2020高中化學(xué)競(jìng)賽試驗(yàn)講義設(shè)計(jì)-無機(jī)試驗(yàn)-氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡

1、氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：1、學(xué)會(huì)裝配原電池；2、掌握電極的本性、電對(duì)的氧化型或還原型物質(zhì)的濃度、介質(zhì)的酸度等因素對(duì)電極電勢(shì)、氧化 還原反應(yīng)的方向、產(chǎn)物、速率的影響；3、通過實(shí)驗(yàn)了解化學(xué)電池電動(dòng)勢(shì)。二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)1、電極電勢(shì)與氧化還原反應(yīng)方向的關(guān)系；2、介質(zhì)、反應(yīng)物濃度對(duì)氧化還原反應(yīng)的影響；3、原電池的原理；4、電解、電化腐蝕的基本知識(shí)。實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)物質(zhì)濃度變化對(duì)電極電勢(shì)的影響的理解；低壓電源的使用和鹽橋的制作方法。三、實(shí)驗(yàn)用品：儀器：離心試管，燒杯，伏特計(jì)（或酸度計(jì)），表面皿，U型管固體試劑：鋅粒，鉛粒，銅片，瓊脂，氟化俊液體試劑：略材料：電極，導(dǎo)線，砂紙，紅色

2、石蕊試紙四、教學(xué)方法與手段：講授法；演示法五、教學(xué)課時(shí)：4課時(shí)六、課的類型：實(shí)驗(yàn)課七、基本操作：（一）、氧化還原反應(yīng)和電極電勢(shì)（二）、濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響（三）、酸度和濃度對(duì)氧化還原產(chǎn)物的影響（四）、酸度對(duì)氧化還原反應(yīng)速率的影響（五）、氧化數(shù)居中的物質(zhì)的氧化還原性八、實(shí)驗(yàn)原理 ：1、電極電勢(shì) 代數(shù)值越大，其氧化態(tài)的氧化能力越強(qiáng)，還原態(tài)的還原能力越弱；反之，代數(shù)值越小，其氧化還原能力越弱，還原態(tài)的還原能力越強(qiáng)。2、根據(jù)氧化劑和還原劑所對(duì)應(yīng)電極電勢(shì)的相對(duì)大小，可以判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向。當(dāng) 氧化劑所對(duì)應(yīng)電對(duì)的電極電勢(shì)與還原劑所對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)的差值E 0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；E = 0時(shí)，反應(yīng)處于

3、平衡狀態(tài)E 0時(shí)，反應(yīng)不能進(jìn)行。3、通常用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)進(jìn)行比較，當(dāng)E9差值Fe3 /Fe2 Q77) I Q53)(二)、濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響(1) (-) Zn | Zn2+(1mol L 1) | Cu2+(1mol L 1) | Cu (+)正 負(fù)=(Cu2 * /Cu Zn2 /Zn)+0.059, Zn2 2 gCu2 【標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)】:理論值=0.76- (-0.34) =1.1V ,由于有R,實(shí)際值可能只有0.7V左右。接錯(cuò)電極沒關(guān)系,只不過指針偏轉(zhuǎn)方向相反。棉花分別蘸取 Zn片和Cu片需栓緊導(dǎo)線。ZnSO4和CuSO4溶液后塞進(jìn)瓊脂里面，排盡氣泡，倒插入溶液中。(2)Cu2+

4、+ 2e = CuG12F Cu2 /CuCu2+ + 4NH3Cu(NH3)42+G2RTln K 2Cu(NH3)4Cu(NH3)42+ + 2eCu + 4NH 3G32F Cu(NH3)2 /Cu,2)= aG3GiG20.059Cu(NH3)2 /CuCu2/Cu1g KCu(NH3)2cu(nh3)4/CuZn2/Zn +小山40.059 Zn2lg22Cu(NH3)4 (-)Zn | Zn2+(imol L 1) | Cu(NH 3)42+(1mol L 1) | Cu (+)CuSO4 一 銅氨溶液E = 0.932V(3)(-)Zn | Zn(NH 3)2+(1mol L 1

