教學資源如何理解氧化還原反應的本質

如何理解氧化還原反應的本質黃明建在高一化學里，談到氧化還原反應的本質大多能明確：是構成物質的微粒間發(fā)生了電子轉移。但是對“物質間為什么會發(fā)生電子轉移”的問題，人們在討論時各自的理解和表述常有不同。其中，本世紀初出版的高一化學課本中相關表述頗具代表性，并且被廣泛采納。課本是以氯化鈉的形成過程為例，別開生面地結合鈉原子和氯原子的結構變化示意圖并輔以下面這組卡通畫進行了有趣的描述。由圖可以看出，一個鈉原子正為多出的一個電子犯愁，旁邊的氯原子知道后大為興奮——因為她正需要一個電子；很快鈉原子也獲知了這一信息，便主動送“貨”上門，氯原子欣然接受，彼此都達到了穩(wěn)定結構，實現(xiàn)了“供需平衡”，各得其樂，他們還成了一對友好的“貿易伙伴”。一段多么動人的故事?。】上?，真相是無情的。鈉原子并沒有想把電子主動送給氯原子，因為無論是鈉原子核還是氯原子核都是帶正電荷的（見上圖），它們都對電子有吸引力，都想將帶負電荷的電子吸引到自己的周圍。只是因為鈉原子核電荷數(shù)只有11，并且它的原子半徑較大（0.186nm），導致鈉原子核對外層電子的吸引力較??；而氯原子核電荷數(shù)為17，原子半徑只相當于鈉原子的1/2（0.099nm），所以氯原子核對電子的吸引力更大。當它們相遇時，鈉原子最外層的一個電子就被氯原子奪走了。有些人認為，鈉原子失去電子和氯原子得到電子的過程一定是一個放熱過程，其實不然。Na(g)+Cl(g)→Na+(g)+Cl－(g)△H=+147.2kJ·mol－1上式表明，單從鈉原子和氯原子間得失電子的能量變化來看，并不是一個放熱過程，而是一個吸熱過程。氯原子從鈉原子那里奪得電子是要付出代價的！我們之所以在通常實驗中能觀察到鈉在氯氣中燃燒并放出大量熱，那是因為反應中生成的鈉離子和氯離子間結合成NaCl晶體時會放出大量的熱。Na+(g)+Cl－(g)→NaCl(s)△H=－787.4kJ·mol－1并且，所放出的熱量遠遠超過形成氣態(tài)鈉原子、氣態(tài)氯原子以及它們之間發(fā)生電子轉移所需吸收的總能量：Na(g)+1/2Cl2(g)→NaCl(s)△H=－411.2kJ·mol－1顯然，教材編者關于鈉原子和氯原子間發(fā)生電子轉移所采用的擬人手法有些欠妥，可能是太在意知識的趣味性而疏忽了知識的科學性。在自然界，許多事物的變化都不以人的意志為轉移，它們共同遵循著自然界的叢林法則——優(yōu)勝劣汰，適者生存！即便是原子所在的微觀世界，這一法則也還有一定的適用性。在氧化還原反應中，原子間對電子的爭奪即為典型實例。2×2×e－2Na＋Cl22NaCl2Na＋Cl22NaCl+1－100點燃氧化產物還原產物氧化劑氧化產物還原產物氧化劑還原劑其中，2Na―2e―＝2Na+，金屬鈉失去電子表現(xiàn)出還原性，為還原劑；Cl2＋2e―＝2Cl―，氯氣得到電子表現(xiàn)出氧化性，為氧化劑。由于Na失去電子后形成的Na+、Cl2得電子后形成的Cl―都在NaCl中，所以NaCl既是氧化產物又是還原產物。又如，氫氣與氯氣的反應。HH2＋Cl22HCl點燃2×e－－1+100還原劑氧化劑氧化產物還原產物看上去，氫氣和氯氣反應與金屬鈉和氯氣反應非常相似，實際上它們在電子轉移的方式上有較大的差異，這種差異可以用市場經濟中對資本的“掠奪”與“投資”來形象地比喻。我們可以將電子看作不同經濟實體所擁有的“資本”，在金屬鈉與氯氣的反應中，氯分子中的氯原子是將鈉原子最外層電子完全奪走并占為己有，可視為“掠奪”；而在氫氣與氯氣的反應中，雖然氯原子吸引電子的能力較強，但氫原子并沒有將電子完全交給氯原子，而是與氯原子各提供一個電子彼此共用，可視作“投資”，它們重新組成了一個“經濟共同體”。因此，在氧化還原反應中，“電子的轉移”包含有兩種方式——得失與共用。氧化劑：KClO氧化劑：KClO3還原劑：KClO3氧化產物：O2還原產物：KCl2×6e－－2MnO2×6e－－2MnO20－1+52KClO32KClO3===2KCl+3O2↑△氧化劑：NH4NO3氧化劑：NH4NO3還原劑：NH4NO3氧化產物：N2還原產物：N20+5－35×3e－5NH45NH4NO3==2HNO3＋4N2↑＋9H2O△氧化劑：Na氧化劑：Na2O2還原劑：Na2O2氧化產物：O2還原產物：Na2CO32Na2O2+2CO2==2Na2CO3＋O2↑－10－22e－不過，我們完全不必因為原子間為電子的爭斗大傷情感，沒有矛盾的世界是不存在的。從生物的進化和繁衍角度來看，沒有原子間為電子的爭斗，就沒有新陳代謝，就沒有人的生老病死，世界就沒有生機，將數(shù)億年如一日，到處一片沉寂。那么，可愛的你又怎么能看到今天這個