氧化还原反应教学中的难点分析——衍生电对电势的计算问题

牛草原

(河南农业大学理学院，河南郑州 450002)

氧化还原反应教学中的难点分析
——衍生电对电势的计算问题

牛草原

(河南农业大学理学院，河南郑州 450002)

通过阐述基本概念的准确内涵和列举4个不同类型的例子，解决教学中衍生电对电势计算四大平衡的难点问题.

氧化还原反应;普通化学;衍生电对;电势;计算;热力学标准态

0 引言

在化学基本理论的四大平衡中，氧化还原反应是最难领会的问题之一，其重要原因是:酸碱平衡、配位平衡和沉淀溶解平衡都是采用平衡常数进行计算和分析的，而化学平衡常数在以前的化学热力学问题中的化学平衡部分已经学习过，甚至在高中化学中已经有很多的接触，学生在学习和理解时感到容易和轻松;但是氧化还原反应问题用到最多的是电极、原电池、电对和电对的电极电势，很少用到平衡常数［1－3］.更复杂、更重要、对学生学习来说更难的是多重平衡共存的问题.平衡体系中存在酸碱平衡、配位平衡和沉淀溶解平衡，同时存在其中两种平衡的问题可以利用竞争平衡和竞争平衡常数来解决.但是，如果共存的两种平衡中有一种是氧化还原反应，一般要涉及其他平衡影响下电极电势的计算，即衍生电对电势计算.因此，可以说衍生电对电势计算是化学平衡或氧化还原反应教学中最难的部分.本文从化学平衡中热力学标准态、电极电势和衍生电对等基本概念入手，通过对各种类型的、由简单到复杂的实例分析说明这一问题的解决方法.

1 热力学标准态与标准电极电势

1.1热力学标准态

(1)表示反应物或生成物都是气体时，各物质分压为1×105Pa;

(2)反应物及生成物都是溶液状态时，各物质的浓度1 mol·kg－1(近似1 mol·dm－3);

(3)固体和液体的标准态则指处于标准压力下的纯物质;

(4)标准态对温度没有规定.

1.2 标准电极电势

构成电对的可逆反应处于热力学标准态时的电极电势，称为标准电极电势，表示为

2 各种类型衍生电对电势的计算

在进行衍生电对电势的计算时，要处理好以下3个方面的问题.①衍生电对从本质上仍然是原电对中氧化态和还原态之间的电子转移，只是它们的标准态不同;②衍生电对中的热力学标准态是针对衍生电对中存在的化学平衡的;③衍生电对问题本质上是多重平衡问题，要利用化学平衡的基本理论，特别是要考虑到其他3种平衡的影响.

2.1 涉及沉淀溶解平衡的类型

例1求AgI(s)+e=Ag(s)+I－电极反应的

2.2 涉及配位平衡的类型

由于c(Cu+)不等于1 mol·dm－3，则

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－配离子生成.当系统c(CN－)=1.0 mol·dm－3，c(［Fe(CN)6］3－)=c(［Fe(CN)6］4－)=1.0 mol·dm－1时，计算φθ(［Fe(CN)6］3－/［Fe(CN)6］4－).

解由于Fe3+(aq)+e－⇌Fe2+(aq)，加KCN后，发生下列配位反应

显然，在这种条件下，Fe3+和Fe2+的浓度均不等于1 mol·dm－3，化学平衡［Fe(CN)6］3－(aq)+e－⇌［Fe(CN)6］4－(aq)处于标准状态，而Fe3+(aq)+e－⇌Fe2+(aq)不是处于标准状态.所以

3 总结

通过以上4个例子可以看出，只要写出衍生电对在热力学标准态时相关物质的标准态，然后将它们与其他的化学平衡联系起来，按照Nernst Equation进行计算，即可解决这类难题.

［1］ 孙英，卜平宇.普通化学［M］.北京:中国农业大学出版社，2009:175－205.

［2］ 赵士铎，董元彦，杨桂梧，等.普通化学［M］.2版.北京:中国农业大学出版社，2003:202－207.

［3］ 宋天佑，程鹏，王杏乔，等.无机化学［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，河南西华人，河南农业大学理学院副教授，主要研究方向:功能配位化学.