第1篇:电极电势在无机化学中的应用

　　氧化还原反应是化学中的重要反应。原电池中，两个电极用导线连接，并用盐桥将电解液连接，导线中就有电流通过，这说明两个电极上具有电势存在，并且两极之间具有电势差，这种电极上所具有的电势就称电极电势，用？渍？厮表示。电极电势可用来衡量金属在水溶液中失去电子能力的大小，金属电极电势的高低主要决定于金属的种类、金属离子的浓度和溶液的温度。当外界条件一定时，对金属电极，其电势高低决定于金属活泼性的大小，金属越活泼，达到平衡时，电极的金属片单位面积上积累的负电荷就越多，电极相对于溶液的电势就越负，电极电势就越低；相反，金属越不活泼，溶解倾向则越小，电极电势就越高。

　　一、电极电势在氧化还原反应中的应用

　　1.判断氧化剂和还原剂的相对强弱

　　由金属电极电势的产生可知，标准电极电势数值越小，表明还原态越易失去电子，即其还原态的还原性越强，氧化态的氧化性越弱；？渍？厮值越大，表明氧化态越易得电子，即氧化剂是越强的氧化剂，还原剂就是越弱的还原剂。

　　例如，？渍■■=-0.76V，？渍■■=0.34V

　　∵0.34>-0.76

　　∴Cu2+的氧化性大于Zn2+.

　　∵-0.76<0.34∴还原性Zn>Cu

　　2.判断氧化还原反应进行的方向[1]

　　例1.试用标准电极电势判断Zn+Cu2+=Zn2++Cu反应能否自发向右进行。

　　已知？渍■■=-0.76V？渍■■=0.34V.

　　解：要使反应能自发向右进行，必须其标准电动势E？厮>0，否则E？厮<0，则向左进行。

　　E？厮=？渍■■-？渍■■=？渍■■-？渍■■=0.34-（-0.76）=1.01v>0

　　∴反应能自发向右进行。

　　或按氧化剂和还原剂的相对强弱判断。氧化还原反应发生在较强的氧化剂和较强的还原剂之间。

　　例2.试用标准电极电势判断

　　I2+2Fe2+=2Fe3++2I-反应进行的方向。

　　已知：？渍■■=0.54V，？渍■■=0.77V

　　解：E？厮=？渍■■-？渍■■=0.54-0.77

　　=0.23V<0，

　　∴反应向左进行。

　　3.选择氧化剂和还原剂

　　例如，含有Cl-、Br-和I-三种离子的混合溶液，欲使I-氧化为I2又不致使Br-、Cl-氧化，在常用的氧化剂Fe2（SO4）3和KMnO4中选择哪一种能符合上述要求？

　　解：查表知：？渍■■=0.535V，？渍■■

　　=0.77V，？渍■■=1.085V，？渍■■=1.353V，

　　？渍■■=1.491V.

　　可见，？渍■■值最大，是最强的氧化剂，可将I-、Br-、Cl-分别氧化成I2，Br2、Cl2，

　　∴KNMO4不符合上述要求。而

　　？渍■■比？渍■■大，却小于？渍■■和

　　？渍■■

　　∴Fe3+可将I-氧化成I2，而不能氧化I-和Br-。

　　满足要求：？渍■■∴选Fe2（SO4）3

　　∴选择氧化剂的原则是：选比要氧化的物质的电极电势高的氧化态物质（斜线上方的物质）[2]。

　　选择还原剂的原则是：选比要还原的物质的电极电势低的还原态物质（斜线下方的物质）。

　　4.求氧化还原反应的平衡常数

　　平衡常数K？厮与E？厮的关系：

　　∵△rＧ？厮＝-RTlnK？厮而△rＧ？厮=-nFE？厮（△rＧ=-nFG）

　　式中：n是氧化还原反应中电子的转移数，F是法拉第常数96.487KJ·V-1·mol-1

　　∴-nFE？厮=-RTlnK？厮

　　将常数代入并整理（F=96487J·V-1·mol-1，T=298.15K，R=8.314J·K-1·mol-1）

　　得：ｌgK？厮=■

　　例如，求电池反应Zn+Cu2+=Zn2++Cu在298K时的平衡常数。

　　解：ｌgK？厮=■=■

　　=■=37.1622

　　∴K？厮=1.45×10-37

　　二、电极电势在非氧化还原反应中的应用

　　1.弱酸反应

　　例如，求反应H++Ac-=HAc的平衡常数[3]

　　解：正极H++e=■H2

　　负极■H2+Ac-=HAc+e

　　电池反应H++Ac-=HAc

　　∴lgK=■∴K=5.37×104

　　2.弱碱反应

　　例如，求反应NH+4+OH-=NH3·H2O的平衡常数。

　　解：正极NH+4+e=■H2+NH3

　　负极■H2+OH-=H2O+e

　　电池反应NH+4+OH-=NH3·H2O

　　∴lgK=■

　　∴K=5.58×104

　　3.沉淀反应

　　例如，求反应Ag++Cl-=AgCl的平衡常数。

　　解：正极Ag++e=Ag

　　负极Ag++Cl-=AgCl+e

　　电池反应Ag++Cl-=AgCl

　　∴lgK=■

　　∴K=5.71×109

　　4.配合反应

　　例如，求反应Ag++2CN-=Ag（CN）-2的平衡常数。

　　解：正极Ag++e=Ag

　　负极Ag+2CN-=Ag（CN）-2+ｅ

　　电池反应Ag++2CN-=Ag（CN）-2

　　∴lgK=■

　　∴K=5.54×1018

　　可见，利用标准电极电势可以判断氧化还原反应的方向、判断氧化剂和还原剂的相对强弱、求氧化还原反应和非氧化还原反应的平衡常数等。电极电势在无机化学中有着非常重要的应用。

