海南大学学生实验报告(氧化还原反应)

海南大学学生实验报告(氧化还原反应)

海南大学学生实验报告

实验课程：无机化学实验B 学院：材料与化工学院 班级：材料科学与工程理科实验班 姓名：袁丹 学号：20160419310026 日期：2016.12.05 实验名称：氧化还原平衡与电化学

一、 实验目的 1、 理解电极电势与氧化还原反应的关系。 2、 掌握介质酸碱性、浓度对电极电势及氧化还原反应的影响。 3、 了解还原性和氧化性的相对性。 4、 了解原电池的组成及工作原理，学习原电池电动势的测量方法。 二、 实验原理 氧化还原反应的实质是反应物之间发生了电子转移或偏移。氧化剂在反应中得到电子被还原，元素的氧化值减小；还原剂在反应中失去电子被氧化，元素的与氧化值增大。物质氧化还原能力的大小可以根据对应的电极电势的大小来判断。电极电势越大，电对中氧化型的氧化能力越强；电极电势越小，电对中还原型的还原能力越强。 根据电极电势的大小可以判断氧化还原反应的方向。当氧化剂电对的电极电势大于还原剂电对的电极电势时，即 EMF=E(氧化剂)−E(还原剂)＞0时，反应自发向正向进行。 由电极的能斯特方程式可以看出浓度对氧化还原反应的电极电势

的影响，298.15K时𝐸=𝐸+𝜃0.0592𝑧𝑙𝑔𝑐(氧化型)𝑐(还原型) 溶液的pH也会影响某些电对的电极电势或氧化还原反应的方向。介质的酸碱性也会影响某些氧化还原反应的产物，如MnO4—在酸性、中性、碱性介质中的还原产物分别为Mn2+、MnO2和MnO4—。 一种元素（如O）由多种氧化态时，氧化态居中的物质（如H2O2）一般既可作为还原剂，又可作为氧化剂。 三、 仪器与试剂 仪器：试管、烧杯。 试剂：CuSO4（0.1mol·L-1），KI（0.1mol·L-1），CCl4，KMnO4（0.01mol·L-1），H2SO4（2mol·L-1），NaOH（6mol/L），Na2SO3（0.2mol/L），KIO3（0.1mol/L），NaOH(2mol/L)，FeCl3（0.1mol/L），KBr(o.1mol/L),SnCl2（0.2mol/L），KSCN（0.1mol/L），H2O2（3%），ZnSO4（1mol/L），CuSO4（1mol/L）。 四、 实验步骤 1、浓度对氧化还原反应的影响 取1支试管，加入10滴0.1mol/L CuSO4溶液，10滴0.1mol/L KI溶液，观察现象。再加入10滴CCl4，充分振摇，观察CCl4层颜色，记录现象并写出反应方程式。 ① 反应试剂图片

0.1mol/L CuSO4溶液（浅蓝色） 0.1mol/L KI溶液（无色） CCl4（无色） ② 0.1mol/L CuSO4溶液与 - 0.1mol/L KI溶液混合 现象：反应生成棕黄色沉淀 反应方程式： 2CuSO4 + 4KI=2CuI↓ + I2 + 2K2SO4 +现象解释：𝐼−的还原性大于𝐶𝑢的还原性，因此发生氧化还原反应生成𝐶𝑢𝐼和𝐼2，𝐶𝑢𝐼为白色沉淀，吸附𝐼2呈现棕黄色。 ③ 再加入10滴CCl4，充分振摇，现象：溶液分层，上层为橙黄色，下层为紫红色且有白色沉淀。如图所示 解释：碘单质在四氯化碳中呈

