 2MnO42- 绿( 色) + H2O(2) 0.5mL0.1mol L1KI + 2 滴 0.1 molL1 KIO3淀粉，观察溶液颜色无变化的变化上述溶液中滴加 23滴 1molL1H2SO4后

9、，观察溶液颜色的变化溶液变蓝- - +IO3- + 5I- + 6H+= 3I2(使淀粉变蓝 ) + 3H2O再滴加 23滴 6molL1NaOH观察溶 液颜色的变化蓝色退去3I2+ 6OH- = IO3- + 5I- + 3H2O2. 浓度的影响(1) 0.5 mL H 2O + 0.5 mL CCl4 + 0.5 -1mL 0.1 molL Fe2(SO4) 3 + 0.5 mL 0.1 molL1 KI ，振荡后观察 CCl4 层颜色 变化紫色2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2(紫色)(2) 0.5 mL CCl 4 + 0.5 mL 1mol L1 -11 FeSO4 +

10、 0.5 mL 0.1 molL-1 Fe2(SO4) 3 0.5 mL 0.1 mol L1KI，振荡后观 察 CCl4 层颜色变化，并与上一实验 观察 CCl4 层颜色颜色区别。颜色变浅I2 浓度减小。或： 当 上 述 反 应 平 衡 时 ， E(Fe3+/Fe2+) 与 E(I2/I-)相等。增大 Fe2+浓度，E(Fe3+/Fe2+) 减小，使得 E(Fe3+/Fe2+)E(I2/I-)，反应 逆向进行， I2 浓度减小。(3) 上面实验中加 NH4F 固体，振荡观 察 CCl4 层颜色变化颜色变浅Fe3+ + 6F- = FeF63- 使 Fe3+ 浓度减小， Fe3+/Fe2+电极

11、电势减 小，反应的电动势减小，平衡时的反应 量减小，生成的 I2 浓度减小说明氧化剂对应的电对中，增大还原型的浓 度或减小氧化型的浓度，电对中氧化型 物质的氧化能力将减弱，使氧化还原反 应趋势减弱。四、酸度对氧化还原反应速率的影响10.5 mL 0.1 mol L1KBr + 2 滴 0.01 molL1 KMnO4 + 0.5mL1mol L1H2SO4 观察试管中紫红色褪去的速度快2MnO4- + 10Br- + 16H+2+= 2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O用 0.5mL6molL 1HAc代替上述实验 中的 H2SO4，观察试管中紫红色褪去 的速度，并与上一实验比较慢2MnO4- + 10Br- + 16HAc2+ -= 2Mn + 5Br2 + 8H2O + Ac五、氧化数居中的物质的氧化还原性1(1) 0.5 mL 0.1 mol L1 KI + 2 3 滴 1 mol L1 H2SO4 +12滴 3% H2O2 观察试管中溶液颜色的变化棕黄色2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O I2在水中显棕黄色KMnO4退色2MnO4- + 5H2O2 + 16H+= 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O(2) 2滴 0.01mol L1 KMnO4 + 3滴