第2篇:CAI在无机化学课程中的应用

　　本文分析了计算机辅助教学的概况、无机化学课程的特点，结合作者在大学无机化学课程教学中的实践，叙述了计算机辅助教学在无机化学课程中应用。

　　0引言

　　当今的社会是一个信息化的社会，以计算机网络为代表的信息技术，正在以惊人的速度改善着人们的工作方式、生活方式和学习方式。计算机辅助教学、网络教学、教学设计等是当前教育技术中最为活跃、也是最具发展空间的领域，已经为越来越多的高校所采用，成为教育教学的支撑技术[1]。无机化学是各大高校化工专业、材料化学等专业一门重要的专业基础课，教学内容包括课堂讲授、课堂讨论和课外作业。本文对利用计算机模拟技术进行无机化学课程辅助教学过程进行探讨，目的在于全面推进素质教育，提高教学改革质量。

　　1计算机辅助教学(CAI)

　　计算机辅助教学(Computer-AssistedInstruction，简称CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。CAI属于现代教育技术的范畴，即在教学中利用计算机多媒体的处理能力，将教学中涉及到的文本、图形、图像和声音等媒体资料，按照一定的教学目标及要求组织起来，并按照一定的呈现形式，完成一定的教学任务的行为，也就是集图、文、声、像为一体，通过直观生动的形象来刺激学生的多种感官参与认识的活动，能调动学生的学习积极性，使学生成为学习的主体，从而提高课堂教学效率的教学辅助手段[2]。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。CAI的使用能有效地缩短学习时间提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标。

　　2无机化学课程的特点

　　化学作为一门中心学科，深深地影响着许许多多的技术学科[3]。无机化学则是各大高校化工专业、材料化学等专业学生学习的第一门化学基础课程，也是学生较早接触的一门起承上启下作用的专业基础课，有着很强的理论性和实践性。无机化学课程在元素周期律、原子和分子结构理论和四大化学平衡(酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡和络合解离平衡)原理的基础上，讨论重要元素及其化合物的结构、组成、性质及其变化规律等方面的内容[4]，知识涵盖面广，涉及的理论知识比较抽象，因此教学难度相对较大。教师在授课过程中，应尽量把复杂的知识简单化，把抽象的知识具体化，把简单的知识深化，以提高学生对该课程及本专业其它相关课程的学习兴趣。

　　3计算机辅助无机化学课程教学

　　化学是一门从分子、原子水平研究物质的组成、结构、性质、运动、变化及其规律的学科，对于微观世界，用传统的一本书、一支笔、一块黑板的教学手段很难使学生理解[5]。计算机辅助教学可以化抽象教学为形象教学，它借助计算机的模拟手段，可以提供丰富的声音、图象以及文字，可以使学生比较直观地感知微观粒子的运动，认识化学变化的本质，会最大地激发学生的好奇心和求知欲。同时用计算机辅助教学所做的多媒体课件在呈现客观事物的时间顺序、空间结构和运动特征之时，具有传统教学无法比拟的优势。对一些在普通条件下无法实现或无法用肉眼观测得到的现象、粒子的结构，可以借助多媒体生动直观地模拟出来。共价化合物的价键理论、分子轨道理论和配合物的价键理论以及电子对互斥理论是无机化学中重点介绍的理论，此内容一直也是无机化学教学中的难点之一。例如在共价键一节中，如何更直观、更具体地表现σ键和π键的形成过程，对于原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的σ键和原子轨道以“肩碰肩”方式相互重叠形成π键的理解，这些往往是学生认知的难点，也是教师难以用语言表达清楚的。在讲授此部分内容时，教师可以借助于计算机辅助教学，将电子云形象化：S轨道的电子云为一个球体，P轨道的电子云为纺锤体。通过动画展示电子云模式及电子云的重叠方式，采用立体和动画效果来处理这一部分的模型可大大增强立体感，让微观结构形象化，便于学生观察到成键过程，对抽象理论的理解更为直观。图1展示了σ键的三种成键方式，图2为π键的成键方式。

　　再如，在胶体一节[6]中，有关胶体的动力学性质——布朗运动，除了显微镜下可观察到胶体颗粒在不断地作无规则的运动外，还可以将这一微观的、难以用肉眼直接观察的粒子运动现象借助计算机辅助教学加以展示；对胶体的扩散双电层结构的观察也可借助多媒体，以KI过量时形成的AgI胶体为例。如图3所示胶团的构造示意图，分别以不同大小、不同颜色的球体来代表AgI(黄色球体)、I-(绿色球体)和K+(蓝色球体)，由AgI形成胶核，I-形成电位离子、部分K+形成反离子，另一部分K+形成扩散层，再由胶核和吸附层形成胶粒，胶粒和扩散层形成胶团，这样就有色彩丰富的、多层次的黄、绿、蓝球体构成了KI过量时形成的AgI胶团结构。借助计算机辅助教学，让学生对胶体的结构有了正确的理解，有利于学生对胶体的稳定性、电泳现象的理解。由此可见，CAI在表达抽象的概念、复杂的变化过程和运动形式上有着比传统教学更强、更丰富的表现力，课堂教学更为形象而生动。

　　4用CAI课件进行教学的建议

　　教学现代化，首先要教学手段现代化，计算机辅助教学是当前传统教学改革的一个有效方法，同时也在课堂教学中发挥着越来越重要的作用。但CAI仅仅是对传统教学方式的补充和延伸，只能作为无机化学课程教学的辅助工具，在使用CAI的过程中要把握好计算机辅助教学与传统教学方式的尺度，切不可本末倒置，特别强调合理的开发和利用。随着广大师生对计算机辅助教学技术的不断了解和深入，它在教学过程中将起着越来越重要的作用。