電化學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題和討論

摘要：在物理化學(xué)關(guān)于電化學(xué)一章的教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)完之后，往往會(huì)對(duì)一些問(wèn)題含糊不清，似是而非，現(xiàn)就學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題一一列舉，并進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：正極和負(fù)極；陰極和陽(yáng)極；電池反應(yīng)；電極電勢(shì)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）44-0099-02

問(wèn)題一：電池中有兩個(gè)電極，書(shū)上有時(shí)稱正極和負(fù)極，有時(shí)又稱叫陰極和陽(yáng)極，為什么叫法不一樣。原因：盡管書(shū)上有陰極、陽(yáng)極、正極和負(fù)極的一些規(guī)定，但并未放在一起加以討論和敘述，這就要求教師必須在講授時(shí)做為一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行講解，讓學(xué)生一目了然，有些教師特別是年輕教師，經(jīng)驗(yàn)少也缺乏深入理解，備課、講課都按書(shū)上的順序，就給學(xué)生建立了一個(gè)模糊的概念。對(duì)策：講解電池（包括原電池，電解池）時(shí)，講清電池的組成包括電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)和兩個(gè)電極，其中電極的規(guī)定有兩種，規(guī)定一：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極為陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極為陰極；規(guī)定二：電勢(shì)高者為正極，電勢(shì)低者為負(fù)極。規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)不一致。我認(rèn)為規(guī)定一比較科學(xué)，對(duì)原電池和電解池都一致，也包括后面內(nèi)容中極化的結(jié)果，電極電勢(shì)等都采用這一規(guī)定，而正極、負(fù)極又是在實(shí)際生活中人們對(duì)電池習(xí)慣使用的一種說(shuō)法，二者并不矛盾?？梢酝ㄟ^(guò)舉例論證，陽(yáng)極并非就是正極，陰極并非就是負(fù)極，在原電池中就是如此。如電池Zn∣Zn2+（a1）∣∣Cu2+（a2）∣Cu鋅電極是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，但由于E（Zn2+/Zn）較之E（Cu2+/Cu）低，鋅電極是負(fù)極；而銅電極是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，由于E（Cu2+/Cu）較之E（Zn2+/Zn）高，銅電極是正極。

問(wèn)題二：一個(gè)電池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電池反應(yīng)必是氧化—還原反應(yīng)。原因：有此結(jié)論并不奇怪，責(zé)任還應(yīng)歸結(jié)到中學(xué)化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)的電化學(xué)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中。因?yàn)樵谥袑W(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)的電化學(xué)學(xué)習(xí)中，教科書(shū)上都舉的氧化還原反應(yīng)組成的原電池，也只寫(xiě)到電池中陽(yáng)極氧化、陰極還原為止，不完全懂或者想發(fā)揮的教師，再其后加一句就是電池反應(yīng)必定是氧化還原反應(yīng)。書(shū)上不寫(xiě)這句話也不做一點(diǎn)點(diǎn)說(shuō)明，就造成這一錯(cuò)誤結(jié)論在學(xué)生的思想上“根深蒂固”，給一些教師“創(chuàng)造”了發(fā)揮的空間。

