淺析氧化還原反應(yīng)及應(yīng)用

鄭小玉

摘 要?化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，都必須遵循能量守恒和質(zhì)量守恒兩大規(guī)律，除遵循這些規(guī)律外，有些反應(yīng)中有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，稱之為氧化還原反應(yīng)。這類反映在日常生活中較為廣泛，是一類重要的化學(xué)反應(yīng)。

關(guān)鍵詞?氧化還原反應(yīng);電子轉(zhuǎn)移;化合價;生活;應(yīng)用

中圖分類號：B031，B027 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2018）22-0204-01

一、氧化還原反應(yīng)概述

化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是把不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)變成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)中最小的微粒是原子，有些原子最外層電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（2個或8個），。這類原子較為穩(wěn)定，一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而又有一些原子的最外層電子還未達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)中就會失去電子或得到電子，或者形成共用電子對而達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這一類反應(yīng)稱之為氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)是：有電子的得失（或電子對的偏移）。有的原子得電子有的原子失電子，得電子總數(shù)等于失電子總數(shù)。氧化還原反應(yīng)遵循能量守恒、質(zhì)量守恒外還遵循電子守恒規(guī)律。

原子核外電子變化會引起元素化合價發(fā)生變化，失去電子化合價會升高，得到電子，化合價會降低，所以反應(yīng)中電子發(fā)生轉(zhuǎn)移必會引起某種元素的化合價發(fā)生變化，因為得電子總數(shù)等于失電子的總數(shù)，化合價升高的總數(shù)等于化合價降低的總數(shù)。所以氧化還原反應(yīng)本質(zhì)是電子發(fā)生的轉(zhuǎn)移，外部表現(xiàn)則是化合價發(fā)生變化。由此，我們可以得出氧化還原反應(yīng)的特征是：元素化合價發(fā)生變化，以此來判斷一個反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)更全面、更準確。

在氧化還原反應(yīng)中，化合價升高的反應(yīng)是氧化反應(yīng)，原子在反應(yīng)中失電子（或電子對偏離），該物質(zhì)具有還原性。具有還原性的物質(zhì)稱之為還原劑;化合價降低的反應(yīng)是還原反應(yīng)，原子在反應(yīng)中得到電子，該物質(zhì)具有氧化性，具有氧化性的物質(zhì)稱之為氧化劑。在同一反應(yīng)體系中，失電子的原子把電子給了得電子的原子，故失電子和得電子的過程同時進行，即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時進行。氧化劑被還原，在中學(xué)化學(xué)中常用作氧化劑的物質(zhì)O₂、Cl₂、濃硫酸、HNO₃、KMnO₄、FeCl₃等，在日常生活中O₂是最常見的氧化劑;還原劑化合價升高被氧化，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。當氧化劑與還原劑相遇，在一定的條件下，二者就有可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。所以，不管在我們的日常生活中，還是工作研究中，氧化還原反應(yīng)隨處可見。

二、氧化還原反應(yīng)在生活中的體現(xiàn)

（一）植物的光合作用和呼吸作用

植物的光合作用以及呼吸作用可以算是比較復(fù)雜的一類。光合作用可以說是一個非常的大的綠色工廠。它的過程主要是通過葉綠體的作用，綠色植物能夠充分利用光能以及二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機物質(zhì)，用于儲存能量，同時還可以釋放出一定的氧氣。化學(xué)方程式為：6CO₂+6H₂O=C₆H1₂O₆+6O₂。光合作用除了能夠制造有機物，還起到了轉(zhuǎn)化并且儲存太陽能，平衡大氣中氧與二氧化碳的含量使其達到一定穩(wěn)定度的作用。所謂的呼吸作用就是動植物消耗氧與碳水化合物以產(chǎn)生二氧化碳和水的反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：C₆H1₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O，能量在人體中的呼吸作用還包括肺葉中氧與二氧化碳的交換。而細胞中食物養(yǎng)分（葡萄糖）氧化所產(chǎn)生的能量，及用來推動身體的各項機能。

由此可見，光合作用和呼吸作用恰是相反的兩項反應(yīng)，陽光的能量可經(jīng)由光合作用儲存在葡萄糖中，葡萄糖經(jīng)由呼吸作用而氧化，又釋放出能量供生物運用。

（二）自然界中氮的循環(huán)

除了碳的循環(huán)外，自然界中氮的循環(huán)也是生命現(xiàn)象不可缺少的一環(huán)。氨基酸和蛋白質(zhì)也是維持生命活動的要素。空氣中的N₂與O₂在有閃電存在的條件下，生成NO，在逐漸被還原成氨，氨借助生物體中的酶進入到蛋白質(zhì)中，成為含氮化合物，在許多細菌酶的作用下，含氮化合物被還原產(chǎn)生N₂，釋放于大氣中，從而完成整個循環(huán)。

三、氧化還原反應(yīng)在化工行業(yè)中的應(yīng)用

（一）化學(xué)電源

化學(xué)電源是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類。無論是那一類電池它的內(nèi)部其實都是一個個原電池裝置，都有負極、正極電解液構(gòu)成，電池工作時，均是負極上失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，總反應(yīng)為能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。其中燃料電池是現(xiàn)在最引人矚目的能源裝置之一，它通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電源和熱能。依據(jù)燃料電池中所用的電解質(zhì)類型不同可分為;磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。磷酸型燃料電池是實用化最早、并且使用較多的燃料電池。堿性燃料電池是燃料電池中研究較早的一種，它的最大優(yōu)點是：用于可在較低溫度下工作，電池本體材料可選用廉價的耐堿性工程塑料成型加工工藝簡單。

（二）電鍍鍍層

電鍍是應(yīng)用點解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法.電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。電鍍時，通常把待鍍而金屬制品（鍍件）作陰極，把一些在空氣或溶液里不易起變化的金屬（如鉻.銀）和合金（鍍層）金屬作陽極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。在直流電的作用下，陽極（鍍層）金屬失電子，變成陽離子進入電鍍液中。在直流電的作用下，陽極（鍍層）金屬失去電子，變成陽離子進入電鍍液中，均勻地覆蓋在鍍體的表面，從而達到電鍍的作用。

四、總結(jié)

氧化還原反應(yīng)是一類非常重要的化學(xué)反應(yīng)，它的實質(zhì)是電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，外部表現(xiàn)是化合價發(fā)生變化，其中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時發(fā)生。氧化還原反應(yīng)無論是在學(xué)習(xí)、工作研究中，還是生活、生產(chǎn)中都扮演著一個十分重要的角色，所以，學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)對于我們每個學(xué)習(xí)者來說，顯得尤為重要。