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对“氧化还原反应”实验内容的理论分析

2015-06-16 16:56阅读：

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对“氧化还原反应”实验内容的理论分析
氧化还原反应实验是一个理论性相当强的实验。对其中一些反应现象的解释一直也是实验教学中的难点。
1. 比较电对φo值的相对大小
（1） 用0.02 mol•L-1 KI溶液与0.1 mol•L-1 FeCl3溶液反应。
（2） 将
0.1 mol•L-1 KBr溶液与0.1 mol•L-1 FeCl3溶液混合。
并由实验（1）和（2）比较φo (I2/I-)、φo (Fe3+/Fe2+)、φo (Br2/Br-)的相对大小；并找出其中最强的氧化剂和最强的还原剂。
实验结果：反应（1）能自发进行。反应方程式为2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2。
而Fe3+与Br-的反应，没有任何反应的迹象。
实验结论：
由于反应（1）能自发进行，说明φo (Fe3+/Fe2+)＞φo (I2/I-)。
由于反应（2）不能自发进行，意味着可能有φo (Br2/Br-) ＞φo (Fe3+/Fe2+)。
从而可能有φo (Br2/Br-) ＞φo (Fe3+/Fe2+) ＞φo (I2/I-)的序列。
（经查，确实也是：φo (Br2/Br-) = 1.085V、φo (Fe3+/Fe2+) = 0.77V、φo (I2/I-) = 0.535V）
由此可看出，在三个氧化态物种Br2、Fe3+、I2中，Br2是最强的氧化剂；在三个还原态物种Br-、Fe2+、I-中，I-是最强还原剂。
操作要点：由于教材对本实验并没有给出试剂的取用体积。所以，实验者应该会自行判断。从实验（1）的方程式可看到，I-与Fe3+的物质的量比为1:1。从所给试剂的浓度看，KI仅是FeCl3浓度的1/5。这样就应该知道，KI与FeCl3溶液完全反应的体积比应为5:1。也就是，在实验中0.5ml（约为10滴）KI溶液，再加2滴FeCl3溶液，就可以相互完全反应；
（3）在酸性介质中用0.02 mol•L-1 KI溶液与3% H2O2的反应。
（4）在酸性介质中用0.01 mol•L-1 KMnO4溶液与3% H2O2的反应。
指出H2O2在实验（3）和（4）中的作用。
现象：在实验（3）中溶液变棕色，有I2生成。发生了反应H2O2 + 2I- + 2H+ = 2H2O + I2。
在这个反应中H2O2为氧化剂。况且，反应涉及的电对为φo (I2/I-) = 0.535V）及φo (H2O2/H2O) = 1.776 V，也证明了这一点。
在实验（4）中高锰酸钾的紫色褪去，有无色的气泡产生。发生了反应2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O。
在这个反应中H2O2为还原剂。同时，反应涉及的电对为φo (MnO4-/Mn2+) = 1.49V，φo (O2/H2O2) = 0.692V，也证实了这一点。
（从实验（4）的反应方程式可以看出，H2O2消耗的量要多；加之还有部分H2O2会分解。所以最好是取0.5毫升H2O2，酸化后，再滴入1滴KMnO4，马上可以看到紫红色褪去）
（5）在酸性介质中0.1 mol•L-1 K2Cr2O7溶液与0.1 mol•L-1 Na2SO3溶液反应。
现象：重铬酸钾溶液的橙色褪去，溶液变成了的蓝绿色。
有如下的反应Cr2O72- + 3SO32- + 8H+ = 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O。
用φo (Cr2O72-/Cr3+) = 1.33V，φo (SO42-/H2SO3) = 0.1576V，可说明这个反应是有很大反应趋势的。
（应提醒学生，不能用HCl来酸化溶液。另外，K2Cr2O7的用量要少，如有剩余，其橙色对其它有色离子的观察也会有干扰。所以最好是取0.5毫升Na2SO3，酸化后，再滴入

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