對(duì)策：通過(guò)舉例告訴學(xué)生，消除這一不正確的推論。

例一：電池：Zn∣Zn2+（a1）∣∣Cu2+（a2）∣Cu

陽(yáng)極反應(yīng)：Zn—e→Zn2+

陰極反應(yīng)：Cu2++e→Cu

電池反應(yīng)：Cu2++Zn=Cu+Zn2+

確實(shí)是陽(yáng)極氧化陰極還原，電池反應(yīng)為氧化—還原反應(yīng)。

例二：電池：Pt∣H2∣OH-∣∣H+∣H2∣Pt

陽(yáng)極反應(yīng)：1/2H2+OH-—e→H2O

陰極反應(yīng)：H++e→1/2H2

電池反應(yīng)：H++OH-=H2O

也是陽(yáng)極氧化陰極還原，電極反應(yīng)就不是氧化—還原反應(yīng)，而是中和反應(yīng)。

例三：電池：Ag∣AgCl（s）∣Cl-∣∣Ag+∣Ag

陽(yáng)極反應(yīng)：Ag+Cl-—e→AgCl

陰極反應(yīng)：Ag++e→Ag

電池反應(yīng)：Ag++Cl-=AgCl

也是陽(yáng)極氧化陰極還原，電極反應(yīng)也不是氧化—還原反應(yīng)，而是沉淀反應(yīng)。

例四：電池：Ag∣Ag+（a1）∣∣Ag+（a2）∣Ag

陽(yáng)極反應(yīng)：Ag—e→Ag+（a1）

陰極反應(yīng)：Ag+（a2）+e→Ag

電池反應(yīng)：Ag+（a2）=Ag+（a1）

同樣陽(yáng)極氧化陰極還原，但電池反應(yīng)竟然不是化學(xué)反應(yīng)，僅僅是一物理過(guò)程（擴(kuò)散過(guò)程）?？偨Y(jié)：一個(gè)電池必須是陽(yáng)極氧化、陰極還原，總反應(yīng)并非氧化還原反應(yīng)。提升到物理化學(xué)高度，所有自發(fā)過(guò)程都有做功的能力，電池就是做電功的，也就是說(shuō)所有自發(fā)過(guò)程原則上都可以設(shè)計(jì)為原電池。

問(wèn)題三：不同教科書(shū)中，電極電勢(shì)的Nernst關(guān)系式寫(xiě)法不一樣。原因：對(duì)電極電勢(shì)的定義不明確，對(duì)電極電勢(shì)Nernst關(guān)系式的來(lái)龍去脈不清楚所造成。對(duì)策：明確電極電勢(shì)的定義（國(guó)際上規(guī)定），以標(biāo)準(zhǔn)氫電極做陽(yáng)極，待測(cè)電極做陰極，組成電池，該電池的電動(dòng)勢(shì)為待測(cè)電極的電極電勢(shì)（同時(shí)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)為零）。

即標(biāo)準(zhǔn)氫電極∣∣待測(cè)電極

或Pt∣H2（100kpa，g）∣H+（a=1）∣∣待測(cè)電極

E待測(cè)=E

陽(yáng)極：1/2ZH2—Ze→ZH+

陰極：氧化態(tài)+Ze→還原態(tài)

電池反應(yīng)：1/2ZH2+氧化態(tài)=ZH++還原態(tài)

E待測(cè)=E=Eθ-■ln■=E■待測(cè)-■ln■

此即，電極電勢(shì)的Nernst關(guān)系式，有些作者按照自己習(xí)慣寫(xiě)成

E待測(cè)=E■待測(cè)+■ln■

也沒(méi)有錯(cuò)，但究竟在對(duì)數(shù)后氧化態(tài)的活度做分子還是還原態(tài)的活度做分子，這樣的寫(xiě)法讓人有些糊涂。實(shí)際上，電極電勢(shì)的Nernst關(guān)系式是從化學(xué)反應(yīng)的等溫方程演變來(lái)的，化學(xué)反應(yīng)等溫方程式：

ΔrGm=ΔrG■■+RTlnΠa■■

ΔrGm=-ZEF

同理：ΔrG■■=-ZFEΘ

則-ZEF=-ZEFθ+RTlnΠa■■

E=Eθ-■lnΠa■■

這樣講解它的來(lái)龍去脈，寫(xiě)法上不會(huì)出現(xiàn)混亂。另外，還有些書(shū)寫(xiě)電池表示式時(shí)，要加上“+”或“-”號(hào)，都不符合電池寫(xiě)法的規(guī)定，這大都出現(xiàn)在無(wú)機(jī)化學(xué)的教材中。以上說(shuō)法是否正確，供同行討論。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)，侯文華.物理化學(xué)（第五版下冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]傅玉普.多媒體CAI物理化學(xué)[M].第四版.大連理工大學(xué)出版社，1998.

作者簡(jiǎn)介：楊百勤（1962-），男，陜西乾縣人，教授，從事物理化學(xué)教學(xué)工作30年，曾任陜西科技大學(xué)教學(xué)督導(dǎo)。