一、实验目的
1．了解原电池的组成及其电动势的粗略测定。
2．了解电极电势与氧化还原反应的关系以及介质的酸碱性对电极电势、氧化还原反应的影响。
3．了解一些氧化还原电对的氧化还原性。
4．了解电化学腐蚀的基本原理及其防止的方法。
二、预习内容
1．氧化还原反应方向与电极电势之间有何关系？
2．在电极电势与氧化还原反应方向实验内容中，哪些物质之间能发生反应？反应过程中可能产生什么现象？哪些物质之间不能发生反应？为什么？能反应的写出反应方程式。
3．写出KMnO4在酸性介质中与KBr反应的方程式，并分析介质的酸度对上述氧化还原反应速率有何影响。
三、实验原理
电极电势的大小表示电对中氧化态物质得电子的倾向或者电对中还原态物质失电子的倾向。电对的电极电势代数值越大，对应的氧化态物质的氧化能力越强，还原态物质的还原能力越弱；反之亦然。
水溶液中自发进行的氧化还原反应的方向可由电极电势数值加以判断。自发进行的氧化还原反应中，氧化剂电对的电极电势代数值应大于还原剂电对的电极电势代数值，即：
（氧化剂电对）＞（还原剂电对）
通常情况下，可用标准电极电势来衡量：
（氧化剂电对）＞（还原剂电对）
当氧化剂电对与还原剂电对的相差很小时，应考虑溶液中离子浓度对电极电势的影响。
以含氧酸根离子作氧化剂时，其电极电势随着溶液中H+浓度的增大而增大。即介质的酸度也是影响值的因素之一。如KMnO4在不同酸度介质中的半反应及标准电极电势如下：
酸性介质中 
+ 8 H+ + 5
= Mn2+ + 4H2O =1.419V
中性或弱碱性溶液中 +2 H2O +3= MnO2(s) + 4
=0.588V
碱性介质中 + = 
=0.564V
中间价态化合物一般既可作氧化剂又可作还原剂。例如H2O2作氧化剂而被还原为H2O（或） H2O2 + 2 H+ + 2= 2H2O =1.776V
但遇强氧化剂如高锰酸钾（酸性介质）时又作还原剂被氧化生成氧气。
O2 + 2 H+ + 2= H2O2 =0.682V
利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。例如Cu—Zn原电池
（－）Zn｜ZnSO4（1mol·dm-3）‖CuSO4（1mol·dm-3）｜Cu（＋）
负极Zn： Zn - 2 = Zn2+ 氧化反应
正极Cu： Cu2+ + 2 = Cu 还原反应
电池反应 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 氧化还原反应
利用氧化还原反应可制作印刷电路板，例如：
Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2
电化学腐蚀是由于金属在电解质溶液中形成与原电池相似的腐蚀电池而引起的腐蚀，在腐蚀电池中较活泼的金属作阳极（负极）被氧化，而阴极（正极）仅起传递电子的作用，本身不被腐蚀。在腐蚀性介质中，加入少量能防止或延缓腐蚀过程的物质叫做缓蚀剂，例如六亚甲基四胺（乌洛托品）可用作钢铁在酸性介质中的缓蚀剂。
四、实验仪器和药品
1．仪器
烧杯、试管、表面皿、盐桥、伏特计、导线、镊子、砂纸、电极（锌片、铜片、铁钉）、滴管。
2．药品
| （1）HCl溶液（0.1mol·dm-3） |
（2）H2SO4溶液(3mol·dm-3) |
| （3）HAc溶液（6mol·dm-3） |
（4）NaOH溶液（6mol·dm-3） |
| （5）CuSO4溶液（0.5mol·dm-3） |
（6）FeSO4溶液（0.1mol·dm-3） |
| （7）FeCl3溶液（0.1mol·dm-3） |
（8）KBr溶液（0.1mol·dm-3） |
| （9）KI溶液（0.1mol·dm-3） |
（10）KClO3溶液（0.1mol·dm-3） |
| （11）KMnO4溶液（0.01mol·dm-3） |
（12）Na2S溶液（0.1mol·dm-3） |
| （13）Na2SO3溶液（0.1mol·dm-3） |
（14）K3[Fe(CN)6]溶液（0.1mol·dm-3） |
| （15）Pb(NO3)2溶液（0.1mol·dm-3） |
（16）ZnSO4溶液（0.5mol·dm-3） |
| （17）饱和溴水 |
（18）饱和碘水 |
| （19）四氯化碳 |
（20）过氧化氢溶液（3%） |
| （21）乌洛托品溶液（20%） |
（22）纯锌粒 |
| （23）粗铜丝（铜棒） |
|
五、实验内容及操作步骤
１．电极电势与氧化还原反应方向
