13、氧化还原反应和氧化还原平衡

无机化学实验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3、掌握物质的浓度、介质的酸度对电极电势、氧化还原反应的方向、产物、速率的影响。4、了解化学电池电动势。实验用品:仪器：试管、烧杯、伏特汁(或酸度计)、检流器、表面皿固体药品：锌粒、铅粒、铜片、琼脂、氟化铵液体药品：HCl(浓)、HNO3(21mo1·L-1、浓)、HAc(6mo1·L-1)、H2SO4(1mo1·L-1)、NaOH(6mo1·L-1、40％)、NH3·H2O(浓)、ZnSO4(1mo1·L-1)、KI(0.1mo1·L-1)、CuSO4(0.01mo1·L-1、1mo1·L-1)、KBr(0.1mo1·L-1)、FeCl3(0.1mo1·L-1)、Fe2(SO4)3(0.1mo1·L-1)FeSO4(1mo1·L-1)、H2O2(3%)、KIO3(0.1mo1·L-1)、碘水、溴水(0.1mo1·L-1)、氯水(饱和)、KCl(饱和)、CCl4酚酞指示剂、淀粉溶液（0.4％）材料：电极(锌片、钢片、铁片、炭棒)、红色石蕊试纸、导线、砂纸实验内容：一、氧化还原反应和电极电势（1）0.5ml0.1mo1·L-1KI+2D0.1mo1·L-1FeCl3+0.5mLCCl4,振荡，观察CCl4层的颜色变化。I-+Fe3+=I2+Fe2+I-被氧化成I2，Fe3+被还原成Fe2+I2被CCl4萃取，进入CCl4溶剂，使CCl4层变成紫红色。由反应说明：EI2/I-EFe3+/Fe2+（2）0.5mL0.1mo1·L-1KBr+2D0.1mo1·L-1FeCl3+0.5mLCCl4,振荡，观察CCl4层的颜色变化。Br-+Fe3+≠不反应CCl4层颜色不变化，说明二者没有发生氧化还原反应。从而说明：EBr2/Br-EFe3+/Fe2+（3）3DI2水+0.5mL0.1mo1·L-1FeSO4溶液，摇匀+0.5mLCCl4,振荡3DBr2水+0.5mL0.1mo1·L-1FeSO4溶液，摇匀+0.5mLCCl4，振荡，观察CCl4层的颜色变化。I2水的试管中，CCl4层无变化，仍为紫色，说明I2与Fe2+不反应Br2水的试管中，CCl4层变成无色，说明Br2与Fe2+发生氧化还原反应。Br2+Fe2+=Br-+Fe3+由以上两实验说明：EBr2/Br-EI2/I-二、浓度对电极电势的影响（1）在两只小烧杯中，分别注入ZnSO4(1mo1·L-1)和CuSO4(1mo1·L-1），在硫酸锌溶液中插入锌片，硫酸铜溶液中插入铜片组成两个电极，中间以盐桥相通。用导线将锌片和铜片分别与伏特计(或酸度计)的负极和正极相接。测量两极之间的电压。如图：原电池负极：Zn=Zn2++2e正极：Cu2+-2e=Cu根据奈斯特方程：E=Eф-则有E=Eф-实验（1），在盛有CuSO4溶液的烧杯中+浓NH3·H2O至出现深蓝色，观察电压变化。Cu2++OH-＝Cu(OH)2↓蓝色生成深蓝的配离子。很稳定。][][lg0592.0氧化型还原型n][][lg20592.022CuZn从而使烧杯中Cu2+浓度降低。[Cu2+]减小，由方程可知，电压应变小，观察到伏特计表针向左偏转。实验（2），在盛有ZnSO4溶液的烧杯中+浓NH3·H2O,至白色沉淀全部溶解，观察电压变化。Zn2++OH-＝Zn(OH)2↓白色无色由于生成的很稳定，烧杯中Zn2+浓度降低，[Zn2+]减小，据方程可知，E增大，伏特计指针向右偏转。（2）设计浓差电池1mo1·L-1CuSO4作正极+回形针→阳极0.01mo1·l-1CuSO4作负极+回形针→阴极+酚酞阳极：4OH--2e=2H2O+O2阴极：2H2O+2e=H2+2OH-由电极反应知，阴极产生OH-，从而阴极附近变成红色。