实验15---氧化还原反应和氧化还原平衡

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3~5滴。正常滴管中的一滴溶液约0.05mL，例如，取0.5mL的溶液，需要大约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][][lg0.05915][][lnFRoo还原型氧化型还原型氧化型nEnTEE其中，R=8.314J·mol-1·K-1，T=298.15K，F=96485C·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badcnEEB][[A]D][[C]lg0.05915o池池电极电势愈大，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oE与oE的差值大于0.5Ｖ，可以忽略浓度、温度等因素的影响，直接用o池E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·L－1KI+2滴0.1mol·L－1FeCl3，摇匀后加入CCl4观察CCl4层颜色紫色2I-+2Fe3+=I2(紫色)+2Fe2+(2)KBr代替KI进行上述实验无变化E0Fe3+/Fe2+＜E0Br2/Br-，不能反应(3)碘水+0.5mL0.1mol·L－1FeSO4摇匀后加入CCl4观察CCl4层颜色Br2水+0.5mL0.1mol·L－1FeSO4摇匀后加入CCl4观察CCl4层颜色紫色溴水退色E0Fe3+/Fe2+＞E0I2/I-，不能反应Br2+2Fe2+=2Br-+2Fe3+比较电极电势Br2/Br-＞Fe3+/Fe2+＞I2/I-二、浓度对电极电势的影响(1)烧杯1：15mL1mol·L－1ZnSO4中插入锌片烧杯2：15mL1mol·L－1CuSO4中插入铜片盐桥连接两烧杯，测电压0.9VCu2+/Cu为正极oZn/ZnoCu/Cu22EE＞CuSO4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−=Cu]Culg[20592.02oEE加入NH3水时，形成[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−=Zn]Znlg[20592.02oEE加入NH3水时，形成[Zn(NH3)4]2+，使[Zn2+]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·L－1CuSO4和1mol·L－1CuSO4组成原电池，测电动势并与计算值比较Cu|Cu2+(0.01mol·L－1)‖Cu2+(1mol·L－1)电压很小浓度大的一端为正极28V.001.lg020592.034.034V.0lg120.059234.0]Culg[20592.02oEEE06V.028.034.0EEE池测定值比计算值小。或者解释如下：正极电极反应：Cu2+(1mol·L-1)+2e−=Cu负极电极反应：Cu2+(0.01mol·L-1)+2e−=Cu原电池反应为：Cu2+(1mol·L-1)=Cu2+(0.01mol·L-1)06V.006.00101.0lg20592.0o池池EE在浓差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1mol·L－1Na2SO4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·L－1Na2SO3,+2滴0.01mol·L－1KMnO4,+0.5mL1mol·L－1H2SO4,观察溶液颜色的变化KMnO4退色a5SO32-+2MnO4-+6H+=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-+H2O=3SO42-+2MnO2↓(棕色)+2OH-用0.5mL6mol·L－1NaOH代替H2SO4，观察溶液颜色的变化溶液变绿SO32-+2MnO4-+2OH-=SO42-+2MnO42-↓(绿色)+H2O(2)0.5mL0.1mol·L－1KI+2滴0.1mol·L－1KIO3＋淀粉，观察溶液颜色无变化的变化上述溶液中滴加2～3滴1mol·L－1H2SO4后，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2～3滴6mol·L－1NaOH观察溶液颜色的变化蓝色退去3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O2.浓度的影响(1)0.5mLH2O+0.5mLCCl4+0.5mL0.1mol·L-1Fe2(SO4)3+0.5mL0.1mol·L－1KI，振荡后观察CCl4层颜色变化紫色2Fe3++2I-=2Fe2++I2（紫色）(2)0.5mLCCl4+0.5mL1mol·L－1FeSO4+0.5mL0.1mol·L-1Fe2(SO4)3＋0.5mL0.1mol·L－1KI，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0.5mL0.1mol·L－1KBr+2滴0.01mol·L－1KMnO4+0.5mL1mol·L－1H2SO4观察试管中紫红色褪去的速度快2MnO4-+10Br-+16H+=2Mn2++5Br2+8H2O用0.5mL6mol·L－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-+16HAc=2Mn2++5Br2+8H2O+Ac-五、氧化数居中的物质的氧化还原性(1)0.5mL0.1mol·L－1KI+2～3滴1mol·L－1H2SO4+1～2滴3%H2O2观察试管中溶液颜色的变化棕黄色2I-+H2O2+2H+=I2+2H2OI2在水中显棕黄色(2)2滴0.01mol·L－1KMnO4+3滴1mol·L－1H2SO4+2滴3%H2O2。观察试管中溶液颜色的变化KMnO4退色2MnO4-+5H2O2+16H+=2Mn2++5O2↑+8H2OaMn2+为粉红色，观察不到[注意事项]1.原电池中试剂的取量一般不要超过15mL，因为量的多少对电极电势不影响，而对电流大小有影响。2.原电池实验中，导线接头不可与试剂接触，也不可将试剂滴到导线上，以免形成新的电极。3.化合物的颜色参看附录。4.实验报告按性质实验格式书写。