远距离电子转移

远距离电子转移，是把氧化还原从试管里的一次颜色变化，变成可测量的电子流动的实验。在中五氧化还原平衡一章里，它是简单置换与伏打电池之间的桥梁，因为它把氧化剂与还原剂分开，迫使它们的电子经导线传递。

请按装置操作，再用试卷三部分来牢记方向问题的答案。

目的

显示当氧化剂与还原剂并不直接接触时，氧化还原反应仍能通过外部电路以电子转移的方式发生，并辨认氧化与还原各在何处进行。

仪器与材料

• U 形管（或装有多孔隔板的烧杯）
• 两支碳（石墨）电极
• 带鳄鱼夹的连接导线
• 电流计或微安计
• 滴管与烧杯
• 碘化钾溶液（还原剂）
• 酸化高锰酸钾(VII)溶液或溴水（氧化剂）
• 稀硫酸
• 安全护目镜

步骤

1. 把稀硫酸注入 U 形管一半，作为连接用的电解质。
2. 用滴管小心地把碘化钾溶液沿一臂流下，使它在酸的上方形成一层而不混合。
3. 用同样小心的方式，把酸化高锰酸钾(VII)溶液加入另一臂。
4. 在每一臂各插入一支干净的碳电极，一支插入碘化钾，一支插入氧化剂。
5. 用导线与鳄鱼夹把两支电极连到电流计。
6. 观察电流计的指针，并在数分钟内留意每支电极周围的颜色变化。
7. 记录偏转的方向与每支电极处的颜色变化。

预期观察

• 电流计指针偏转，显示有电流经外部电路流动。
• 在碘化钾溶液中的碳电极周围，无色溶液慢慢转为棕色，显示已生成碘。
• 在氧化剂中的电极周围，高锰酸钾(VII)的紫色变淡（若用溴水，则棕色变淡）。

请描述你观察到的偏转与颜色变化；不要编造电流读数或其他测量值。

推断与结论

电子转移在一段距离外通过外部导线发生。在碘化钾中的电极处，碘离子释放电子被氧化成碘，把溶液染成棕色；这支电极是负极。

电子经导线流向另一支电极，氧化剂在那里获得电子被还原，因而颜色变淡。稀硫酸让离子得以移动，从而使电路闭合。

因为氧化在一支电极进行、还原在另一支电极进行，两者只靠导线与电解质相连，这个实验证明氧化还原反应就是电子的转移，且可在反应物不接触的情况下发生。电子总是从还原剂流向氧化剂。

科学过程技能（试卷三风格）

• 假设。 「当还原剂与氧化剂由电解质和外部导线连接时，电子经导线流动，电流计偏转。」要陈述一个可检验的预测。
• 变量。 操纵变量是氧化剂是否存在（或其种类）；反应变量是电流计的偏转连同颜色变化；固定变量是每种溶液的浓度与体积、电极的种类与大小，以及所用的电解质。
• 作出推断。 从碘化钾一臂形成棕色，推断碘离子已被氧化，且这支电极是负极。
• 说明方向。 电子经导线从碘化钾电极流向氧化剂电极，而传统电流则朝相反方向流动。
• 操作性定义。 「还原剂是一种给出电子的物质，这里由生成碘、且电子从中经导线离开的那支电极所显示。」

安全须知

• 佩戴安全护目镜，因为稀硫酸与酸化高锰酸钾(VII)具刺激性并腐蚀眼睛。
• 若使用溴水，须在通风橱中操作，因为溴蒸气有毒。
• 缓慢且不摇动地把溶液加入 U 形管，以免直接混合并溅出。
• 不要让两支碳电极相碰，以免电路短路。

常见错误

• 让氧化性与还原性溶液直接混合，使反应在管内发生，导线里没有电流。
• 让电极相碰或夹子松脱，使电路断开或短路，偏转随之停止。
• 使用未酸化的高锰酸钾(VII)溶液，使预期的还原与颜色变淡无法发生。
• 电流计接触不良，使真正的偏转被漏看、误判为没有反应。
• 写结论时把电子流动的方向与传统电流的方向弄混。

我们如何协助

在我们以英文授课的在线一对一 SPM化学课里，老师会用这个实验来纠正学生最常写错的一句话，电子是从还原剂流向氧化剂，并把每支电极连到它的半反应式。学费由每小时 RM50 起，一节收费的一小时试课让你先看讲解再决定。

因为这个装置正是你接下来在 SPM化学 中遇到的伏打电池的直系祖先，现在把它弄懂，会让随后的电化学在试卷二与试卷三里推理起来容易得多。