化学家园

氧化还原与电极电位的测定（部分微型实验）

                                      

    1.概述　

（1）电极电位的测定

某电极的电极电位是与标准氢电极构成原电池时所测出的电动势。由于作参比电极的标准氢电极使用不方便，因此经常改用电位较稳定的甘汞电极Pt，Hg（l），Hg₂Cl₂（s）|KCl（aq）作为参比电极。当甘汞电极中的

欲测锌电极的电极电位，则构成下列电池：

Zn|ZnSO₄（c）||KCl（饱和）|Hg₂Cl₂，Hg，Pt

 

若锌电极为标准锌电极，且在标准态下进行测定，则测定的电位为其标准电

 

在电极电位测定中，概括起来共有4类电极：

1）金属电极（如锌电极），它们的电极反应为：

Meⁿ⁺+neMe

[Ox]　　　 [Red]

氧化型[Ox]和还原型[Red]称为电对，电极电位是指某一电对而言。

2）气体电极（如氢气电极），它的电极反应为：

2H⁺+2eH₂

这类电极在测定时需要一种惰性电极（如铂电极、石墨电极等）组成闭合电路。

3）简单的氧化还原体系　　　　　 Ox+neRed

如　　　　　 Fe³⁺+eFe²⁺

这类电极的氧化型和还原型都存在于溶液中，需要用惰性电极连于电路。在

 

4）与酸、碱结合的氧化还原体系

 

这类电极在测定标准电极电位时需保持各离子浓度为1mol·L^-1，也同样需借助于惰性电极。

（2）氧化还原反应速率

氧化还原反应与酸碱反应不同，有些反应速率较慢，如：

5H₂C₂O₄+2MnO^-₄+6H⁺2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O

从氧化剂和还原剂的标准电极电位可知，若把上述反应组成原电池，电动势较大，说明反应能够进行，但反应速率较慢。发现反应时加入少量Mn²⁺离子反应速率加快，Mn²⁺离子对此反应有催化作用。也有不外加Mn²⁺离子，利用反应产生的Mn²⁺离子催化反应。随着反应自身产生Mn²⁺离子，反应变快，如果加入F^-离子，它与Mn²⁺离子形成难解离的配离子，发现反应仍进行较慢。

除了利用催化剂加快反应速率外，还可利用诱导反应加快反应速率，如：

MnO^-₄+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O　　　　　 （1）

2MnO^-₄+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂+8H₂O　　　　　 （2）

在常温，稀溶液中反应（2）速率很慢，实际上看不出什么变化，但有反应（1）存在时，诱导反应（2）使它的反应速率加快。　

2.实验目的　

（1）了解电极电位的测定方法和浓度、酸度对其影响；

（2）实验影响氧化还原反应的因素。　

3.实验内容　

（1）Zn²⁺/Zn电极电位的测定

1）Zn²⁺/Zn电极的组成

将锌极板插入盛有准确配制的0.01mol·L^-1ZnSO₄溶液的半电池管中，如图3-3所示。注意使ZnSO₄溶液的液面超过弯管顶部，弯管内不得有气泡（为什么？），橡皮管塞和支管处都不得漏气（为什么？）。

 ?

2）原电池的组成

按图3-3所示，将Zn²⁺/Zn电极和甘汞电极插入饱和KCl溶液中，然后将甘汞电极和Zn²⁺/Zn电极分别与酸度计上标“+”号的接线柱和标“-”号的接触器相连：

　

（一）Zn|ZnSO₄（0.01mol·L^-1）‖KCl（饱和）|Hg₂Cl₂，Hg，Pt（+）

3）测量电动势

4）计算

由测得的电动势先求出锌电极在0.01mol·L^-1ZnSO₄溶液中的电极电位，

 

（2）浓度对电极电位的影响

1）如图3-4所示，在两个小烧杯中，分别倒入25mL0.1mol·L^-1CuSO₄和25mL0.1mol·　　L^-1ZnSO₄溶液。将铜极和锌极分别插入CuSO₄和ZnSO₄溶液中，放入盐桥组成原电池。用导线将铜极和锌极分别与电位计的“+”和“-”极相连，测原电池电动势。

2）取出盐桥，在CuSO₄溶液中缓慢倒入6mol·L^-1NH₃·H₂O，不断搅拌，直到生成的沉淀又溶解为止。然后放入盐桥，测此时的电动势（倒入氨水前，暂时取走盐桥是为了避免开始生成的Cu₂（OH）₂SO₄沉淀堵塞盐桥）；

