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G可用来判断该反应进行的方向，即G0时反应能自发地朝正方向进行；G0时反应不能自发地朝正方向进行；G0时反应处于平衡状态。G与原电池电动势E之间存有关系：GnEF，因此通常用E和直

接用标准电动势E(即时反应能自发地朝)来判断氧化还原反应的方向，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E（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。

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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、

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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盐桥相通。用导线将锌片和铜片分别与伏特计的负极和正极相接（如图3.33所示），测定两极之间的电压，并写出两极反应。

（2）浓度对电极电位的影响

在ZnSO4溶液和CuSO4溶液中分别加入浓NH3·H2O至生成的沉淀溶解为止，观察电动势有何变化，并用能斯特方程解释之。

4．电解

在蒸发皿中注入20mL水，再加入数滴1mol·L-1Na2SO4溶液和2滴酚酞溶液。拆掉图3.33中的伏特计，然后将连接片和铜片的两根铜丝插入蒸发皿中（见图3.34）。注意不要使两极铜丝相碰。哪一根铜丝是阴极？观察阴极附近溶液的颜色有何变化，并解释之。

5．电镀

在U形管中注入适量的0.1mol·L-1CuSO4溶液，将该管夹在铁架上。在U形管的一支管中插入一碳棒做阴极，另一队管中插入一根粗铜棒做阳极，将电极和直流电源连接起来（见图3.35）。通电后观察两个电极的现象，写出有关的电极反应式，并解释之。

6．金属电化学腐蚀

取两根小铁钉用铜丝吊住，注入浓HCl以溶去表面铁锈，然后用水冲洗并擦干。取下铜丝，将一小条锌片和一小段铜丝分别紧紧地绕在两根小铁钉的中部，并将他们放在同一蒸发皿中，切

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勿使Fe-Zn和Fe-Cu全部盖没，冷却后形成冻胶放置约1h，观察现象，并解释之。

五、思考题

1．如何通过实验比较下列物质的氧化性或还原性的强弱？ （1）Br2、I2和Fe3＋离子。

（2）Br－离子、I－离子和Fe2＋离子。

2．电极电位差值愈大，氧化还原反应是否就进行得越快？

3．原电池的正极同电解（或电镀）池的阳极，以及原电池的负极同电解（或电镀）池的阴极，其电极反应的本质是否相同？

4．怎样判断电解时两极的产物？

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实验4报告 氧化还原与电化学实验

班级 学号 姓名 实验日期

一、实验目的

二、实验内容

1．电极电位与氧化还原的关系

实验内容 实验现象 0.5mL0.1mol·L-1KI中加2滴0.1mol·L-1FeCl3和0.5mLCCl4，再加5mL H2O和2滴0.1mol·L-1 K3[Fe(CN)6]。 0.5mL0.1mol·L-1KBr中加2滴0.1mol·L-1FeCl3和0.5mLCCl4再加5mL H2O和2滴0.1mol·L-1 K3[Fe(CN)6]。 数滴饱和溴水加0.5mL0.1mol·L-1FeSO4； 数滴饱和碘水加0.5mL0.1mol·L-1FeSO4； 结论：

2．介质对氧化还原反应的影响

实验内容 实验现象 (1) 酸度对含氧酸盐氧化性的影响 0.5mL0.1mol·L-1FeSO4中加5滴0.1mol·L-1KClO3 ，再滴加2mol·L-1H2SO4。 (2) 介质的酸碱性对氧化还原反应产物的影响 1～2滴0.01mol·L-1KMnO4中加数滴水和数滴0.1mol·L-1Na2SO3； 1～2滴0.01mol·L-1KMnO4中加数滴6 mol·L-1H2SO4和数滴0.1 mol·L-1Na2SO3； 1～2滴0.01mol·L-1KMnO4中加数滴6 mol·L-1NaOH和数滴0.1 mol·L-1Na2SO3；

结论、解释 结论、解释 5

3．原电池

（1）测定铜锌原电池的电动势 Zn-Cu原电池电动势： V。 电极反应

正极： 。 负极： 。 电池符号： 。 （2）浓度对电极电位的影响

a．往ZnSO4溶液中加入浓NH3∙H2O至生成的沉淀溶解为止。 电动势变化（增大或减小）： 。

b．往CuSO4溶液中加入浓NH3∙H2O至生成的沉淀溶解为止。 电动势变化（增大或减小）： 。 结论： 4．电解 现象：

解释： 5．电镀 现象：

解释：

6．金属电化学腐蚀 现象：

解释：

三、问题与讨论

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