电化学教学中存在的问题和讨

摘 要：在物理化学关于电化学一章的教学中,学生在学完之后,往往会对一些问题含糊不清,似是而非,现就学生经常出现的问题一一列举,并进行讨论.

关 键 词：正极和负极；阴极和阳极；电池反应；电极电势

中图分类号：G642.41文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）44-0099-02

问题一：电池中有两个电极,书上有时称正极和负极,有时又称叫阴极和阳极,为什么叫法不一样.原因：尽管书上有阴极、阳极、正极和负极的一些规定,但并未放在一起加以讨论和叙述,这就要求教师必须在讲授时做为一个问题进行讲解,让学生一目了然,有些教师特别是年轻教师,经验少也缺乏深入理解,备课、讲课都按书上的顺序,就给学生建立了一个模糊的概念.对策：讲解电池（包括原电池,电解池）时,讲清电池的组成包括电解质溶液或熔融的电解质和两个电极,其中电极的规定有两种,规定一：发生氧化反应的电极为阳极,发生还原反应的电极为阴极；规定二：电势高者为正极,电势低者为负极.规定的标准不一致.我认为规定一比较科学,对原电池和电解池都一致,也包括后面内容中极化的结果,电极电势等都采用这一规定,而正极、负极又是在实际生活中人们对电池习惯使用的一种说法,二者并不矛盾.可以通过举例论证,阳极并非就是正极,阴极并非就是负极,在原电池中就是如此.如电池Zn∣Zn2+（a1）∣∣Cu2+（a2）∣Cu锌电极是阳极,发生氧化反应,但由于E（Zn2+/Zn）较之E（Cu2+/Cu）低,锌电极是负极；而铜电极是阴极,发生还原反应,由于E（Cu2+/Cu）较之E（Zn2+/Zn）高,铜电极是正极.

问题二：一个电池阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,电池反应必是氧化—还原反应.原因：有此结论并不奇怪,责任还应归结到中学化学和无机化学的电化学相关内容的学习中.因为在中学和无机化学的电化学学习中,教科书上都举的氧化还原反应组成的原电池,也只写到电池中阳极氧化、阴极还原为止,不完全懂或者想发挥的教师,再其后加一句就是电池反应必定是氧化还原反应.书上不写这句话也不做一点点说明,就造成这一错误结论在学生的思想上“根深蒂固”,给一些教师“创造”了发挥的空间.

对策：通过举例告诉学生,消除这一不正确的推论.

例一：电池：Zn∣Zn2+（a1）∣∣Cu2+（a2）∣Cu

阳极反应：Zn—e→Zn2+

阴极反应：Cu2++e→Cu

电池反应：Cu2++Zn等于Cu+Zn2+

确实是阳极氧化阴极还原,电池反应为氧化—还原反应.

例二：电池：Pt∣H2∣OH-∣∣H+∣H2∣Pt

阳极反应：1/2H2+OH-—e→H2O

阴极反应：H++e→1/2H2

电池反应：H++OH-等于H2O

也是阳极氧化阴极还原,电极反应就不是氧化—还原反应,而是中和反应.

例三：电池：Ag∣AgCl（s）∣Cl-∣∣Ag+∣Ag

阳极反应：Ag+Cl-—e→AgCl

阴极反应：Ag++e→Ag

电池反应：Ag++Cl-等于AgCl

也是阳极氧化阴极还原,电极反应也不是氧化—还原反应,而是沉淀反应.

例四：电池：Ag∣Ag+（a1）∣∣Ag+（a2）∣Ag

阳极反应：Ag—e→Ag+（a1）

阴极反应：Ag+（a2）+e→Ag

电池反应：Ag+（a2）等于Ag+（a1）

同样阳极氧化阴极还原,但电池反应竟然不是化学反应,仅仅是一物理过程（扩散过程）.总结：一个电池必须是阳极氧化、阴极还原,总反应并非氧化还原反应.提升到物理化学高度,所有自发过程都有做功的能力,电池就是做电功的,也就是说所有自发过程原则上都可以设计为原电池.

问题三：不同教科书中,电极电势的Nernst关系式写法不一样.原因：对电极电势的定义不明确,对电极电势Nernst关系式的来龙去脉不清楚所造成.对策：明确电极电势的定义（国际上规定）,以标准氢电极做阳极,待测电极做阴极,组成电池,该电池的电动势为待测电极的电极电势（同时规定标准氢电极的电极电势为零）.

即标准氢电极∣∣待测电极

或Pt∣H2（100kpa,g）∣H+（a等于1）∣∣待测电极

E待测等于E

阳极：1/2ZH2—Ze→ZH+

阴极：氧化态+Ze→还原态

电池反应：1/2ZH2+氧化态等于ZH++还原态

E待测等于E等于Eθ-ln等于E待测-ln

此即,电极电势的Nernst关系式,有些作者按照自己习惯写成

E待测等于E待测+ln

也没有错,但究竟在对数后氧化态的活度做分子还是还原态的活度做分子,这样的写法让人有些糊涂.实际上,电极电势的Nernst关系式是从化学反应的等温方程演变来的,化学反应等温方程式：

ΔrGm等于ΔrG+RTlnΠa

ΔrGm等于-ZEF

同理：ΔrG等于-ZFEΘ

则-ZEF等于-ZEFθ+RTlnΠa

E等于Eθ-lnΠa

这样讲解它的来龙去脉,写法上不会出现混乱.另外,还有些书写电池表示式时,要加上“+”或“-”号,都不符合电池写法的规定,这大都出现在无机化学的教材中.以上说法是否正确,供同行讨论.