5、) | Cu(NH 3)42+(1mol L 1) | Cu (+)(2)的方法可知0.0591 KZn(NH3)4 /Zn Znu2 /Zn2-1g KZn(NH3)2_20.059, Zn(NH3)4 +lg丁2 Cu(NH3)4 ZnSO4 一 鋅氨溶液E = 1.099V現(xiàn)象：伏特表指針偏到E=0.80處解釋：(-):Zn2+2e-=Zn(+): Cu2+2e-=CuCuSO4溶液中加濃NH3.H2O到沉淀溶解為止，形成深藍(lán)色溶液;Cu2+ + 4NH 3 = Cu(NH 3)42+Cu 2+下降，E 變小，E=0.45VZnSO4溶液中加濃 NH3.H2O至沉淀溶解為止;Zn2+ +

6、 4NH3 = Zn(NH 3)42+Zn2+下降，E 變大，E=0.76V最后達(dá)到平衡，E=0.8V接近初起值.（4）自行設(shè)計(jì)：濃差電池(-)Cu | Cu2+(0.01mol L1) | Cu2+(1mol L 1) | Cu (+)(-):Cu 2e三二 Cu2+（氧化反應(yīng)）Cu2 /Cu0.0592-y-lgCu2 i( + )：Cu2+ + 2eCu（還原反應(yīng)）Cu2 /Cu0.0592-y-lgCu2 2濃差電池電動(dòng)勢(shì):Cu2 /Cu0.0592 ，一2-1gCu 2 Cu2 /Cu00592-ylgCu2 力20.0592, Cu2 2lg 52 Cu2 1電解Na2SO4溶液:

7、陰極：2H+ + 2e H2T附近H+濃度減小，破壞水的電離平衡，促使H2O進(jìn)一步電離，從而使得陰極附近OH H+,溶液呈堿性，遇酚儆變紅。陽極：4OH 4e2H20 + 02T【濃差電池：指針偏轉(zhuǎn)不明顯，有電流產(chǎn)生，但不大，只要偏轉(zhuǎn)就行！有電勢(shì)差形成，但不一定能放H2】（三）、酸度和濃度對(duì)氧化還原反應(yīng)的影響1、酸度的影響（1）不同介質(zhì)對(duì) KMnO 4還原產(chǎn)物的影響H2SO4 （酸性介質(zhì)）：紫紅色褪去2KMnO 4 + 5Na2SO3 + 3H 2SO4 = K 2SO4 + 2MnSO 4 + 5Na2SO4 + 3H2OH2O （中性介質(zhì)）：出現(xiàn)棕黑色沉淀2KMnO 4 + 3Na2SO3

8、 + H2SO4 = K2SO4 + 2MnO 2 + 3Na2SO4 + H2ONaOH (堿性介質(zhì))：綠色2KMnO 4 + 2NaOH + Na 2SO3 = 2Na2MnO4 + K2SO4 + H2O（2）不同介質(zhì)對(duì)氧化還原反應(yīng)方向的影響= -I2 + 2e2I0.059i2 /ilg1FTIO3 + 6H + + 5e1 I2 + 3H2O2io3 /i20.0595lgIO3 H 6KI + KIO 3 +淀粉一無變化D KI + KIO 3 + 淀粉 + H2SO4 一 變藍(lán)5KI + KIO 3 + 3H2SO4 = 3K2SO4 + 3I2 + 3H2OD KI + KIO

9、 3 + 淀粉 + H 2SO4 + NaOH 一藍(lán)色褪去312 + 6NaOH = 5NaI + NalO 3 + 3H2O如：(酸度大)ASO43+ 2I+ 2H+一 ASO33+ I2+ H2O(堿性強(qiáng))AsO43+ 2I+ 2H+ AsO33+ I2+ H2O2、濃度的影響0.0591g FTl2 + 2e 2IFe3+ + eFe2+2Fe3+ + 2I2Fe2+ + l2H2O + CCl4 + Fe3+ I CCl4 層呈紫紅色CCl4 + Fe2+ Fe3+ I CCl4 層顏色變淺由于增大了電對(duì) Fe3+/Fe2+中還原型Fe2+的濃度，使得電對(duì)的電極電勢(shì)降低，即氧化能力減弱

10、，與反應(yīng)生成的I2量減小，故CCl4層顏色變淺。(3)在(1)中 + NH4F(s), Fe3+ 6F2FeF63 ,降低了電對(duì) Fe3+/Fe2+中氧化型 Fe3+的濃度，使得電對(duì)的電極電勢(shì)降低，即氧化能力減弱，與反應(yīng)生成的I2量減小，故CCl4層顏色變淺。(四)、酸度對(duì)氧化還原反應(yīng)速率的影響10Br + 2MnO4 + 16H+ -2Mn2+ + 5Br2 + 8H2OBr2 + 2e = 2Br 該電對(duì)的電極電勢(shì)只與氧化還原型的濃度有關(guān)，而與溶液的酸度無關(guān)。MnO4 + 8H+ + 5e三二 Mn2+ 4H 2O該電對(duì)的電極電勢(shì)除與氧化還原型的濃度有關(guān)外，還與溶液的酸度有關(guān)，溶液的酸度越