紫色 2、介质酸碱性对氧化还原反应的影响 （1）对产物的影响 取3支试管，分别加入2滴0.01mol/L KMnO4溶液。在第一支中加入3滴2mol/L H2SO4溶液，第二支中加入6滴蒸馏水，第三支中加入6滴6mol/L NaOH溶液，然后分别向三支试管中逐滴滴加0.2mol/L Na2SO3溶液，振摇并观察三支试管中的现象。 ①反应试剂： 0.01mol/L KMnO4溶液（紫红色 ） 2mol/L H2SO4溶液（无色） 蒸馏水（无色） 6mol/L NaOH溶液（无色） 0.2mol/L Na2SO3溶液 反应现象，原理及方程式 ②2mol/L H2SO4溶液与0.01mol/L KMnO4溶液混合，后加入0.2mol/L Na2SO3溶液 现象：紫红色褪去，溶液变为无色。 反应方程式：2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4=K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O 2−2−2+ 解释：高锰酸钾的氧化性大于𝑆𝑂4，且𝑆𝑂3的还原性大于𝑀𝑛，在酸性条件下发生氧化还原反应，使高锰酸钾变成硫酸锰，颜色褪去。 ③ 0.01mol/L KMnO4溶液与蒸馏水混合，再加入Na2SO3溶液。

现象：溶液由紫红色变为黄色，且有黑色沉淀生成。 反应方程式：2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O=3Na2SO4 + 2KOH + 2MnO2↓ 解释：在中性条件下，其反应生成MnO2，为黑色沉淀 ④ 0.01mol/L KMnO4溶液与6mol/L NaOH溶液混合，再加入Na2SO3溶液 现象：溶液由紫红色变为墨绿色。 反应方程式：2KMnO4 + Na2SO3 + 2NaOH=Na2SO4 + K2MnO4 + Na2MnO4 + H2O 解释：在碱性条件下，高锰酸钾和硫酸钠反应，高锰酸钾为氧化剂，硫酸钠为还原剂。生成锰酸钾溶液呈墨绿 综上所述：溶液的酸碱度对生成的产物有巨大影响。 （2）对反应方向的影响 取1支试管，加入10滴0.1mol/L KI溶液和2～3滴0.1mol/L KIO3溶液，混匀后观察现象。再加入几滴2mol/L H2SO4溶液，观察现象。在逐滴滴加2mol/L NaOH溶液使溶液呈碱性，观察现象。解释上述现象，并写出反应方程式。 ①反应试剂

0.1mol/L KI溶液（无色） 0.1mol/L KIO3溶液（无色） 2mol/L H2SO4溶液（无色） 2mol/L NaOH溶液（无色） ②0.1mol/L KI溶液和0.1mol/L KIO3溶液，混匀后。 现象：无明显变化，溶液无色 ③加入2mol/L H2SO4溶液 现象：溶液有无色变为棕黄色，且有棕色沉淀生成。 方程式：5KI + KIO3 + 3H2SO4=3H2O + 3I2 + 3K2SO4 −解释：𝐼−和𝐼𝑂3发生在酸性条件下发生归中反应生成𝐼2，碘微溶与水，其水溶液呈棕黄色。 ④加2mol/L NaOH溶液 现象：沉淀溶解，溶液变为淡黄色。 化学方程式：3I2 + 6NaOH=5NaI + NaIO3 + 3H2O 解释：𝐼2在碱性条件下发生歧化反应生−成𝐼−和𝐼𝑂3，因此沉淀溶解。

3、利用电极电势判断氧化还原反应的方向 ⑴取1支试管，加入10滴0.1mol/L KI溶液和2滴 0.1mol/L FeCl3溶液，摇匀后，加入6滴CCl4，充分振摇，观察CCl4层颜色，记录现象并写出化学反应方程式。 ①实验试剂 0.1mol/L KI溶液（无色） 0.1mol/L FeCl3溶液(黄色) CCl4溶液（无色） ②实验数据 现象：溶液分层，下层为紫红色，上层为橙红色。 方程式：2FeCl3 + 2KI=2FeCl2 + 2KCl + I2 22解释：常见离子还原性顺序：𝑠2 ＞𝑆𝑂3＞𝐼−＞𝐹𝑒＞Br-＞Cl-＞F-，2𝐼−的还原性大于𝐹𝑒的还原性，反应可以发生。I2溶于CCl4显紫色。 +−−+ ⑵以0.1mol/L KBr溶液代替0.1mol/L KI溶液进行同样的实验，观察CCl4层颜色，记录现象并写下反应方程式。 ①实验试剂 0.1mol/L KBr溶液（无色） 0.1mol/L FeCl3溶液(黄色) CCl4溶液（无色）

