探讨电对有副反应的标准电极电势的教学方式

彭庆蓉+刘丰茂+王红梅+熊艳梅+张春荣

【摘要】通过设计原电池，利用原电池的电动势及氧化还原反应平衡常数的基本概念，针对电对中物质发生酸碱反应、沉淀反应以及配位反应后的标准电极电势，推导出未知电对的标准电极电势与各类平衡常数的关系，从而判断出随着平衡常数的递变未知电对的标准电极电势的递变规律。

【关键词】原电池 副反应 标准电极电势

在农林院校非化学专业大一《普通化学》氧化还原章节中，利用标准电极电势和溶度积常数、酸常数以及配合物的稳定常数等计算未知电对的标准电极电势是教学的重点和难点。例如，在讨论时，同学们难以理解，参照例题不能举一反三。一些期刊分别介绍了运用热力学方法、多重平衡以及元素电势图等各方面来理解上述问题，但是这些方法需要运用很多章节的内容，公式复杂不便记忆，特别是对于农林院校非化学专业的大一学生来讲，难度很大。首先，农林院校非化学专业的学生对于《普通化学》这门课的重视程度不够，他们认为这只是一门类似马列主义的基础课，只需要记忆背诵就可以学好的课程，实际上这样的理解大错特错。其次，《普通化学》教材对于农林院校非化学化专业的学生来说要求本来就很低，特别是热力学章节判断反应的自发性问题，很多结论没有经过推导就直接给出来，这对于学生来讲很难理解，更不用说很好的运用。当讲到氧化还原反应章节时，对于电对中氧化态或者还原态物质有副反应发生时（如生成沉淀、配合物及弱酸碱）标准电极电势的计算，此时如果再运用热力学等其他方法来解决这个问题，对于农林院校非化学专业的学生就会顾此失彼，难于应对。

综上所述，本文通过设计原电池，着重讨论电对中有副反应发生（如生成沉淀、配合物及弱酸碱）时标准电极电势的计算方法，得出电对中氧化态或者还原态物质有副反应发生时电对的标准电极电势通式，这种方法涉及的知识点少，简单直观，易于理解。重点是如何设计合理的原电池。

在讲课过程中，首先，要强调电对的标准电极电势的定义是在指定温度（通常为298 K）下，电对中任何物质都处于标准状态下所产生的电极电势称为该电对的标准电极电势。标准状态的定义是在指定温度时，溶液中离子浓度为1 mol·L-1，气体压力为l00 kPa；其次，要着重强调原电池的电动势等于正极电极电势减去负极电极电势。最后，分别推导出电对中物质发生副反应（如酸碱反应、沉淀反应以及配位反应）后标准电极电势与各类平衡常数的关系的通式。因此设计原电池是计算标准电极电势的关键。

第一步，先写出标准状态下电对中没有发生副反应的物质的半反应，此半反应作为原电池的正极或者负极，得电子的半反应为正极，失电子的半反应为负极，并写出相应的标准电极电势。

第二步，写出标准状态下电对中有发生副反应的物质的半反应，如果第一步的半反应是原电池的正极，这一步的半反应就是原电池的负极，并写出相应的标准电极电势。

第三步，将标准状态下两个半反应相加或者相减得到总反应，并写出此总反应的标准平衡常数及表达式。

第四步，将第一步和第二步的两个半电池组成原电池，并写出原电池的标准电动势的表达式。

最后，利用标准电动势与标准平衡常数的关系（如下式）就可以得出发生副反应后的标准电极电势。

下面分别举例计算加以说明。

一、电对中物质生成沉淀后的标准电极电势

1.电对中氧化型物质生成沉淀后的标准电极电势

二、电对中氧化型物质生成配合物后的标准电极电势

三、电对中氧化性物质生成弱酸后的标准电极电势

通过分析和计算表明，设计原电池由已知电对标准电极电势求取未知电对标准电极电势注意三点：一是原电池正负极的选择要选取已知和未知电对中有的电对，不是任意选取；二是原电池的正负极各物质的状态都应该表明；三是通过弱酸弱碱的解离常数、难溶盐的溶度积常数和配离子的稳定常数表示未知电对的标准电极电势，只要准确理解公式涵义、真正掌握应用公式的条件和范围，就可得出准确的数据和结论。

参考文献：

[1]揭念芹.无机及分析化学[M].科学出版社，2013.249.

[2]任丽萍.普通化学[M].高等教育出版社，2007.314.

[3]童艷花，杨金田，徐敏虹.应用标准电极电势求标准平衡常数的几个注意点[J].化工高等教育，2014，（04）：97-99.

[4]张引莉，范广，孙家娟.探究用热力学方法计算电极电势的公式[J].广州化工，2011，（39）：181.

[5]孙秋香，黄元乔.几种类型标准电极电势相互关系的探讨[J].湖北第二师范学院学报，2010，（12）：31-33.

[6]付瑶.多重平衡体系中电极电势计算公式推导[J].吉林建筑工程学院学报，2009，（12）：99-103.endprint