第一節(jié)氧化還原反應(yīng)

1、高中化學(xué)第一冊(cè)·第一章·第一節(jié)高中化學(xué)第一冊(cè)·第一章目錄第一章 化學(xué)反應(yīng)及其能量變化人類的祖先在與自然界的長期斗爭中，很早就開始利用火。他們用火來取暖、燒烤食物，進(jìn)而又用火來燒制陶器、煉銅、煉鐵，等等。因此，我們可以說，人類的文明是從火堆中萌發(fā)的，火在人類的進(jìn)化中起了很重要的作用！ 我們知道，火是木柴等可燃物燃燒時(shí)所產(chǎn)生的，要探索火的奧秘，就需要研究可燃物的燃燒。在初中化學(xué)中，我們已經(jīng)知道燃燒是指可燃物跟空氣中的氧氣發(fā)生的一種發(fā)光、發(fā)熱的劇烈的氧化反應(yīng)。但是，僅僅知道這些知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們還需要繼續(xù)研究諸如燃燒反應(yīng)的本質(zhì)是什么？燃燒是否一定要有氧氣參加？在燃燒

2、過程中能量是如何變化的？如何提高燃料的燃燒效率？如何防止燃燒產(chǎn)物對(duì)大氣造成的污染？等等。這些問題，大多與我們?cè)诒菊轮袑W(xué)習(xí)的化學(xué)反應(yīng)及其能量變化知識(shí)有密切的關(guān)系，有些問題還有待今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)。第一節(jié) 氧化還原反應(yīng)第二節(jié) 離子反應(yīng)第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的能量變化本章小結(jié)習(xí)題： 第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 復(fù)習(xí)題第一節(jié) 氧化還原反應(yīng)一、化學(xué)反應(yīng)的類型我們知道，木炭在氧氣中燃燒生成二氧化碳的反應(yīng)，既是化合反應(yīng)，又是氧化反應(yīng)。C O2 CO2正如我們可以根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)，將物質(zhì)分成單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽等若干那樣，我們也可以把化學(xué)反應(yīng)分成若干類。這樣，不僅學(xué)習(xí)時(shí)更簡便，而且也有利于了解各類化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

3、化學(xué)反應(yīng)從不同的角度可以有多種分類方法。例如，在初中化學(xué)中，我們?cè)鴮W(xué)習(xí)過兩種不同的分類方法。1根據(jù)反應(yīng)物和生成物的類別以及反應(yīng)前后物質(zhì)種類的多少，把化學(xué)反應(yīng)分為化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)。這就是我們通常所說的四種基本類型的反應(yīng)。表11 四種基本類型的反應(yīng)反應(yīng)類型表達(dá)式舉例化合反應(yīng)ABAB2H2 O2 2H2O分解反應(yīng)ABAB置換反應(yīng)ABCACBZn 2HCl ZnCl2 H2復(fù)分解反應(yīng)ABCDADCBNaOH HCl NaCl H2O2根據(jù)反應(yīng)中物質(zhì)是否得到氧或失去氧，把化學(xué)反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。表12 氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)反應(yīng)類型得失氧的情況舉例氧化反應(yīng)物質(zhì)得到氧的反應(yīng)S

4、O2 SO2還原反應(yīng)物質(zhì)失去氧的反應(yīng)在CuO H2 Cu H2O的反應(yīng)中，氧化銅失去氧而變成單質(zhì)銅的反應(yīng)通過討論我們可以知道，四種基本類型的分類方法是一種重要的分類方法。但由于這種分類方法更多地是從形式上劃分的，因此，既不能較深入地反映化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，也不能包括所有的化學(xué)反應(yīng)。同樣，從物質(zhì)在反應(yīng)中是否得氧和失氧的角度把化學(xué)反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，也是不夠全面的，它把在一個(gè)反應(yīng)中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)過程人為地分割開，因而，也不能反映該類反應(yīng)的本質(zhì)。由此說明，我們?cè)诨瘜W(xué)學(xué)習(xí)的初始階段，學(xué)習(xí)的一些概念和原理往往是不完善和不全面的，這些概念和原理常有它們的適用范圍。因此，我們應(yīng)該正確、恰當(dāng)?shù)乜创@些初始

5、階段的概念和原理，并注意它們今后的發(fā)展，以科學(xué)的態(tài)度來學(xué)習(xí)化學(xué)。下面，我們根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中是否有電子轉(zhuǎn)移（得失或偏移），來學(xué)習(xí)一類重要的化學(xué)反應(yīng)氧化還原反應(yīng)。二、氧化還原反應(yīng)從上面的討論中可以知道，在氫氣與氧化銅的反應(yīng)中：氧化銅失去氧發(fā)生還原反應(yīng)，氫氣得到氧發(fā)生氧化反應(yīng)。這兩個(gè)截然相反的過程是在一個(gè)反應(yīng)中同時(shí)發(fā)生的。在化學(xué)反應(yīng)中，一種物質(zhì)與氧化合，必然同時(shí)有另一種物質(zhì)中的氧被奪去。也就是說，有一種物質(zhì)被氧化，必然有一種物質(zhì)被還原。像這樣一種物質(zhì)被氧化，同時(shí)另一種物質(zhì)被還原的反應(yīng)叫做氧化還原反應(yīng)。在反應(yīng)中，銅元素的化合價(jià)由2價(jià)降低到0價(jià)，氧化銅被還原；氫元素的化合價(jià)由0價(jià)升高到1價(jià)，氫氣被氧化。我

