氧化还原反应与电极电势
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实验六 氧化还原反应与电极电势
一、实验目的
1.熟悉电极电势与氧化还原反应的关系。
2.了解浓度、酸度、温度对氧化还原反应的影响。
3.了解原电池的装置和原理。
二、实验原理
氧化还原反应的实质是物质间电子的转移或电子对的偏移。氧化剂、还原剂得失电子能
力的大小，即氧化还原能力的强弱，可根据它们相应电对的电极电势的相对大小来衡量。电
极电势的数值越大，则氧化态的氧化能力越强，其氧化态物质是较强的氧化剂。电极电势的
数值越小，则还原态的还原能力越强，其还原态物质是较强的还原剂。只有较强的氧化剂和
较强的还原剂之间才能够发生反应，生成较弱的氧化剂和较弱的还原剂，故根据电极电势可
以判断反应的方向。
利用氧化还原反应产生电流的装置称原电池。原电池的电动势E
池 = φ
+-φ
-，根据能斯
特方程，当氧化型或还原型物质的浓度、酸度改变时，电极电势的数值会随之发生改变。本
实验利用伏特计测定原电池的电动势来定性比较浓度、酸度等因素对电极电势及氧化还原反
应的影响。
三、仪器和试药
仪器：试管、烧杯、表面皿、培养皿、U形管、伏特计、水浴锅、导线、砂纸、鳄鱼夹。
试药： HCl (2mol·L-1)、HNO
3 (1mol·L-1, 浓)、H
2SO
4 (1, 3mol·L-1)、HAc (3mol·L-1)、H
2C
2O
4
(0.1mol·L-1)、NH
3·H
2O (浓)、NaOH (6 mol·L-1, 40%)、ZnSO
4 (1mol·L-1)、CuSO
4 (1mol·L-1)、 KI
(0.1mol·L-1)、KBr (0.1mol·L-1)、AgNO
3 (0.1, 0.5mol·L-1)、FeCl
3 (0.1mol·L-1)、Fe
2(SO
4)
3
(0.1mol·L-1)、FeSO
4 (0.4,1mol·L-1)、K
2Cr
2O
7 (0.4mol·L-1)、KMnO
4 (0.001mol·L-1)、Na
2SO
3
(0.1mol·L-1)、Na
3AsO
3 (0.1mol·L-1)、
MnSO
4 (0.1mol·L-1)、KSCN (0.1mol·L-1)、溴水 (Br
2)、
碘水 (I
2)、CCl
4、
NH
4F (1mol·L-1、固体)、KCl(饱和溶液)、SnCl
2 (0.5mol·L-1)、CuCl
2
(0.5mol·L-1)、(NH
4)
2C
2O
4 (饱和溶液)、锌粒、小锌片、小铜片、琼脂、电极(锌片、铜片、铁
片、碳棒)、红色石蕊试纸。
四、实验内容
1.电极电势和氧化还原反应
(1)向试管中加入10滴0.1mol·L-1的KI溶液和2滴0.1mol·L-1的FeCl
3溶液后，摇匀，
再加入10滴CCl
4溶液充分振荡，观察CCl
4层颜色的变化，解释原因并写出相应的反应方
程式。
(2)用0.1mol·L-1KBr代替KI溶液进行同样实验，观察CCl
4层颜色的变化。
(3)用溴水(Br
2) 代替FeCl
3溶液与0.1mol·L-1 的KI溶液作用，又有何现象？
根据实验结果比较Br
2/ Br-、I
2/ I-、Fe3+/Fe2+三个电对的电极电势相对大小，指出最强的
氧化剂和还原剂，并说明电极电势和氧化还原反应的关系。
2.浓度对电极电势的影响
(1)在两只50mL烧杯中，分别加入25mL 1mol·L-1 的ZnSO
4溶液和25mL 1mol·L-1 的
CuSO
4溶液，在ZnSO
4溶液中插入仔细打磨过的Zn片，在CuSO
4溶液中插入仔细打磨过的
Cu片，用导线将Cu片、Zn片分别与伏特计的正负极相连，两个烧杯溶液间用KCl盐桥连
接好，测量电池电动势。 (2)取出盐桥，在CuSO
4溶液中滴加过量浓NH
3·H
2O，边加边搅拌，当生成的沉淀完全
溶解而形成深蓝色溶液时，放入盐桥，测定电池电动势。
(3)再取出盐桥，在ZnSO
4溶液中滴加浓NH
3·H
2O，边加边搅拌，至生成的沉淀完全溶
解后，放入盐桥，观察伏特计示数有何变化。
比较3次测定结果，你能得出什么结论？利用能斯特方程解释实验现象。
3.酸度对电极电势的影响
（1）取两只50mL小烧杯，分别加入25mL 1mol·L-1FeSO
4溶液和25mL0.4mol·L-1K
2Cr
2O
7
溶液，在盛有FeSO
4溶液的烧杯中插入铁片，盛有K
2Cr
2O
7溶液的烧杯中插入碳棒，用导线
将铁片、碳棒与伏特计的负极、正极相连，将两烧杯间用另一盐桥连接好，测量电池电动势。
（2）在K
2Cr
2O
7溶液中，逐滴加入1mol·L-1H
2SO
4溶液，观察伏特计示数的变化。再向
K
2Cr
2O
