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【摘要】无机及分析化学是工科院校许多专业学生的专业基础课,课本中难理解的电化学内容较难;可以通过吉布斯函数这个根源,来推导公式的来源,使得学生可以很容易掌握电化学方面可内容,不需要去硬性记忆许多公式,使得学生真正掌握这部分内容。
【关键词】无机及分析化学;电化学;吉布斯函数
1 无机及分析化学在工科教学中的地位
无机及分析化学是材料、化工、环境、制药等专业的基础课,为学生今后的专业课学习提供一定的理论基础,因此,该课程发挥着日益重要的作用。无机及分析化学该课程知识点多,概念及基本理论很多,但是该课程的分配学时不很多,因此该课程的教学不可能很细致深入,为了在较短暂时间内,把这门课程的教学工作完成得更出色,有必要研究该课程的基本体系,这样在教学中,围绕一根红线进行教学,这根红线贯穿于整个教材的始终。
2 无机及分析化学主要包含的内容
无机及分析化学该门课程,主要内容包括:化学热力学、溶液及其性质、分子轨道理论、沉淀滴定、酸碱滴定、氧化还原滴定和配位滴定,上述内容中绝大多数基本公式的推导来源于吉布斯函数。
3 吉布斯函数在无机化学和分析化学中的应用实例
我们在首先掌握吉布斯函数最起初公式,△Gr=△Gθr+RT1nJ= RT1nJKθ, 因此我们根据这个最初公式,可以判断一个化学平衡移动的方向,可以判断反应进行的方向,也可以判断沉淀是否可以发生,判断沉淀或配合物之间的转化反应。尤其在电化学应用领域,需要指出的是,氧化还原反应可以看成电子的得到与失去,我们可以近似理解为电子在恒定电压下,克服电场力做功,因此,一个电子在稳定电场中运行所作的功大小为qU,q为一个电子的电量为1.6×10-19库仑,发生1摩尔电子电量所作的功为1.6×10-19×1.02×1023,这个数值为96500库仑,我们称之为法拉第常数,用F表示,在电化学领域,U为电位高的正极与电位低的负极之间的电位差值,此功为非体积功,为负功,所以在电化学领域,我们可以得到一个经典公式△Gr=-nF(E+-E-) ,△Gθr=-nF(Eθ+ -Eθ-),我们根据上面公式,很容易得到:(E+-E-) =(Eθ+ -Eθ-)-RTnF1nJ,因此我们在计算一个电池反应时,如果不知道方向,完全可以假设一个方向,进行计算,如果J小于1,实际反应与假设是相反的,如果J大于1,实际反应与假设是相反的。这样就避免了许多教材中电化学计算公式的混乱。通过这种追根求源的推导,可以让学生很轻松学习电化学知识,这一块是许多学生学习感到很棘手的,许多老师也不能完全理解教科书上的公式。
4 最近3年这门课程教学感受
无机及分析化学这门课程的教学中,学生平时学习中,认识到分子结构,配位化学和电化学比较难,通过本人将吉布斯函数引入到配位化学与电化学教学中,已经取得良好效果。
【关键词】无机及分析化学;电化学;吉布斯函数
1 无机及分析化学在工科教学中的地位
无机及分析化学是材料、化工、环境、制药等专业的基础课,为学生今后的专业课学习提供一定的理论基础,因此,该课程发挥着日益重要的作用。无机及分析化学该课程知识点多,概念及基本理论很多,但是该课程的分配学时不很多,因此该课程的教学不可能很细致深入,为了在较短暂时间内,把这门课程的教学工作完成得更出色,有必要研究该课程的基本体系,这样在教学中,围绕一根红线进行教学,这根红线贯穿于整个教材的始终。
2 无机及分析化学主要包含的内容
无机及分析化学该门课程,主要内容包括:化学热力学、溶液及其性质、分子轨道理论、沉淀滴定、酸碱滴定、氧化还原滴定和配位滴定,上述内容中绝大多数基本公式的推导来源于吉布斯函数。
3 吉布斯函数在无机化学和分析化学中的应用实例
我们在首先掌握吉布斯函数最起初公式,△Gr=△Gθr+RT1nJ= RT1nJKθ, 因此我们根据这个最初公式,可以判断一个化学平衡移动的方向,可以判断反应进行的方向,也可以判断沉淀是否可以发生,判断沉淀或配合物之间的转化反应。尤其在电化学应用领域,需要指出的是,氧化还原反应可以看成电子的得到与失去,我们可以近似理解为电子在恒定电压下,克服电场力做功,因此,一个电子在稳定电场中运行所作的功大小为qU,q为一个电子的电量为1.6×10-19库仑,发生1摩尔电子电量所作的功为1.6×10-19×1.02×1023,这个数值为96500库仑,我们称之为法拉第常数,用F表示,在电化学领域,U为电位高的正极与电位低的负极之间的电位差值,此功为非体积功,为负功,所以在电化学领域,我们可以得到一个经典公式△Gr=-nF(E+-E-) ,△Gθr=-nF(Eθ+ -Eθ-),我们根据上面公式,很容易得到:(E+-E-) =(Eθ+ -Eθ-)-RTnF1nJ,因此我们在计算一个电池反应时,如果不知道方向,完全可以假设一个方向,进行计算,如果J小于1,实际反应与假设是相反的,如果J大于1,实际反应与假设是相反的。这样就避免了许多教材中电化学计算公式的混乱。通过这种追根求源的推导,可以让学生很轻松学习电化学知识,这一块是许多学生学习感到很棘手的,许多老师也不能完全理解教科书上的公式。
4 最近3年这门课程教学感受
无机及分析化学这门课程的教学中,学生平时学习中,认识到分子结构,配位化学和电化学比较难,通过本人将吉布斯函数引入到配位化学与电化学教学中,已经取得良好效果。