探討電對有副反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的教學(xué)方式

1、    探討電對有副反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的教學(xué)方式    彭慶蓉+劉豐茂+王紅梅+熊艷梅+張春榮【摘要】通過設(shè)計原電池，利用原電池的電動勢及氧化還原反應(yīng)平衡常數(shù)的基本概念，針對電對中物質(zhì)發(fā)生酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)以及配位反應(yīng)后的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，推導(dǎo)出未知電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與各類平衡常數(shù)的關(guān)系，從而判斷出隨著平衡常數(shù)的遞變未知電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的遞變規(guī)律。【關(guān)鍵詞】原電池 副反應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢在農(nóng)林院校非化學(xué)專業(yè)大一普通化學(xué)氧化還原章節(jié)中，利用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢和溶度積常數(shù)、酸常數(shù)以及配合物的穩(wěn)定常數(shù)等計算未知電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。例如，在討論時，同學(xué)們

2、難以理解，參照例題不能舉一反三。一些期刊分別介紹了運(yùn)用熱力學(xué)方法、多重平衡以及元素電勢圖等各方面來理解上述問題，但是這些方法需要運(yùn)用很多章節(jié)的內(nèi)容，公式復(fù)雜不便記憶，特別是對于農(nóng)林院校非化學(xué)專業(yè)的大一學(xué)生來講，難度很大。首先，農(nóng)林院校非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生對于普通化學(xué)這門課的重視程度不夠，他們認(rèn)為這只是一門類似馬列主義的基礎(chǔ)課，只需要記憶背誦就可以學(xué)好的課程，實(shí)際上這樣的理解大錯特錯。其次，普通化學(xué)教材對于農(nóng)林院校非化學(xué)化專業(yè)的學(xué)生來說要求本來就很低，特別是熱力學(xué)章節(jié)判斷反應(yīng)的自發(fā)性問題，很多結(jié)論沒有經(jīng)過推導(dǎo)就直接給出來，這對于學(xué)生來講很難理解，更不用說很好的運(yùn)用。當(dāng)講到氧化還原反應(yīng)章節(jié)時，對于電對

3、中氧化態(tài)或者還原態(tài)物質(zhì)有副反應(yīng)發(fā)生時（如生成沉淀、配合物及弱酸堿）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的計算，此時如果再運(yùn)用熱力學(xué)等其他方法來解決這個問題，對于農(nóng)林院校非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生就會顧此失彼，難于應(yīng)對。綜上所述，本文通過設(shè)計原電池，著重討論電對中有副反應(yīng)發(fā)生（如生成沉淀、配合物及弱酸堿）時標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的計算方法，得出電對中氧化態(tài)或者還原態(tài)物質(zhì)有副反應(yīng)發(fā)生時電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢通式，這種方法涉及的知識點(diǎn)少，簡單直觀，易于理解。重點(diǎn)是如何設(shè)計合理的原電池。在講課過程中，首先，要強(qiáng)調(diào)電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的定義是在指定溫度（通常為298 k）下，電對中任何物質(zhì)都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所產(chǎn)生的電極電勢稱為該電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。標(biāo)準(zhǔn)狀

4、態(tài)的定義是在指定溫度時，溶液中離子濃度為1 mol·l-1，氣體壓力為l00 kpa；其次，要著重強(qiáng)調(diào)原電池的電動勢等于正極電極電勢減去負(fù)極電極電勢。最后，分別推導(dǎo)出電對中物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)（如酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)以及配位反應(yīng)）后標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與各類平衡常數(shù)的關(guān)系的通式。因此設(shè)計原電池是計算標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的關(guān)鍵。第一步，先寫出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電對中沒有發(fā)生副反應(yīng)的物質(zhì)的半反應(yīng)，此半反應(yīng)作為原電池的正極或者負(fù)極，得電子的半反應(yīng)為正極，失電子的半反應(yīng)為負(fù)極，并寫出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。第二步，寫出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電對中有發(fā)生副反應(yīng)的物質(zhì)的半反應(yīng)，如果第一步的半反應(yīng)是原電池的正極，這一步的半反應(yīng)就是原電池的負(fù)極，

5、并寫出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。第三步，將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下兩個半反應(yīng)相加或者相減得到總反應(yīng)，并寫出此總反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及表達(dá)式。第四步，將第一步和第二步的兩個半電池組成原電池，并寫出原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢的表達(dá)式。最后，利用標(biāo)準(zhǔn)電動勢與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系（如下式）就可以得出發(fā)生副反應(yīng)后的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。下面分別舉例計算加以說明。一、電對中物質(zhì)生成沉淀后的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢1.電對中氧化型物質(zhì)生成沉淀后的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢二、電對中氧化型物質(zhì)生成配合物后的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢三、電對中氧化性物質(zhì)生成弱酸后的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢通過分析和計算表明，設(shè)計原電池由已知電對標(biāo)準(zhǔn)電極電勢求取未知電對標(biāo)準(zhǔn)電極電勢注意三點(diǎn)：一是原電池正負(fù)極的選擇要選取

6、已知和未知電對中有的電對，不是任意選??；二是原電池的正負(fù)極各物質(zhì)的狀態(tài)都應(yīng)該表明；三是通過弱酸弱堿的解離常數(shù)、難溶鹽的溶度積常數(shù)和配離子的穩(wěn)定常數(shù)表示未知電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，只要準(zhǔn)確理解公式涵義、真正掌握應(yīng)用公式的條件和范圍，就可得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和結(jié)論。參考文獻(xiàn)：1揭念芹.無機(jī)及分析化學(xué)m.科學(xué)出版社，2013.249.2任麗萍.普通化學(xué)m.高等教育出版社，2007.314.3童艷花，楊金田，徐敏虹.應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢求標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的幾個注意點(diǎn)j.化工高等教育，2014，（04）：97-99.4張引莉，范廣，孫家娟.探究用熱力學(xué)方法計算電極電勢的公式j(luò).廣州化工，2011，（39）：181.5孫秋香，黃元喬.幾種類型標(biāo)準(zhǔn)電極電勢相互關(guān)系的探討j.湖北