氧化还原反应和电化学的实验步骤

步骤

1.原电池的组成和电动势的粗略测定:

在一只井穴皿的1.2.3.位置分别倒入约1/2容积的0.1Mol*L^-1CuSO₄、ZnSO₄、(NH4)₂Fe(SO4)₂,再分别插入相应的金属片组成电极，若在1.2间插入盐桥则组成铜---锌原电池；在2.3间插入盐桥则组成锌----铁原电池；在1.3间插入盐桥则组成铜----铁原电池。分别用PH计的mv部分去测定其近似的电动势，并与计算值相比较

2.浓度、介质对电动势的影响

（1）浓度对电极电势的影响

在上述实验基础上先往1中滴加2Mol*L^-1NH₃水至生成沉淀又溶解,在测铜---锌原电池的电动势,并与未加氨水前进行比较有什么变化?为什么?然后往2中滴加2 Mol*L^-1氨水至沉淀又溶解,并测定其电势,又有什么变化?为什么?

(2)介质对电极电势的影响

往井穴皿的1孔中加入适量的0.1Mol*L^-1Cr₂(SO₄)₃和0.1 Mol*L^-1K₂Cr₂O₇溶液至孔穴容积的一半左右,往2孔穴中加入质量分数3%的H₂O₂溶液至约孔穴容积的1/2左右,再分别插入石墨和盐桥使组成原电池用PH计的mv部分测其电动势并记录.再往Cr₂O₇^2-/Cr³⁺电对中加入几滴3 Mol*L^-1H₂SO₄,并测其电动势,再往Cr₂O₇^2-/Cr³⁺电对中滴入6 Mol*L^-1NaOH至生成沉淀又溶解,并测定电动势.试简单解释电动势的变化.

现象

1.2之间测量值为1100mv

1.3之间测量值为740mv

2.3之间测量值为300mv

1中先生成蓝色沉淀,后沉淀溶解成浑蓝色的,PH计读数减小.

2中先生成白色沉淀,后沉淀溶解PH计读数变大

E =900mv

E读数先减小,改变正负极后,增大

E读数先减小,改变正负极后,增大.

解释结论及方程式

ψ ψ(1)=ψ(Cu²⁺/Cu）

=ψ^ο(Cu²⁺/Cu)+0.0592/2 *lg(Cu²⁺)

=0.3394-0.0296=0.3098(V)

ψ(2)=ψ(Zn²⁺/Zn）

=ψ^ο(Zn²⁺/Zn)+0.0592/2 *lg(Zn²⁺)

=-0.7917(V)

ψ(3)=ψ(Fe²⁺/Fe）

=ψ^ο(Fe²⁺/Fe)+0.0592/2 *lg(Fe²⁺)

=-0.4385(V)

1.2之间,1为正极,2为负极

ψ=ψ(1)- ψ(2)=1.1015(V)

1.3之间,1为正极,3为负极

ψ=ψ(1)- ψ(3)=0.7483(V)

2.3之间,2为正极,3为负极

ψ=ψ(2)- ψ(3)=0.3532(V)

*由于原电池含内阻,测量值比理论值小

加入氨水C(Cu²⁺)下降ψ(Cu²⁺/Cu）下降,E=ψ(Cu²⁺/Cu) -ψ(Zn²⁺/Zn)下降

Zn²⁺+2NH₄·H₂O=Zn(OH)₂+2NH₄⁺

Zn(OH)₂+4NH₃=[Zn(NH₃)₄]²⁺+2OH^-

加入氨水C(Zn²⁺)下降, ψ(Zn²⁺/Zn)下降

E=ψ(Cu²⁺/Cu) -ψ(Zn²⁺/Zn)上升

负极：Cr₂O₇^2-+6e+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O

Φ=Φ^ο+0.0592/6 *lg[C(Cr₂O₇^2-)*C¹⁴(H⁺)/C²(Cr³⁺)]

=0.363(V)

正极：H₂O₂+2e+2H⁺=2H₂O

Φ=Φ^ο+0.0592/2 *lg[C(H₂O₂)*C²(H⁺)]=1.2894(V)

加入H₂SO₄后,C(H⁺)增大

Φ(Cr₂O₇^2-/ Cr³⁺)增大

E=Φ(H₂O₂/H₂O)- Φ(Cr₂O₇^2-/Cr³⁺)

读数减小,当Φ(Cr₂O₇^2-/Cr³⁺)大于

Φ(H₂O₂/H₂O)后,正负极相反. 加

NaOH,C(H+)减小,Φ(Cr₂O₇^2-/Cr³⁺)减小, E=Φ(Cr₂O₇^2-/Cr³⁺) -Φ(H₂O₂/H₂O)

读数减小,当Φ(Cr₂O₇^2-/Cr³⁺)小于

Φ(H₂O₂/H₂O)后，正负极相反

3.电极电势与氧化还原反应的关系

(1)在分别盛1ml0.50 Mol*L-1Pb(NO3)2溶液和1ml0.50 Mol*L-1CuSO4溶液的两支试管中,各放入一小片纱纸擦净的锌片,放置一段时间后,观察锌片表面和溶液颜色有无变化。