确定Br2/Br-、I2/I-、Fe3+/Fe2+三个电对在电极电势表中的顺序：
（1）向分别盛有10滴 0.1mol·dm-3 KI溶液和KBr溶液的两支试管中各加入2滴0.1mol·dm-3FeCl3溶液，混合均匀后再各加入5滴CCl4充分振荡，观察CCl4层中颜色有何变化？其反应式为：
2Fe3+ + 2
= 2Fe2+ + I2（I2溶于CCl4中呈紫红色）
Fe3+ +
（表示不反应）
（2）在两支各盛有10滴0.1mol·dm-3 FeSO4溶液的试管中分别滴入2滴饱和溴水和饱和碘水，摇动试管，观察滴入的溴水和碘水的颜色有何变化。其反应式为：
2Fe2+ + Br2 = 2Fe3+ + 2
Fe2+ + I2
由（1）、（2）可知，氧化性：Br2 > Fe3+ > I2； （I2/）〈（Fe3+/ Fe2+）〈（Br2/）。
２．原电池的组成及其电动势的测定
在两只50cm3的小烧杯中，分别加入30cm3 0.5mol·dm-3 CuSO4和0.5mol·dm-3 ZnSO4溶液。在CuSO4中插入带导线的铜片，在ZnSO4中插入带导线的锌片组成两个电极，中间以盐桥连通。将铜片和锌片上的导线分别与伏特计的正负极相接，测量两极之间的电压。见图2。（注：c（Cu2+）= c（Zn2+）=0.5mol·dm-3时的理论电动势E=1.1218V）
图2 原电池装置示意图
３．介质对氧化还原反应产物的影响
（1）KMnO4在不同介质中的反应：在三支试管中，各加入1滴0.01mol·dm-3 KMnO4溶液，然后向第一支试管中加入3滴3mol·dm-3 H2SO4，使溶液酸化；向第二支试管中加入数滴水；向第三支试管中加入5滴6 mol·dm-3 NaOH溶液，然后各加入3滴0.1mol·dm-3 Na2SO3溶液，观察反应产物有何不同。其反应式为：
2
（紫）+ 6H+ + 5
= 2Mn2+（肉红色或无色）+ 5
+ 3H2O
2 + H2O + 3= 2MnO2 ↓(棕褐色) + 3+ 2
2 +2 + = 2
（绿）+ + H2O
（2）往试管中加入10滴0.1mol·dm-3 KClO3溶液，并加入10滴KI溶液，加热观察有无现象发生？然后趁热滴入10滴3 mol·dm-3 H2SO4使之酸化，再观察现象。其反应式为：
+ 
+ 6 + 6H+ =
+ 3I2 + 3H2O
4．中间价态化合物的氧化还原性
（1）过氧化氢的氧化性
向试管中加入2滴0.1mol·dm-3 Pb（NO3）2和2滴0.1mol·dm-3 Na2S溶液，观察现象。再加入5滴3% H2O2溶液，摇动试管，观察有何变化。其反应式为：
Pb2+ + 
= PbS↓（黑）
PbS + 4H2O2= PbSO4↓（白）+ 4H2O
（2）过氧化氢的还原性
往试管中加入1滴0.01mol·dm-3KMnO4溶液，并加入3滴3mol·dm-3 H2SO4使之酸化，然后滴加3% H2O2溶液，观察现象。其反应式为：
2 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +5O2 ↑ + 8H2O
５．酸度对氧化还原反应的影响
在两支各盛有3滴0.1mol·dm-3 KBr溶液的试管中，分别加入3滴3mol·dm-3 H2SO4和6mol·dm-3 HAc，然后往两支试管中各加入1滴0.01mol·dm-3 KMnO4溶液。观察并比较两支试管中紫色溶液褪色的快慢。其反应为：
2+ 10+ 16H+ = 2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O
2 + 10+ 16HAc = 2Mn2+ + 5Br2 + 16Ac- +8 H2O
6．金属的腐蚀及防止
（1）金属腐蚀
取一支试管加入20滴0.1mol·dm-3 HCl溶液，然后分别加入一小粒纯锌，观察气泡发生的情况。再取一根铜棒（或粗铜丝）插入上述试管中，并与纯锌接触观察铜棒与锌粒接触前后的情况有何不同？为什么？
（2）腐蚀的防止--缓蚀剂法
取两枚铁钉，用砂纸擦去铁锈，将铁钉浸入去锈液中数分钟。取出铁钉用水冲洗，分别放入两支试管中，往其中一支试管中滴5滴20%乌洛托品，往另一支试管中加入5滴0.1mol·dm-3 HCl溶液，再各滴入1滴0.1mol·dm-3
溶液。观察比较两支试管中所出现的颜色深浅，并说明原因。
六、思考题
1．为什么纯锌与HCl作用产生氢气的速率很慢，但当在其中插入铜棒并让它与锌接触时产生氢气的速率会大大加快？
2．为什么乌洛托品在酸性介质中能对金属起缓蚀作用？