7溶液中，逐滴加入6mol·L-1 NaOH溶液，观察伏特计的示数又怎样变化？
4.浓度、酸度对氧化还原反应产物的影响
(1)在3支试管中，均加入2滴0.001mol·L-1KMnO
4溶液，再分别加入1mol·L-1H
2SO
4、、
蒸馏水、6mol·L-1NaOH溶液各0.5mL，摇匀后往3支试管中各加几滴 0.1mol·L-1Na
2SO
3溶
液，观察反应产物有何不同？解释原因。
(2)在两支试管中分别加入2mL浓HNO
3和1mol·L-1HNO
3，再各加入一小颗锌粒，观察
发生的现象。写出有关反应式。
浓HNO
3被还原的主要产物可通过对生成气体颜色的观察进行判断，稀HNO
3被还原的
主要产物可通过检验溶液中是否有NH
4+ 生成来进行判断。溶液中NH
4+检验方法常用气室
法或奈斯勒试剂法(奈斯勒试剂是K
2[HgI
4]的KOH溶液，遇NH
4+生成棕红色沉淀)。气室法
检验NH
4+离子方法：取大小两个表面皿，在较大表面皿中加入5-10滴待测试液，再滴入3-5
滴40%的NaOH溶液，在较小的表面皿贴一小块湿润的红色石蕊试纸(或广泛pH试纸)，将
两个表面皿盖好做成气室，将该气室放在水浴上微热，若试纸变蓝色，则示NH
4+存在。
5.浓度、酸度对氧化还原反应方向的影响
(1)浓度的影响
①取一支试管，加入蒸馏水、CCl
4溶液和0.1mol·L-1Fe
2(SO
4)
3溶液各10滴，摇匀,再加
入10滴0.1mol·L-1 的KI溶液，振荡后观察CCl
4层的颜色。
②在另一支试管中加入CCl
4、0.1mol·L-1FeSO
4和0.1mol·L-1Fe
2(SO
4)
3溶液各10滴，摇
匀后，再加入10滴 0.1mol·L-1的KI溶液,振荡后观察CCl
4层的颜色。并与上一实验进行比
较。
③在以上2只试管中各加入一小勺NH
4F(固体)，用力振荡一会儿，观察CCl
4层的颜色
变化。
解释以上实验现象，说明浓度对氧化还原反应方向的影响。
(2)酸度的影响
Na
3AsO
3 溶液与I
2水之间反应如下：
OHIAsOH2I2AsO
22-3
3-3
4
取一支试管，加入5滴0.1mol·L-1Na
3AsO
3 溶液，再加入5滴I
2水，观察溶液颜色。然
后将溶液用2mol·L-1HCl酸化，溶液颜色有何变化？再向溶液中滴入40%NaOH溶液，又有
何变化？解释原因，说明酸度对氧化还原反应方向的影响。
6.酸度、温度和催化剂对氧化还原反应速度的影响
(1)酸度的影响
在两支试管中，各加入5滴饱和(NH
4)
2C
2O
4溶液，再分别加入3mol·L-1H
2SO
4和3mol·L-1
HAc溶液各5滴 ，然后往两支试管中各加入2滴0.001mol·L-1KMnO
4 溶液，观察比较两支试管中紫红色褪去的快慢。解释原因，并写出有关反应方程式。
(2)温度的影响
在两支试管中，各加入10滴0.1mol·L-1H
2C
2O
4溶液，5滴1mol·L-1H
2SO
4和1滴
0.001mol·L-1KMnO
4 溶液，摇匀；将其中一支试管放入80℃水浴中加热，另一支试管不加
热，比较两支试管紫红色褪色快慢。说明原因。
(3)催化剂的影响
在3支试管中，各加入1mL 0.1mol·L-1H
2C
2O
4溶液，5滴1mol·L-1H
2SO
4和1滴
0.001mol·L-1KMnO
4 溶液，摇匀；向其中一支试管滴加5滴0.1mol·L-1MnSO
4，另一支试管
滴加5滴1mol·L-1NH
4F溶液，第三支试管加5滴蒸馏水，摇匀，比较3支试管紫红色褪色
快慢，必要时可加热。解释原因。
7.趣味实验
(1)锡树的形成
将一张经0.5mol·L-1SnCl
2溶液均匀润湿的圆形滤纸贴在培养皿中，不能有气泡，滤纸中
央放上一小块锌片，盖上盖子，放置约30分钟，即可观察到闪光的小锡树。
(2)银树的形成
方法同上，只是改以0.5mol·L-1AgNO
3溶液润湿滤纸，滤纸中央放上一小块铜片，即可
观察到美丽发光的银树。
(3)铜树的形成
方法同上，改以0.5mol·L-1CuCl
2溶液代替SnCl
2溶液润湿滤纸，即可观察到铜树。
五、注意事项
1.FeSO
4和Na
2SO
3溶液要现配制。
2.作为电极的锌片、铜片、铁片、鳄鱼夹等用时要用砂纸打磨，以免接触不良影响伏特
计读数。
3.盐桥的制法：将1g琼脂加入100mL饱和KCl溶液中浸泡一会儿，加热煮成糊状，
趁热倒入U形玻璃管中(注意里面不能留气泡)，冷却即成。
六、思考题
1.为什么K
2Cr
2O
7能氧化浓HCl中的Cl-，而不能氧化浓度更大的NaCl溶液中的Cl-？
2.试归纳影响电极电势的因素。
3.若用饱和甘汞电极来测定锌电极的电极电势，应如何组成原电池？写出原电池符号及
电极反应式。
4.试根据氧化还原的概念，再设计制备几种金属树。
