淺析氧化還原反應及應用

鄭小玉

摘 要?化學反應的發(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，有些反應中有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，稱之為氧化還原反應。這類反映在日常生活中較為廣泛，是一類重要的化學反應。

關鍵詞?氧化還原反應;電子轉(zhuǎn)移;化合價;生活;應用

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

一、氧化還原反應概述

化學反應的實質(zhì)是把不穩(wěn)定的結構變成穩(wěn)定的結構。反應中最小的微粒是原子，有些原子最外層電子達到穩(wěn)定結構（2個或8個），。這類原子較為穩(wěn)定，一般不發(fā)生化學反應，而又有一些原子的最外層電子還未達到穩(wěn)定結構，在反應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)定結構，這一類反應稱之為氧化還原反應。氧化還原反應的實質(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的特征是：元素化合價發(fā)生變化，以此來判斷一個反應是否為氧化還原反應更全面、更準確。

在氧化還原反應中，化合價升高的反應是氧化反應，原子在反應中失電子（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;化合價降低的反應是還原反應，原子在反應中得到電子，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，即氧化反應和還原反應同時進行。氧化劑被還原，在中學化學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。所以，不管在我們的日常生活中，還是工作研究中，氧化還原反應隨處可見。

二、氧化還原反應在生活中的體現(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?；瘜W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，反應方程式為：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，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?？諝庵械腘₂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、氧化還原反應在化工行業(yè)中的應用

（一）化學電源

化學電源是將化學能轉(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、正極電解液構成，電池工作時，均是負極上失電子，發(fā)生氧化反應，正極上得電子，發(fā)生還原反應，總反應為能自發(fā)進行的氧化還原反應。其中燃料電池是現(xiàn)在最引人矚目的能源裝置之一，它通過化學反應產(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

氧化還原反應是一類非常重要的化學反應，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，其中氧化反應和還原反應同時發(fā)生。氧化還原反應無論是在學習、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，學習氧化還原反應對于我們每個學習者來說，顯得尤為重要。