3）再取出盐桥，同样在ZnSO₄溶液中缓慢倒入与上述2）中同体积的6mol·L^-1NH₃·H₂O，不断搅拌至生成的沉淀又溶解为止。然后放入盐桥，测电动势。

比较这3次电动势的测定结果，说明浓度对电极电位的影响。

（3）酸度对电极电位的影响

将上面两个烧杯洗净，分别放入25mL0.2mol·L^-1FeSO₄和0.2mol·L^-1K₂Cr₂O₇溶液。在FeSO₄溶液中插入铁片，K₂Cr₂O₇溶液中插入炭棒组成两个电极。将铁片和炭棒分别与电位计的负极和正极相连，用盐桥接通线路，测两极的电位差。在K₂Cr₂O₇溶液中加入1mol·L^-1H₂SO₄溶液，观察电压的变化。再在K₂Cr₂O₇溶液中加入6mol·L^-1NaOH溶液，观察电压变化。

*微型实验

在井穴板两个井穴中分别加入2mL0.2mol·L^-1FeSO₄和0.2mol·L^-1K₂Cr₂O₇溶液。在FeSO₄溶液中插入铁钉，K₂Cr₂O₇溶液中插入炭棒组成两个电极。将电极与电位计相连，用浸有饱和KCl溶液的滤纸条作盐桥接通线路，测量两极的电位差。在K₂Cr₂O₇溶液中加入1mol·L^-1H₂SO₄溶液，观察电压的变化。再在K₂Cr₂O₇溶液中加入6mol·L^-1NaOH溶液，观察电压变化。

（4）影响氧化还原反应的因素

1）往试管中加入5滴0.1mol·L^-1KI溶液和两滴0.1mol·L^-1FeCl₃溶液，混合后，再加入5滴CCl₄。充分振荡，观察CCl₄层的颜色有无变化？再往试管中加入几滴0.1mol·L^-1K₃[Fe（CN）₆]溶液，有何现象发生？写出反应式。

如用0.1mol·L^-1KBr溶液代替0.1mol·L^-1KI溶液进行相同的实验，能否发生反应？

2）用溴水与0.1mol·L^-1FeCl₂溶液作用，有何现象？用碘水代替溴水，有何现象？

3）往离心试管中加入0.5mL0.2mol·L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液和几滴碘水，观察碘水的颜色是否褪去？然后往离心试管中滴加0.1mol·L^-1AgNO₃溶液，注意碘的棕黄色是否裉去。离心沉降，向上层清液中加几滴10％的NH₄SCN溶液，是否有颜色变化，写出反应式。

4）①取5滴0.1mol·L^-1NH₄Fe（SO₄）₂溶液，加入5滴0.1mol·L^-1KI溶液，再加入CCl₄振荡。观察CCl₄液层的颜色；

②取5滴0.1mol·L^-1NH₄Fe（SO₄）₂溶液，加入5滴2mol·L^-1NH₄F溶液，再加入5滴0.1mol·L_-1KI溶液和CCl₄振荡，观察CCl₄液层的颜色，并与实验①进行比较，说明为什么？

5）试管中加入5滴0.1mol·L^-1KI溶液和1滴0.1mol·L^-1K₂Cr₂O₇溶液，混匀后，有什么变化？再加入几滴2mol·L^-1H₂SO₄溶液，观察有什么变化？解释原因。

6）取两支试管，分别放入10滴2mol·L^-1H₂C₂O₄溶液和数滴1mol·L^-1H₂SO₄，然后在一个试管中滴加3滴0.1mol·L^-1MnSO₄溶液，另一个试管中滴加3滴去离子水，再向两个试管中分别加入2滴0.01mol·L^-1KMnO₄溶液，混匀溶液，观察两个试管中红色褪去的快慢。　

4.思考题　

（1）举例说明电极电位的应用。

（2）根据实验结果，比较Br₂/2Br^-，I₂/2I^-，Fe³⁺/Fe²⁺3个电对的电极电位，并指出最强的氧化剂和最强的还原剂？

（3）提高高锰酸钾溶液的酸度，其氧化能力增加还是降低？

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2008年03月6日 星期四 12:35】【注册】【打印】