三、浓度和酸度对电极电势影响1、酸度的影响在三支盛0.5mL0.1mo1·L-1H2SO40.5mL0.1mo1·L-1Na2SO3试管中分别+0.5mL蒸馏水0.5mL6mo1·L-1NaOH混匀后，分别滴加2D0.01mo1·L-1KMnO4,观察颜色变化。a、酸性试管中得反应为：5SO3-+2MnO4-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O颜色由紫红色→肉色（无色）MnO4-→Mn2+b、中性试管中的反应为：3SO3-+2MnO4-+H2O=2MnO2+3SO42-+2OH-MnO4-→MnO2紫红色→棕色沉淀C、碱性试管中的反应为：5SO3-+2MnO4-+2OH-=2MnO42-+SO42-+H2O2MnO4-→MnO42-紫红色→绿色（2）0.5mL0.1mo1·L-1KI+2D0.1mo1·L-1KIO3+5D淀粉a、加3D1mo1·L-1H2SO4：5I-+IO3-+6H+=3I2+3H2OI-被氧化成→I2IO3-被还原成I-，I2使淀粉变蓝色，故溶液变成蓝色。b、加3D6mo1·L-1NaOH：3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2OI2氧化成→IO3-I2被氧化成→I-I2发生反应，故试管中溶液又变成无色。由以上反应可知，酸度对氧化还原反应有影响。2、浓度的影响（1）0.5mL0.1mo1·L-1Fe2(SO4)3+0.5mL水+0.5mLCCl4+0.5mL0.1mo1·L-1KI,振荡。Fe3++I-＝Fe2++I2CCl4层变成紫红色（2）0.5mL0.1mo1·L-1Fe2(SO4)3+0.5mL1mo1·L-1FeSO4+0.5mLCCl4+0.5mL0.1mo1·L-1KI,振荡。Fe3++I-=Fe2++I2由于加入Fe2+，使氧化还原平衡向左移动，生成的I2减少，CCl4层变成浅红色。（1）、（2）相比，CCl4层的颜色由深→浅。(3)0.5mL0.1mo1·L-1Fe2(SO4)3+0.5mL水+0.5mLCCl4+0.5mL0.1mo1·L-1KI+1/2药匙NH4F,振荡。由于Fe3++F-＝[FeF6]3-,生成的[FeF6]3-配离子十分稳定。溶液中Fe3+浓度降低，使氧化还原平衡向左移动。I2减少，CCl4层颜色变浅甚至变成无色。结论：反应物、生成物的浓度影响氧化还原平衡的移动。四、酸度对氧化还原反应速率的影响A、0.5mL0.1mo1·l-1KBr+0.5ml1mo1·l-1H2SO4+2D0.01mo1·l-1KMnO4B、0.5ml0.1mo1·l-1KBr+0.5ml6mo1·l-1HAc+2D0.01mo1·l-1KMnO410Br-+2MnO4-+16H+=5Br2+2Mn2++8H2OH2SO4是强酸，完全电离，溶液中H+浓度大，反应速度快，MnO4-→2Mn2+速度快，因此紫红色褪去快。HAc是弱酸，不完全电离，溶液中H+浓度小，反应速度慢，因此加HAc的溶液比起加H2SO4的溶液颜色褪去慢。五、氧化数居中物质的氧化还原性（1）0.5mL0.1mo1·L-1KI+3D1mo1·L-1H2SO4+2D3%H2O2，观察颜色变化。H2O2+2I-+2H+=I2+2H2OO的价态由-1价→-2价，I-→I2，由无色→黄色。其中，H2O2作氧化剂。（2）2D0.01mo1·L-1KMnO4+3D1mo1·L-1H2SO4+2D3%H2O2。2MnO4-+6H++4H2O2=2Mn2++8H2O+4O2↑MnO4-→Mn2+溶液由紫色→无色，O的价态由-1价→0价。H2O2做还原剂，H2O2既有氧化性，又有还原性。由电极电势解释：EH2O2/H2O=1.776VEO2/H2O2=0.695V