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时间:2020-05-18
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1、实验17氧化还原反应和电化学一、实验目的1.了解电极电势与氧化还原反应的关系;2.试验并掌握浓度和酸度对电极电势的影响。二、实验原理原电池是将化学能转变为电能的装置。原电池的电动势可以表示为正极和负极电极电势之差:ε=E(+)-E(-)电动势可以用万用电表测量。氧化剂和还原剂的强弱,可用电对电极电势的大小来衡量。一个电对的标准电极电势Eo值越大,其氧化型的氧化能力就越强,而还原型的还原能力就越弱;若Eo值越小,其氧化型氧化能力越弱,而还原型还原能力越强。根据标准电极电势值可以判断反应进行的方向。
2、在标准状态下反应能够进行的条件是:εo=Eo(+)-Eo(-)>0例如,Eo(Fe3+/Fe2+)=0.771V,Eo(I2/I-)=0.535V,Eo(Br2/Br-)=1.08V则在标准状态下,电对Fe3+/Fe2+的氧化型Fe3+可以氧化电对I2/I-的还原型I-,反应式如下:2Fe3++2I-══2Fe2++I2而反应电对Fe3+/Fe2+的氧化型Fe3+可以氧化电对Br2/Br-的还原型Br-,相反的反应则可以进行:Br2+2Fe2+══2Br-+2Fe3+当然,多数反应都是在非标准状
3、态下进的,这时需要考虑浓度对电极电势的影响,这种影响可用能斯特(Nernst)方程来表示:从能斯特方程可以看出,改变电对氧化型、还原型的浓度,将使电极电势值发生相应程度的变化。由于酸碱平衡、沉淀溶解平衡和配位离解平衡能够改变氧化型或还原型浓度,从而影响电对电极电势的大小,它们对于氧化还原反应都有影响;有时影响显著,甚至可能改变反应进行的方向。三、实验用品万用电表、导线、Cu片、Zn片、铁电极、碳电极KI(0.1mol·L-1)、KBr(0.1mol·L-1)、Na2SO3(0.1mol·L-1)
4、、FeCl3(0.1mol·L-1)、Fe2(SO4)3(0.1mol·L-1)、FeSO4(0.1mol·L-1)、NaCl(6mol·L-1)、KMnO4(0.01mol·L-1、0.2mol·L-1)、Na2SO4(1mol·L-1)、NaHSO3(1mol·L-1)、CuSO4(1mol·L-1)、ZnSO4(1mol·L-1)、H2SO4(1mol·L-1、3mol·L-1、6mol·L-1)、HCl(6mol·L-1)、HAc(6mol·L-1)、NaOH(6mol·L-1)、K2C
5、r2O7(0.4mol·L-1)、浓NH3·H2O(AR)、NH4F(10%)、CCl4、氯水、溴水、碘水、MnSO4(0.2mol·L-1)、H2C2O4(0.2mol·L-1)、浓HNO3(AR)、HNO3(0.5mol·L-1)、奈斯勒试剂、硫酸亚铁铵(AR)四、实验内容(一)电极电势与氧化还原反应的方向1.向试管中加入几滴0.1mol·L-1KI溶液和少量CCl4,边滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液边振摇试管,观察CCl4层的颜色变化,写出反应方程式。以KBr代替KI重复进行实验,
6、结果如何?2.向试管中滴加几滴Br2水和少量CCl4,摇动试管,观察CCl4层的颜色。再加入约0.5g硫酸亚铁铵固体,充分反应后观察CCl4层颜色有无变化?以I2水代替Br2水重复进行实验。CCl4层颜色有无变化?写出反应方程式。3.在试管中加入几滴KBr溶液和少量CCl4,滴加氯水,充分振摇试管,观察CCl4层的颜色变化。用KI溶液代替KBr溶液进行试验,仔细观察CCl4层颜色的变化。写出有关反应方程式。由以上实验结果确定电对Fe3+/Fe2+、I2/I-、Br2/Br-、Cl2/Cl-电极电
7、势的相对大小,并说明电极电势与氧化还原反应方向的关系。(二)浓度和酸度对电极电势的影响1.浓度对电极电势的影响(1)在一50mL烧杯中加入30mL1mol·L-1CuSO4溶液,插入铜片作为正极;另一50mL烧杯中加入30mL1mol·L-1ZnSO4溶液,插入锌片作为负极。用KCl盐桥将两电极溶液连接构成原电池,用万用电表测量电池的电动势。(2)在搅拌下向CuSO4溶液中滴加浓NH3·H2O,至生成的沉淀刚好完全溶解,测出电池的电动势。(3)再在ZnSO4溶液中滴加浓NH3·H2O至生成的沉淀
8、刚好完全溶解,测出电池的电动势。根据以上三个电池电动势的测定结果,用能斯特方程说明配合物的形成对电极电势的影响。2.酸度对电极电势的影响在两只50mL烧杯中分别加入30mL1mol·L-1FeSO4溶液和30mL0.4mol·L-1K2Cr2O7溶液,再分别插入铁电极和碳电极,用KCl盐桥将两电极连接起来,测量电池电动势。在K2Cr2O7溶液中慢慢加入1mol·L-1H2SO4溶液,观察溶液颜色和电池电动势的变化;再在K2Cr2O7溶液中滴加6mol·L-1NaOH溶液,观察溶液颜色和电池电动势
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