氧化还原反应中的电子转移实验改进

张婷　张金怡

摘要：电子的定向移动产生电流，借助电流传感器，定量测定氧化还原反应、非氧化还原反应体系中的电流数值，发现氧化还原反应中伴随着电子的转移。

关键词：电流传感器；氧化还原反应；电子转移；数字化实验

文章编号：1008-0546（2017）05-0092-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.030

氧化还原反应是化学学科的核心概念之一，作为中学化学的重点知识贯穿整个中学阶段的化学学习。在初中阶段，学生从得失氧角度来认识氧化还原反应；进入高中，需要学生从电子转移角度重新建立对氧化还原反应概念的认识。如何帮助学生实现对氧化还原反应由表象到本质的认知是教师在具体教学中所遇到的难点。

一、实验设计思路

氧化还原反应的发生伴随着电子的转移，电子的定向移动可以产生电流，所以如果反应中Zn失电子，HCl得电子，那么电子的流向为ZnHCl，那么电流方向即为HClZn，将Zn作为正极反应物，HCl作为负极反应物，将两极用导线相连，用电流表可指示回路中有无电流，从而判断反应中是否发生电子转移。

有些学者利用电流计检测氧化还原反应体系中是否有电流产生[1，2]，本实验利用电流传感器替代电流计接入电路中，给实验带来以下优势：

（1）由于产生电流值未知，当电流很大时，指针的较大偏转会给电流计带来一定损害；当电流很小时，电流表偏转不明显，而电流传感器可精确到0.0001A；

（2）相对于指针的偏转，电流传感器可以定量、准确、持续地采集实验过程中电流值的变化，并呈现电流-时间曲线图；

（3）盐酸溶液中本来就存在自由移动的离子，如何证明电流不是其本身的离子移动产生的呢？利用电流传感器可作对比实验，从电流值的大小比较上即可判定出电流的产生是来自于哪一部分。

二、实验内容

1. 锌与盐酸反应

取1mol/L稀盐酸40mL于塑料槽中，将电流传感器与数据采集器、电脑相连接，记录电流传感器在空气中的初读数为0.0001A。

按照图1直接将两根导线插入盐酸溶液中（作空白实验），设置电极间距离为3cm，采集时间为60s，开始数据采集后，发现电流数据在0.0001A～0.0003A范围波动（图2），电流数值基本不变。

按照图3将Zn片连接导线后，插入1mol/L稀盐酸溶液中，点击开始采集数据，设置电极间距离为3cm，发现电流数据升至0.04A（图4），表明Zn与HCl反应过程中有大量电子发生了转移。

2. 氢氧化钠与盐酸反应

NaOH与HCl的反应为非氧化还原反应，反应中无电子转移。从假设-验证的逻辑推理进行分析，如果证明出NaOH与HCl反应中没有电子转移，才能够证明：只有氧化还原反应才有电子转移。该实验对装置要求较高，可作为教师实验和学生自主探究实验。

按照图1，做NaOH溶液的空白实验，设置电极间距离为3cm，采集时间为60s，待数据稳定后开始数据采集，得实验数据（图5）；

按照图6，将NaOH溶液置于滴定管中，用导线将NaOH溶液、电流传感器、HCl溶液依次相连，设置两电极间距离为3cm，采集时间为150s；打开滴定管旋钮，将其中盛放的1mol/LNaOH溶液缓缓加入1mol/L HCl溶液中，待两溶液接触，形成回路后开始数据采集；待NaOH溶液的液面低于导线底端时（形成断路前），停止数据采集，保存实验数据（图7）。

图5、图7中的实验数据发现，测得NaOH溶液、NaOH与HCl反应体系中的电流值在0.0002A左右，表明两溶液的混合过程中未有电子的转移。

三、研究结论与反思

本实验选择了Zn与HCl反应、NaOH与HCl反应，分别为氧化还原反应、非氧化还原反应，利用电流传感器测定出两个反应体系中电流的数值，发现氧化还原反应中电流数值明显大，并且也大于NaOH溶液、HCl溶液的体系，表明氧化还原反应中存在电子转移。

该实验方法建立在学生已有的电子、电流、电路知识基础上，在教师的引导下，学生能够根据化学反应设计出该实验，这其实也就是一个原电池的模型，但此时不向学生引入电极、正负极等概念，直接就是用导线将两物质体系相连构成回路，用电流传感器定量测定回路中的电流值，从而准确判断反应过程有无电子转移。本实验采用了简单的思路、简单的反应、简单的装置，有利于学生认识氧化还原反应的本质，并见证了区分氧化还原反应与非氧化还原反应的实验事实。

参考文献

[1] 贺正东. 氧化还原反应电子轉移的实验 [J]. 化学教学，1986（1）：49

[2] 徐春丽，林承志. “氧化还原反应”第一课时教学设计[J]. 化学教学，2010（11）：40-42