氧化还原与电化学实验.doc

实验4 氧化还原与电化学实验 一、实验目的 1．了解电极电位与氧化还原反应的关系。 2．了解介质对氧化还原反应的关系。 3．了解原电池、电解池和电镀装置。 4．了解金属电化学腐蚀的原理。 二、实验原理 氧化还原反应的吉布斯自由能变化可用来判断该反应进行的方向，即时反应能自发地朝正方向进行；时反应不能自发地朝正方向进行；时反应处于平衡状态。与原电池电动势之间存有关系：，因此通常用和直接用标准电动势来判断氧化还原反应的方向，即时反应能自发地朝正方向进行；时反应能不能自发地朝正方向进行；时反应处于平衡状态。浓度、介质酸碱性等对（或）的影响可用能斯特方程进行计算。 利用自发的氧化还原反应将化学能转变为电能而产生电流的装置，叫做原电池。例如，把两种不同的金属分别放在它们的盐溶液中，通过盐桥连接，就组成了简单的原电池。一般来说，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属为正极。放电时，负极金属通过导线不断把电子传给正极，成为正离子而进入溶液中；正极附近溶液中的正离子在正极上得到电子，通常以单质析出。即原电池的负极上进行失电子的氧化过程，而正极上进行得电子的还原过程。 利用电能（直流电源）使非自发的氧化还原反应顺利进行的过程叫电解。在电解池中，与电源负极相连的阴极进行还原反应，与电源正极相连的阳极进行氧化反应。电解时的两级产物主要决定于离子的性质和浓度以及电极材料等因素。 利用直流电源把一种金属覆盖到另一种金属表的过程叫做电镀。通常把待电镀零件作为阴极，镀层金属作为阳极，置于适当的电解液中进行电镀。阴极与直流电源负极相连，阳极与直流电源正极相连，在阴极上进行还原发那应，可得到所需金属镀层，在阳极进行氧化反应。电镀时应在适当电压下控制电流密度。 电化学腐蚀是由于金属及其合金在电解质溶液中发生与原电池相似的电化学过程而引起的一种腐蚀。在腐蚀电池中还原电极电势比较负的金属（阳极）被氧化，即被腐蚀；还原电极电势比较正的金属（阴极）仅起传递电子的作用，在其上进行氧化剂的还原反应，本身不被腐蚀。 三、仪器与试剂 仪器：直流电源、盐桥、微伏表、蒸发皿、U行管，小条锌片、导线、砂纸、铁钉、铜片、铜丝、铜棒、碳棒。 试剂：HAc(6mol·L-1)、HCl(1mol·L-1，浓)、H2SO4(2 mol·L-1，6mol·L-1)，NaOH(6mol·L-1)、NH3·H2O(浓)、CuSO4(0.1mol·L-1)、FeCl3(0.1mol·L-1)、FeSO4(0.1 mol·L-1)、KBr(0.1mol·L-1)、KClO3(0.1mol·L-1)、K3[Fe(CN)6](0.1mol·L-1)、K4[Fe(CN)6](0.1 mol·L-1)、KI(0.1mol·L-1)、KMnO4(0.01mol·L-1)、Na2SO3(0.1mol·L-1)、Na2SO4(0.1mol·L-1)、ZnSO4(0.1mol·L-1)、溴水(饱和)、酚酞溶液、琼胶、碘水(饱和)、CCl4。 四、实验内容 1．电极电位与氧化还原的关系 在试管中加入0.5mL 0.1mol·L-1KI溶液和2滴0.1mol·L-1FeCl3溶液，混匀后加入0.5mLCCl4，充分振荡，观察CCl4层的颜色有何变化。然后，加入5mLH2O及2滴0.1mol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液，观察水溶液中颜色有何变化，写出有关反应方程式。 用0.1mol·L-1KBr溶液代替KI溶液，进行同样实验，反应能否发生？为什么？ 在2支试管中分别入数滴饱和溴水和饱和碘水，然后各加入0.5mL 0.1mol·L-1 FeSO4溶液，振荡试管。观察现象，写出有关反应方程式。 根据以上实验结果，定性地比较Br2/Br－、I2/I－、Fe3＋/ Fe2＋三个电对的电极电位大小，并指出何物质是最强的还原剂。 2．介质对氧化还原反应的影响 （1）酸度对含氧酸盐氧化性的影响 在试管中加入0.5mL 0.1mol·L-1 FeSO4溶液和5滴0.1mol·L-1KClO3溶液，混匀后有无变化？再滴加2mol·L-1H2SO4有何变化？如何检验溶液中有Fe3＋离子存在？写出有关反应方程式并解释之。 （2）介质的酸碱性对氧化还原反应产物的影响 在3支试管中各加入1～2的0.01 mol·L-1 KMnO4溶液，然后分别加入数滴水、6mol·L-1H2SO4和6mol·L-1NaOH溶液，再各注入数滴0.1mol·L-1Na2SO3溶液，观察试管中现象，并写出有关反应的方程式。 3．原电池 （1）测定铜锌原电池的电动势 取2只50mL的小烧杯，往一只烧杯中加入30mL0.1mol·L-1ZnSO4溶液，插入连有导线的锌片，在另一只烧杯中加入30mL0.1mol·L-1CuSO4溶液，插入连有导线的铜片，在组成的两个电极中间以