6、們對(duì)氧化銅與碳的反應(yīng)以及水蒸汽與碳的反應(yīng)等進(jìn)行類似的分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有同樣的情況存在：由此我們可以得出這樣的結(jié)論：物質(zhì)所含元素化合價(jià)升高的反應(yīng)是氧化反應(yīng)，物質(zhì)所含元素化合價(jià)降低的反應(yīng)還原反應(yīng)。有元素化合價(jià)升降的化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)。用化合價(jià)升降的觀點(diǎn)不僅能分析有得氧和失氧關(guān)系的反應(yīng)，還能分析雖沒有得氧和失氧關(guān)系，但元素化合價(jià)在反應(yīng)前后有變化的反應(yīng)。我們已經(jīng)知道，元素化合價(jià)的升降與電子得失或偏移有密切關(guān)系。由此可以推論，氧化還原反應(yīng)與電子的轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系。這種關(guān)系是什么呢？我們以鈉與氯氣的反應(yīng)，以及氫氣與氯氣的反應(yīng)為例來分析。鈉原子的最外電子層上有1個(gè)電子，氯原子的最外電子層上有7個(gè)電子。當(dāng)鈉與

7、氯反應(yīng)時(shí)，鈉原子失去1 個(gè)電子成為鈉離子，氯原子得到1 個(gè)電子成為氯離子。在這個(gè)反應(yīng)中，發(fā)生了電子（用e）的轉(zhuǎn)移。在離子化合物里，失去電子的原子帶正電，這種元素的化合價(jià)是正價(jià)；得到電子的原子帶負(fù)電，這種元素的化合價(jià)是負(fù)價(jià)。在鈉與氯氣的反應(yīng)中，鈉失去1個(gè)電子，化合價(jià)從0價(jià)升高到1價(jià)，被氧化；氯得到1個(gè)電子，化合價(jià)從0價(jià)降低到1價(jià)，被還原。在氯氣與氫氣的反應(yīng)中，由于生成的氯化氫是共價(jià)化合物，在電子的轉(zhuǎn)移過程中，哪一種元素的原子都沒有完全失去或完全得到電子，它們之間只有共用電子對(duì)的偏移，且共用電子對(duì)偏離于氫原子而偏向于氯原子。因此，氫元素的化合價(jià)從0價(jià)升高到1價(jià)，被氧化；氯元素的化合價(jià)從0價(jià)降低到1

8、價(jià)，被還原。綜上所述，我們可以給氧化還原反應(yīng)下一個(gè)更為本質(zhì)的定義：有電子轉(zhuǎn)移（得失或偏移）的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)。沒有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，就是非氧化還原反應(yīng)。在氧化還原反應(yīng)中，電子轉(zhuǎn)移（得失或偏移）和化合價(jià)升降的關(guān)系如圖所示。氧化，失去e，化合價(jià)升高432101234567還原，得到e，化合價(jià)降低為了幫助理解和記憶，常可利用圖、表等來描述一些知識(shí)間的關(guān)系。四種基本類型反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系如圖所示。三、氧化劑和還原劑氧化劑和還原劑作為反應(yīng)物共同參加氧化還原反應(yīng)。在反應(yīng)中，電子從還原劑轉(zhuǎn)移到氧化劑，即氧化劑是得到電子（或電子對(duì)偏向）的物質(zhì)，在反應(yīng)時(shí)所含元素化合價(jià)降低。氧化劑具有氧化性，反應(yīng)時(shí)本身被還原。還原劑是失去電子（或電子對(duì)偏離）的物質(zhì)，在反應(yīng)時(shí)所含元素化合價(jià)升高。還原劑具有還原性，反應(yīng)時(shí)本身被氧化。例如，對(duì)于下列反應(yīng)：在中學(xué)化學(xué)中，常用作為氧化劑的物質(zhì)有O2、Cl2、濃硫酸、HNO3、KMnO4、FeCl3等；常用作還原劑的物質(zhì)有活潑的金屬單質(zhì)如Al、Zn、Fe，以及C、H2、CO等。氧化還原反應(yīng)是一類重要的化學(xué)反應(yīng)。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和日常生活中都有廣泛的應(yīng)用。例如，食物在人體內(nèi)被消化，以提供生命活動(dòng)所需的營養(yǎng)或能量，就離不開氧化還原反應(yīng)。又如，煤燃燒、釀酒、電鍍、金屬的冶煉等，也都離不開氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)的重要應(yīng)用之一是制取物質(zhì)，例如，可以利用下