牛草原

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南鄭州 450002)

氧化還原反應(yīng)教學(xué)中的難點分析
——衍生電對電勢的計算問題

牛草原

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南鄭州 450002)

通過闡述基本概念的準確內(nèi)涵和列舉4個不同類型的例子，解決教學(xué)中衍生電對電勢計算四大平衡的難點問題.

氧化還原反應(yīng);普通化學(xué);衍生電對;電勢;計算;熱力學(xué)標準態(tài)

0 引言

在化學(xué)基本理論的四大平衡中，氧化還原反應(yīng)是最難領(lǐng)會的問題之一，其重要原因是:酸堿平衡、配位平衡和沉淀溶解平衡都是采用平衡常數(shù)進行計算和分析的，而化學(xué)平衡常數(shù)在以前的化學(xué)熱力學(xué)問題中的化學(xué)平衡部分已經(jīng)學(xué)習(xí)過，甚至在高中化學(xué)中已經(jīng)有很多的接觸，學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解時感到容易和輕松;但是氧化還原反應(yīng)問題用到最多的是電極、原電池、電對和電對的電極電勢，很少用到平衡常數(shù)［1－3］.更復(fù)雜、更重要、對學(xué)生學(xué)習(xí)來說更難的是多重平衡共存的問題.平衡體系中存在酸堿平衡、配位平衡和沉淀溶解平衡，同時存在其中兩種平衡的問題可以利用競爭平衡和競爭平衡常數(shù)來解決.但是，如果共存的兩種平衡中有一種是氧化還原反應(yīng)，一般要涉及其他平衡影響下電極電勢的計算，即衍生電對電勢計算.因此，可以說衍生電對電勢計算是化學(xué)平衡或氧化還原反應(yīng)教學(xué)中最難的部分.本文從化學(xué)平衡中熱力學(xué)標準態(tài)、電極電勢和衍生電對等基本概念入手，通過對各種類型的、由簡單到復(fù)雜的實例分析說明這一問題的解決方法.

1 熱力學(xué)標準態(tài)與標準電極電勢

1.1熱力學(xué)標準態(tài)

(1)表示反應(yīng)物或生成物都是氣體時，各物質(zhì)分壓為1×105Pa;

(2)反應(yīng)物及生成物都是溶液狀態(tài)時，各物質(zhì)的濃度1 mol·kg－1(近似1 mol·dm－3);

(3)固體和液體的標準態(tài)則指處于標準壓力下的純物質(zhì);

(4)標準態(tài)對溫度沒有規(guī)定.

1.2 標準電極電勢

構(gòu)成電對的可逆反應(yīng)處于熱力學(xué)標準態(tài)時的電極電勢，稱為標準電極電勢，表示為

2 各種類型衍生電對電勢的計算

在進行衍生電對電勢的計算時，要處理好以下3個方面的問題.①衍生電對從本質(zhì)上仍然是原電對中氧化態(tài)和還原態(tài)之間的電子轉(zhuǎn)移，只是它們的標準態(tài)不同;②衍生電對中的熱力學(xué)標準態(tài)是針對衍生電對中存在的化學(xué)平衡的;③衍生電對問題本質(zhì)上是多重平衡問題，要利用化學(xué)平衡的基本理論，特別是要考慮到其他3種平衡的影響.

2.1 涉及沉淀溶解平衡的類型

例1求AgI(s)+e=Ag(s)+I－電極反應(yīng)的

2.2 涉及配位平衡的類型

由于c(Cu+)不等于1 mol·dm－3，則

例4在含有1.0 mol·dm－1Fe3+和1.0 mol·dm－1Fe2+的溶液中加入KCN(s)，有［Fe(CN)6］3－，［Fe(CN)6］4－配離子生成.當系統(tǒng)c(CN－)=1.0 mol·dm－3，c(［Fe(CN)6］3－)=c(［Fe(CN)6］4－)=1.0 mol·dm－1時，計算φθ(［Fe(CN)6］3－/［Fe(CN)6］4－).

解由于Fe3+(aq)+e－?Fe2+(aq)，加KCN后，發(fā)生下列配位反應(yīng)

顯然，在這種條件下，F(xiàn)e3+和Fe2+的濃度均不等于1 mol·dm－3，化學(xué)平衡［Fe(CN)6］3－(aq)+e－?［Fe(CN)6］4－(aq)處于標準狀態(tài)，而Fe3+(aq)+e－?Fe2+(aq)不是處于標準狀態(tài).所以

3 總結(jié)

通過以上4個例子可以看出，只要寫出衍生電對在熱力學(xué)標準態(tài)時相關(guān)物質(zhì)的標準態(tài)，然后將它們與其他的化學(xué)平衡聯(lián)系起來，按照Nernst Equation進行計算，即可解決這類難題.

［1］ 孫英，卜平宇.普通化學(xué)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009:175－205.

［2］ 趙士鐸，董元彥，楊桂梧，等.普通化學(xué)［M］.2版.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2003:202－207.

［3］ 宋天佑，程鵬，王杏喬，等.無機化學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2009:269－307.

Analysis on Difficulty in Teaching of Redox Reaction:Calculation Problem of Derived CLP Potential

NIU Cao-yuan

(College of Sciences，Henan Agricultural University，Zhengzhou450002，China)

Solved difficult problems of four balances in calculating potential of derived CLP in teaching by describing exact connotation of basic concepts and citing four examples of different types.

redoxreaction;generalchemistry;derivedCLP;potential;calculation;thermaldynamic standard state

G642.0

A

1007－0834(2011)02－0053－02

10.3969/j.issn.1007－0834.2011.02.019

2011－03－06

牛草原(1968—)，男，河南西華人，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院副教授，主要研究方向:功能配位化學(xué).