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(diǎn)分析
——衍生電對(duì)電勢(shì)的計(jì)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(zhǔn)確內(nèi)涵和列舉4個(gè)不同類型的例子，解決教學(xué)中衍生電對(duì)電勢(shì)計(jì)算四大平衡的難點(diǎn)問題.

氧化還原反應(yīng);普通化學(xué);衍生電對(duì);電勢(shì);計(jì)算;熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)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(huì)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(jìn)行計(jì)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(shí)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(duì)和電對(duì)的電極電勢(shì)，很少用到平衡常數(shù)［1－3］.更復(fù)雜、更重要、對(duì)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(shí)存在其中兩種平衡的問題可以利用競(jìng)爭(zhēng)平衡和競(jìng)爭(zhēng)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(shì)的計(jì)算，即衍生電對(duì)電勢(shì)計(jì)算.因此，可以說衍生電對(duì)電勢(shì)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)態(tài)、電極電勢(shì)和衍生電對(duì)等基本概念入手，通過對(duì)各種類型的、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的實(shí)例分析說明這一問題的解決方法.

1 熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

1.1熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)

(1)表示反應(yīng)物或生成物都是氣體時(shí)，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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)態(tài)則指處于標(biāo)準(zhǔn)壓力下的純物質(zhì);

(4)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)對(duì)溫度沒有規(guī)定.

1.2 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

構(gòu)成電對(duì)的可逆反應(yīng)處于熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)的電極電勢(shì)，稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，表示為

2 各種類型衍生電對(duì)電勢(shì)的計(jì)算

在進(jìn)行衍生電對(duì)電勢(shì)的計(jì)算時(shí)，要處理好以下3個(gè)方面的問題.①衍生電對(duì)從本質(zhì)上仍然是原電對(duì)中氧化態(tài)和還原態(tài)之間的電子轉(zhuǎn)移，只是它們的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)不同;②衍生電對(duì)中的熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是針對(duì)衍生電對(duì)中存在的化學(xué)平衡的;③衍生電對(duì)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(dāng)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(shí)，計(jì)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而Fe3+(aq)+e－?Fe2+(aq)不是處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài).所以

3 總結(jié)

通過以上4個(gè)例子可以看出，只要寫出衍生電對(duì)在熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)相關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行計(jì)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(guó)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(guó)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(jī)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).