(2)在分别盛1ml0.50Mol*L-1ZnSO4和1ml0.50Mol*LCuSO4溶液的两支试管中，各加入一粒表面已经擦净的铅粒，放置一段时间，观察铅粒的表面和溶液的颜色有无变化。

根据（1）（2）的实验结果，确定Zn、Cu、Pb还原性相对大小。

（3）在试管中加入10滴0.020Mol*L KI溶液和2滴0.10 Mol*L-1 FeCl3 溶液，摇均后，在加入1ml CCl4层的颜色有无变化。

4）用KBr溶液（0.10Mol*L-1）替代KI溶液进行相同的实验，观察CCl4层的颜色有无变化。

根据（3）（4）的实验结果，定性比较Br2/Br-、I2/I-、Fe3+/Fe2+三个电对的电极电势的相对大小，并指出其中最强的氧化剂和最强还原剂各是什么？

（5）在试管中加入5滴0.10 Mol*L-1KI溶液，加入2滴1.0 Mol*L-1H2SO4溶液使溶液酸化，再加入5滴3%H2O2溶液，再加入1mLCCl4充分摇荡，观察CCl4层颜色有无变化。

（6）在试管中滴入2滴0.010 Mol*L-1 KMnO4溶液，再加入数滴3%H2O2溶液，观察反应现象。

根据（5）（6）的实验结果，指出H2O2在反应中各起什么作用。

放入Pb(NO3)2孔穴中的锌片表面变成灰黑色,有银白色光芒,放入CuSO4孔穴中的锌片表面变成红黑色

放在ZnSO₄孔穴中的铅粒表面无变化,放入CuSO₄孔穴中的铅粒表面变成红色。

溶液中有灰褐色的沉淀

底部溶液为紫红色,上层溶液为棕黄

溶液无变化

CCl₄层无色

溶液中有灰褐色沉淀

底部溶液呈紫红色，上层溶液棕黄色

紫红色溶液褪成无色，有气体生成

Zn+Pb²⁺=Zn²⁺+Pb

Φ(Zn²⁺/Zn)< Φ(Pb²⁺/Pb)

Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu

Φ(Zn²⁺/Zn)< Φ(Cu²⁺/Cu)

Zn²⁺+Pb无反应

Φ(Zn²⁺/Zn)< Φ(Pb²⁺/Pb)

Pb+Cu²⁺=Pb²⁺+Cu

Φ(Pb²⁺/Pb)< Φ(Cu²⁺/Cu)

Φ(Zn²⁺/Zn)< Φ(Pb²⁺/Pb) < Φ(Cu²⁺/Cu)

还原性Zn>Pb>Cu

2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂(s)

I₂易溶于非极性溶剂,(相似相溶)

2Fe³⁺+Br^-→不反应

由上Φ^θ(I₂/I^-)<Φ^θ(Fe³⁺/Fe²⁺)

<Φ^θ(Br₂/Br^-)

最强氧化性:Br2；最强还原性:I^-

2I^-+H₂O₂+H⁺=I₂(S)+2H₂O

2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂+

8H₂O

H₂O₂在（5）中起氧化剂作用

在（6）中起还原剂作用

4.介质对氧化还原反应的影响。

（1）在试管中加入10滴0.10 Mol*L-1KI溶液和2—3滴0.10Mol*L-1KIO3溶液的混合后，观察有无变化，再加入几滴2.0 Mol*L-1 H₂SO₄，观察有无变化，再逐滴加入2.0 Mol*L-1的NaOH溶液，使混合溶液呈碱性，观察反应现象，解释每步反应现象，并指出介质对上述氧化还原反应的影响。

（2）在三支试管中各加入2滴0.01Mol*L-1 KMnO4溶液，再第一支中加入5滴2.0 Mol*L-1的H2SO4溶液，在第二支试管中加入5滴H2O，在第三支试管中加入5滴6.0 Mol*L-1的NaOH溶液，再分别加入10滴0.10 Mol*L-1NaSO3溶液，观察现象。

5.温度对氧化还原反应的影响

在A、B两支试管中各加入1mL0.010 Mol*L-1的KMnO4溶液，在各滴加2.0 Mol*L-1的

H2SO4酸化，在C、D试管中各加入1mL 的H2C2O4溶液。将A、C 两支试管，放在水浴中加热，几分钟，后取出，将A和C 混合，B 和D混合。C 和D 试管颜色哪个先褪去。解释？

6.电解

将一小片滤纸置于表面皿上。在滤纸上加1滴0.10 Mol*L-1 KI溶液，1滴酚酞溶液和一滴淀粉碘化钾溶液，使之润湿，在干电池的正负极上，分别连结一根镍铬丝，将两根镍铬丝插在滤纸上，（两根镍铬丝之间距离约为1cm）几分钟后，观察两极的现象，写出两极反应的半反应式。

溶液无变化

立即有灰褐色沉淀生成

灰褐色的沉淀逐渐减少最后得到黄色溶液

第一支试管中溶液无色

第二支试管中溶液棕黄色

第三支试管中溶液绿色