②实验数据 现象：溶液分层，上层为淡黄色，下层为无色 方程式：KBr不与FeCl3反应 解释：还原产物𝐹ⅇ的还原性大于还原剂𝐵𝑟−的还原性，故而不能反应。 ⑶查出相应电对的电极电势的大小并比较，根据以上实验结果说明电极电势与氧化还原反应方向之间的关系。 电极电势越大，电对中氧化剂的养化能力越强；电极电势越小，电对中还原剂的还原能力越强。 4、利用电极电势判断氧化还原反应进行的顺序 取1支试管，加入10滴0.1mol/L FeCl3溶液和4滴0.1mol/L KMnO4溶液，摇匀后再逐滴滴加0.2mol/L SnCl2溶液，并不断振摇，至KMnO4溶液刚一褪色（SnCl2溶液不能过量），加入1滴0.1mol/L KSCN溶液，观察现象。继续滴加0.2mol/L SnCl2溶液，观察溶液颜色变化。查出相应电对的电极电势的大小并比较，解释实验现象，写出反应方程式。 ⑴实验试剂 0.1mol/L FeCl3（黄色） 0.1mol/L KMnO4溶液（紫红色） 0.2mol/L SnCl2溶液（无色） 0.1mol/L KSCN（无色） 2+

⑵实验数据 ①FeCl3溶液和KMnO4溶液摇匀后再加入SnCl2溶液至KMnO4溶液刚一褪色，如图所示。 现象：溶液由紫红色变为黄色 −2化学方程式：4𝑀𝑛𝑂4+5𝑠𝑛+10𝑐𝑙−+22𝐻+= +5𝑆𝑛𝑂+5𝐶𝑙2+4𝑀𝑛+11𝐻2O 解释：电极电势越大，则氧化性越强。高锰酸钾的氧化性大于氯化铁的氧化性，故而还原剂SnCl2与先与高锰酸钾反应剩下氯化铁显黄色 ②再加入KSCN溶液 现象：溶液由黄色变为血红色 方程式：Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3 解释：Fe3+和SCN-结合形成血红色络合物 2+2+③再逐滴加入SnCL2 现象：血红色褪去，溶液变为无色 方程式：SnCL2+2FeCL3=SnCL4+2FeCL2 解释：氯化铁具有较强的氧化性，氯化锡具有较强的还原性，S n2+把Fe3+还原为Fe2+，溶液接近无色。

五、思考题 1、何种介质中KMnO4的氧化性最强？不同介质中它的还原性产物分别是什么？ 答：在酸性条件下KMnO4的氧化性最强。 在酸性条件下还原产物为𝑀𝑛2 在中性条件下还原产物为𝑀𝑛𝑂2 在碱性条件下还原产物为𝐾2𝑀𝑛𝑂4 2、如何判断氧化还原反应的方向？如何判断氧化剂和还原剂的强弱？ 答：根据电极电势判断，电极电势越大，电对中的氧化型的氧化能力越强，还原型的还原能力越弱。电极电势越小，电对中的氧化型的氧化能力越弱，还原型的还原能力越强。 3、将铜片插入盛有CuSO4溶液的烧杯中，银片插入盛有AgNO3溶液的烧杯中，若加氨水到CuSO4溶液中，电池的电动势将如何变化？若加氨水到AgNO3溶液中，电池的电动势又将如何变化？ 2答：①电极电势变小。形成𝐶𝑢(𝑂𝐻)2沉淀，𝐶𝑢浓度减小。 ++ ②电极电势变大。离子浓度增大，导电能力增强 六、思考与讨论 1、实验过程中滴加试剂的量要准确控制，避免因滴加过量或不足引起实验现象不准确。 2、注意废液的处理与回收。 3、由本实验我们可以得出结论，酸碱性、浓度及电极电势都会对氧

化还原反应产生影响，不同的条件会产生不同的的产物。