实训9　氧化还原反应与电极电势

【实训目的】

理解原电池组成和电动势测定方法。掌握浓度、介质酸碱性对电极电势与氧化还原反应的影响。

【实训指导】

氧化还原反应伴随着电子转移，可组成原电池，如铜锌原电池。

在原电池中，化学能转变为电能，产生电流和电动势，可用电位计测量其电动势。

氧化剂和还原剂的相对强弱，氧化还原反应能否自发进行，进行程度如何，均可通过电对电极电势大小来判断。

作为氧化剂所对应电对的电极电势和作为还原剂所对应电对的电极电势，数值之差大于零时，则氧化还原反应自发进行，即φӨ 值大的氧化态物质可氧化φӨ 值小的还原态物质，或φӨ 值小的还原态物质可还原φӨ 值大的氧化态物质。

若两者标准电极电势数值相差不大，则要考虑浓度对氧化还原反应方向的影响。利用25 ℃时，能斯特方程

计算不同浓度的电极电势值判断氧化还原反应方向。

若有H+或OH-参加的氧化还原反应，还要考虑介质酸碱性对电极电势和氧化还原反应的影响。

【实训内容】

1）准备仪器和试剂

（1）仪器。烧杯（50 mL，2 个）、电位计、锌棒、铜棒、盐桥、试管等。

（2）试剂。CuSO4（0.1 mol/L），ZnSO4（0.1 mol/L），浓HNO3（3 mL），HNO3（0.5 mol/L，3 mL），FeSO4（0.2 mol/L），AgNO3（0.1 mol/L），NH4SCN（100 g/L），锌粒，KClO3（0.1 mol/L），H2SO4（3 mol/L），KMnO4（0.1 mol/L），NaOH（6 mol/L），Na2SO4（0.1 mol/L），KI（0.1 mol/L），KBr（0.1 mol/L），FeCl3（0.1 mol/L），CCl4，碘水，溴水，H2O2（30 g/L）。

2）操作步骤

（1）原电池的组成和电动势的测定。取两个50 mL 烧杯，一个加入30 mL 0.1 mol/L Cu-SO4 溶液，另一个加入30 mL 0.1 mol/L ZnSO4溶液，按图9.4装配成原电池。接上电位计（注意正负极），观察电位计指针偏转方向，并记录电位计读数。写出原电池的电池符号、电极反应及原电池反应。

图9.4　铜锌原电池

（2）卤素及其离子的氧化还原性。

①氧化性。取两支试管，各加入少量0.1 mol/L FeSO4 溶液，向其中一支试管加入碘水，向另一支试管加入溴水，观察现象，并解释。

②还原性。取两支试管，向一支试管中加入少量0.1 mol/L KI 溶液，向另一支试管中加入少量0.1 mol/L KBr 溶液，再向两支试管中各加入少量0.1 mol/L FeCl3 溶液，摇匀，观察有何现象。若再向两支试管中各加入少量CCl4，摇匀，观察现象，并解释。

比较I2/I-、Fe3+/Fe2+和Br2/Br-三种电对电极电势大小，指出它们作为氧化剂还原剂的相对强弱。

（3）H2O2 的氧化性和还原性。

①氧化性。在试管中加入2 滴0.1 mol/L KI 溶液和3 滴3 mol/L H2SO4 溶液，然后逐滴加入2～3 滴30 g/L H2O2 溶液，观察溶液颜色变化。再加入15 滴CCl4，振荡，观察CCl4层颜色，并解释。

②还原性。在试管中加入5 滴0.1 mol/L KMnO4 溶液和5 滴3 mol/L H2SO4 溶液，然后逐滴加入30 g/L H2O2 溶液，直至紫红色消失。观察有无气泡放出，并解释。

（4）浓度、介质酸碱性对电极电势和氧化还原反应的影响。

①浓度对电极电势的影响。往两支各盛一粒锌粒的试管中，分别加入3 mL 浓HNO3溶液和0.5 mol/L HNO3 溶液。观察它们的反应产物有无不同，观察气体产物颜色，并解释浓度对电极电势的影响。

②介质对电极电势和氧化还原反应的影响。

介质酸碱性对氯酸钾氧化性的影响：取一支试管，加入少量0.1 mol/L KClO3 溶液，和KI 溶液混匀，观察现象。若加热之，有无变化。若用3 mol/L H2SO4 溶液酸化之，观察其变化，并解释。

介质酸碱性对高锰酸钾氧化性的影响：取三支试管各加入2 滴0.1 mol/L KMnO4 溶液，向三支试管中分别加入相同量的3 mol/L H2SO4 溶液、6 mol/L NaOH 溶液和H2O。再向三支试管中各加入少量等量的0.1 mol/L Na2SO4 溶液。观察有何不同现象，并解释。

【实训注意】

（1）电池电动势本应采用“对消法”，用电位计进行测量，但因酸度计具有较高的输入阻抗（1012Ω），故测定结果接近电动势。

（2）改变电对中某一离子浓度，电极电势会相应变化，硝酸浓度越大，其氧化性越强。颜色观察要迅速，NO 容易被O2 氧化。

（3）注意在碱性条件下，0.1 mol/L Na2SO4 溶液用量要尽量少，同时碱溶液用量不宜过少。

【实训思考】

（1）原电池装置中盐桥起什么作用？

（2）通过实验比较下列物质的氧化性和还原性的强弱。

①Br2、I2 和Fe3+ ②Br2、I2 和Fe2+

（3）在氧化还原反应中，为什么一般不用HNO3、HCl 作反应的酸性介质？