氧化还原反应实验

实验目的 

1. 加深理解电极电势与氧化还原反应的关系。 

2. 加深理解温度、反应物浓度对氧化还原反应的影响。 

3. 了解介质的酸碱性对氧化还原反应产物的影响。 

4. 掌握物质浓度对电极电势的影响。 

5. 学会用pHS-25型酸度计的“mV”部分，粗略测量原电池电动势的方法。 

实验原理    

  本实验采用pHS-25型pH计的mV部分测量原电池的电动势。原电池电动势的测量常用电位差计，而不能用一般的伏特计。因为伏特计与原电池接通后，有电流通过伏特计引起原电池发生氧化还原反应。另外，由于原电池本身有内阻，放电时产生内压降，伏特计所测得的端电压，仅是外电路的电压，而不是原电池的电动势。当用pH计与原电池接通后，由于pH计的mV部分具有高阻抗，使测量回路中通过的电流很小，原电池的内压降近似为零，所测得的外电路的电压降可近似地作为原电池的电动势。因此，可用pH计的mV部分粗略地测量原电池的电动势。 

仪器、药品及材料 

仪器：pHS-25型酸度计 

药品： 

酸：H2SO4(3.0mol·L-1)，H2C2O4(0.1mol·L-1)，HA c(1.0mol·L- 1) 

碱：NaOH(2.0mol·L-1)  

盐： KSCN(0.1mol·L-1)，Pb(NO)3(0.1mol·L-1，0.5mol·L-1)，Na2SO3(0.1mol·L-1)，KMnO4(0.1mol·L-1)，FeSO4(0.1mol·L-1)，CuSO4(1mol·L-1，0.1mol·L-1)，KBr(0.1mol·L-1) KI(0.1mol·L-1)，NaNO2(0.1mol·L-1)，KIO3(0.1mol·L-1)，SnCl2 (0.1mol·L-1)，Na2S(0.1mol·L-1)，ZnSO4(1mol·L-1，0.1mol·L-1)，FeCl3(0.1mol·L-1)  

其它： CCl4，I2水，Br2水，Na2SiO3(d=1.06)，H2O2(3%)，淀粉溶液，蓝石蕊试纸，盐桥，Cu电极，Zn电极，温度计 

实验内容 

1. 电极电势与氧化还原反应的关系 

（1）在试管中加入0.1mol·L-1 KI溶液0.5mL和0.1mol·L-1 FeCl3溶液2~3滴，观察现象。再加入0.5mL CCl4，充分振荡后观察CCl4层的颜色。写出离子反应方程式。 

（2）用0.1mol·L-1 KBr溶液代替0.1mol·L-1 KI溶液，进行同样的实验，观察现象。 

  根据(1) 、(2)实验结果，定性比较Br2/Br- 、I2/I- 、Fe3+/Fe2+三个电对电极电势的大小，并指出哪个电对的氧化型物质是强的氧化剂，哪个电对的还原型物质是强的还原剂。 

（3）在两支试管中分别加入I2水和Br2水各0.5mL，再加入0.1mol·L-1 FeSO4溶液少许及0.5mL CCl4，摇匀后观察现象。写出有关反应的离子方程式。 

  根据(1)、(2)、(3)实验结果，说明电极电势与氧化还原反应方向的关系。 

（4）在试管中加入0.1mol·L-1 FeCl3溶液4滴和0.01mol·L-1 KMnO4溶液2滴，摇匀后往试管中逐滴加入0.1mol·L-1 SnCl2溶液，并不断摇动试管。待KMnO4溶液褪色后，加入0.1mol·L-1 KSCN溶液1 滴，观察现象，继续滴加0.1mol·L-1 SnCl2溶液，观察溶液颜色的变化。解释实验现象，并写出离子反应方程式。 

 2．浓度、温度、酸度对电极电势及氧化还原反应的影响 

（1）浓度对电极电势的影响  

在两只50mL烧杯中，分别加入30mL 1.0mol·L-1  ZnSO4溶液和1.0mol·L-1  CuSO4溶液。在CuSO4溶液中插入Cu电极，在ZnSO4溶液中插入Zn电极，并分别与pH计的“+”、“-” 接线柱相接，溶液以盐桥相连。测量两极之间的电动势。                                                                    

用0.1mol·L-1  ZnSO4代替1.0mol·L-1  ZnSO4 ，观察电动势有何变化，解释实验现象，说明浓度的改变对电极电势的影响。                                  图6-1 Cu-Zn原电池 

（2）温度对氧化还原反应的影响 

 A、B两支试管中都加入0.01mol·L-1  KMnO4溶液3滴和3.0mol·L-1 H2SO4溶液5滴，C、D两支试管都加入0.1mol·L-1 H2C2O4溶液5滴。将A、C试管放在水浴中加热几分钟后混合，同时，将B、D试管中的溶液混合。比较两组混合溶液颜色的变化，并做出解释。 

（3）浓度、酸度对氧化还原反应的影响 

在两支试管中，分别盛有0.5mol·L-1和0.1mol·L-1的Pb(NO)3溶液各3滴，都加入1.0mol·L-1  HAc溶液30滴，混匀后，再逐滴加入约26~28滴Na2SiO3(d=1.06)溶液，摇匀，用蓝色石蕊试纸检查，溶液仍呈酸性，在90℃水浴中加热(切记：温度不可超过90)℃，此时，两试管中均出现胶冻。从水浴中取出两支试管，冷却后，同时往两支试管中插入表面积相同的锌片，观察两支试管中“铅树”生长的速度，并作出解释。 

3. 介质酸、碱度对KMnO4还原产物的影响 

（1）在试管中加入0.1mol·L-1 KI溶液10滴和0.1mol·L-1 KIO3溶液2~3滴，观察有无变化。再加入几滴3.0mol·L-1 H2SO4溶液，观察现象。再逐滴加入2.0mol·L-1 NaOH溶液，观察反应的现象，并作出解释。 

（2）取三支试管，各加入0.01mol·L-1 KMnO4溶液2滴；*支试管加入5滴3.0mol·L-1 H2SO4溶液，第二支试管中加入5滴H2O，第三支试管中加入5滴6mol·L-1 NaOH溶液，然后往三支试管中各加入0.1mol·L-1的Na2SO3溶液5滴。观察实验现象，并写出离子反应方程式。 

4. H2O2的氧化还原性 

（1）在离心试管中加入0.1mol·L-1  Pb(NO3)2溶液1mL，滴加0.1mol·L-1  Na2S溶液1~2滴，观察PbS沉淀的颜色。离心分离，弃去清液，用水洗涤沉淀1~2次，在沉淀中加入3% H2O2，并不断搅拌，观察沉淀颜色的变化。说明H2O2在此反应中起什么作用？写出离子反应方程式。 

（2）用0.01mol·L-1 KMnO4、3mol·L-1 H2SO4、3% H2O2，设计一个实验，证明在酸性介质中KMnO4能氧化H2O2的事实。 

5. 设计实验 

用0.01mol·L-1 KMnO4、0.1mol·L-1 NaNO2、3.0mol·L-1 H2SO4、0.1mol·L-1 KI及淀粉溶液设计实验，验证NaNO2既有氧化性又有还原性。 

思考题 

1. 为什么H2O2既有氧化性又有还原性？在何种情况下作氧化剂？在何种情况下作还原剂？ 

2. 介质的酸碱性对哪些氧化还原反应有影响？ 

3. 如何用实验证明KClO3、K2Cr2O7等溶液在酸性介质中才有氧化性。