化学反应摩尔焓变的测定

比较准确?

2.为什么不取反应物混合后溶液的最高温度与刚混合时的温度之差,作为实验中测定的?T数值,而要采用作图外推的方法求得?作图与外推中有哪些应注意之处?

3.做好本实验的关健是什么?

4.了解配制250ml0.100mol·L-1CuSO4溶液的方法和操作时的注意事项,计算所需CuSO4·5H2O晶体的质量。

5.根据298.15K时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值计算本实验反应的标准摩尔焓变,并用?rH? (298.15)估算本实验的?T(K)。

6.预习实验数据的作图法以及容量瓶使用等内容。

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实验二 氧化还原反应与电化学

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浓度、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防止的方法。 二、实验原理

1.原电池组成和电动势(E池)

利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。原电池中必须有电解质(常为溶液)及不同的电极,还可有盐桥。对于用两种不同金属电极所组成的原电池,一般来说,较活泼的金属为负极,相对不活泼的金属为正极。放电时,负极上的金属给出电子发生氧化反应,电子通过外电路流入正极;阳离子在正极上得到电子发生还原反应。在外电路中接上伏特计,可粗略地测得原电池的电动势E池(此时,测定过程中有电流通过)。要精确地测定原电池的电动势,需用补偿法(又称为对消法;此时,测定过程中无电流通过),可籍电势(差)计测量之。原电池电动势E池是正、负电极的电极电势的代数差:

E池=E正-E负

2.浓度、介质对电极电势和氧化还原反应的影响

(1)浓度对电极电势的影响 浓度对电极电势的影响可用能斯特(W.Nernst)方程式表示之。在298.15K时

E=E

?0.05917ca(氧化态)+lgb

nc(还原态)9

以铅铁原电池为例,

铅半电池 pb2+2e- pb 铁半电池 Fe Fe2++2e-

当增大pb2+,Fe2+浓度时,它们的电极电势E值都分别增大;反之,则E值减小。

如果在原电池中改变某一半电池的离子浓度,而保持另一半电池的离子浓度不变(或者反之),则会发生电动势E池的改变。尤其是加入某种沉淀剂(如OH-、S2-等)或配合剂(如氨水)时,会使金属离子浓度大大降低,从而使E值发生改变,甚至能导致反应方向和电极正、负符号的改变。

(2)介质的酸碱性对电极电势和氧化还原反应的影响 介质的酸碱性对含氧酸盐的电极电势和氧化性影响较大。例如,氯酸钾能被还原成CI-;在酸性介质中,其电极电势E值较大,表现出强氧化性;但在中性或碱性介质中,其电极电势值显著变小,氧化性也变弱。它的半电池反应为:

CIO3- +6H++6e- CI-+3H2O E

? =1.45V

?6?c(CIO)c(H)30.05917?----E(CIO3/CI)=E (CIO3/CI)+Ig ?6c(CI)又如,高锰酸钾在酸性介质中能被还原为Mn2+(淡红色),其半电池反应为

MnO4-+8H++5e- Mn2++4H2O EE(MnO4/Mn)=E

-2+

?2+

= +1.49V

?0.05917c(MnO4?)c8(H?) (MnO4/Mn)+Ig

5c(Mn2?)-

但在中性或碱性介质中,MnO4-能被还原为褐色或黄褐色二氧化锰沉淀,其半电池反应为:

MnO4-+2H2O+3e- MnO2(s)+4OH- E

? =+0.588V

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0.05917c(MnO4)E(MnO4-/MnO2)= E? (MnO4-/MnO2)+Ig4 ?3c(OH)-而在强碱性介质中,MnO4-则可被还原为绿色的MnO24,其半电池反应为:

-?=+0.564V MnO4-+e- MnO24 E

?c(MnO4)-E(MnO4/MnO)=E? (MnO4-/MnO2)+0.05917Ig 42?c(MnO4)-

?2-4由此可见,高锰酸钾的氧化性随介质酸性减弱而减弱,在不同介质中,其还原产物也有所不同。

3.氧化还原电对的氧化还原性及氧化还原反应的方向

(1)氧化还原电对的电极电势和氧化还原反应的方向 根据反应的吉布斯函数变ΔG的数值,可以判别氧化还原反应能否进行。当ΔG<0时,反应能自发进行。而吉布斯函数变ΔG与原电池电动势之间存在下列关系:

-ΔG=nFE池

若ΔG<0,则E池>0,即E正>E负。这就是说,作为氧化剂物质的电对的电极电势应大于作为还原剂物质的电对的电极电势。如果在某一水溶液体系中同时存在多种氧化剂(或还原剂),都能与所加入的还原剂(或氧化剂)发生氧化还原反应,氧化还原反应则首先发生在电极电势差值最大的两个电对所对应的氧化剂和还原剂之间。即E 越大的电对中的氧化态物质与E 值越小的电对中的还原物质首先起反应。例如:

I2+2e- 2I- E

?? (I2/I-)=+0.535V (Fe3+/Fe2+)=+0.771V (Br2/Br-)=+1.06V

Fe3+e- Fe2+ EBr2+2e- 2Br- E

?FeCl3可与KI发生氧化还原反应生成I2,而与KBr不反应;相反地,溴水可使

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