11、大，其電極電勢(shì)也越大，反之越小。故：用硫酸時(shí)紫色褪去的快，而用醋酸時(shí)褪去的慢。H+越高，反應(yīng)越快。硫酸是強(qiáng)酸，H+濃度高，反應(yīng)速度快；醋酸是弱酸， H +不能全部電離出來，反應(yīng)慢。(五)、氧化數(shù)居中的物質(zhì)的氧化還原性12/ IFe3 / Fe2Fe3 0.059lg 卡 Fe2 (1) 2KI + H 2SO4 + H2O2 = K2SO4 + I2 + 2H 2O 溶液顏色為棕色(2) 2KMnO 4 + 5H 2O2 + 3H 2SO4 = K 2SO4 + 2MnSO 4 + 8H 2O + 50 2 溶液顏色為紫紅色并有氣泡冒出。十、注意事項(xiàng)：1、電解實(shí)驗(yàn)時(shí)，濾紙上的Na2SO4不能干

12、；2、KMnO 4 + NaOH + Na2SO3實(shí)驗(yàn)時(shí)，Na2SO3用量不可過多，否則，多余的Na2SO3會(huì)與產(chǎn)物Na2MnO4生成 MnO2；3、濃硝酸，濃鹽酸，濱水應(yīng)放在通風(fēng)櫥內(nèi)。4、不準(zhǔn)把試劑滴瓶拿到自己的桌子上，以防止其它同學(xué)找不到試劑瓶，個(gè)子矮的同學(xué)可以搭凳 子。H一、問題與討論：1、H2O2在遇到更強(qiáng)的氧化劑(E EH2O2/O2)時(shí)，可以作為還原劑而被氧化；當(dāng)遇到更強(qiáng)的還原劑時(shí)(EH2O2/O2 E),可以作為氧化劑而被還原。具有中間價(jià)態(tài)的化合物才能既可作氧化劑又可作還原 劑。2、介質(zhì)的酸堿性對(duì)于有 H+,或OH-參加電極反應(yīng)的電對(duì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)有顯著的影響。具體 地說，在

13、酸性介質(zhì)中，將增大有氫離子參加的氧化還原電對(duì)；在堿性介質(zhì)中，將增大有氫氧根離子參 加的氧化還原電對(duì)。KC1O 3, K2Cr2O7必須在酸性介質(zhì)中才表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性。這是由于在 KClO 3, K2Cr2O7的氧化還原電對(duì)(E KClO3/Cl-/EK2Cr2O7/Cr3+ )中者B有氫離子存在,因此只有 在酸性介質(zhì)中，這些氧化電對(duì)才表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性?？蓪ClO 3,或K2Cr2O7與KI溶液在中性或堿性介質(zhì)中混合，不能觀察到碘單質(zhì)的生成；將混合液酸化至酸性，可觀察到碘單質(zhì)的生成。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng).在Fe3+與I反應(yīng)生成I2后加入CCl4的實(shí)驗(yàn)中，為使I2由水溶液盡快地轉(zhuǎn)移至 CCl4中，應(yīng)充分 振蕩。.上述實(shí)驗(yàn)中，CCl4的量不能少加，否則上層水溶液中 I2產(chǎn)生的棕黃色映入下層 CCl4后溶液呈 紅色或桃紅色，而非 I2在CCl4中應(yīng)顯出的紫紅色。.在進(jìn)行原電池的電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定前，應(yīng)將電極鋅片、銅片用砂紙擦干凈，以免增大電阻。由于是多組同學(xué)同用一支鹽橋，故應(yīng)固定鹽橋兩端，使一端始終插入CuSO4溶液(第二次及以后使用時(shí)該端瓊脂呈CuSO4的藍(lán)色)，另一端插入 ZnSO4溶液(該端瓊脂仍呈瓊脂的乳白色) 。在測(cè)定濃差電池電動(dòng) 勢(shì)時(shí)，兩極俱應(yīng)使用銅電極，并另用一支新的鹽橋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。.在進(jìn)行MnO J與S