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浅谈氧化还原反应的实际应用

[日期:2017-09-22]   来源:河北教育教学论坛杂志社  作者:河北教育教学论坛杂志社   阅读: 11[字体: ]

  浅谈氧化还原反应的实际应用(2p)
张仁强1,张旭阳2
(1.遵义师范学院 化学化工学院,贵州 遵义 563002;2.遵义师范学院 13级化学本科(1)班,贵州 遵义 563002)
摘要:本文主要围绕氧化还原反应的基本知识及工农业上实际应用来展开讨论。并对氧化还原的高频考点进行解析。让学生了解氧化还原反应在生活中的实用价值,并且通过对氧化还原反应这节内容的学习能够处理一些生活现象。
关键词:氧化还原反应;生活;生产;农业;应用
Introduction to the practical application of REDOX reaction
Zhang Renqiang1,Zhang Xuyang2
(1.Department of Chemical and Engineering,Zunyi Normal College,Guizhou Zunyi 563002;2.13 (1) level chemistry in class,Zunyi Normal College,Guizhou Zunyi 563002)
Abstract:This article mainly around the REDOX reaction of basic knowledge and practical application on agriculture and industry to discuss.And high frequency test of REDOX parsing.Let the students understand the practical value of the REDOX reaction in life,and through the REDOX reaction this section study can handle some life phenomena.
Key words:REDOX reaction;Life;Production;Agriculture;application
一、 氧化还原反应知识的实际应用及教材安排
(一)在教材方面
在人教版所学教材方面,氧化还原反应首次出现在《化学1》第二章第三节的学习中,老师让学生回忆并讨论初中所学的几大基本反应(化合,分解,置换,氧化,还原),然后老师在加以总结。在这节中介绍了它的基本概念,实质,特征。还介绍了相关的基本概念:氧化剂(所含元素得到电子);还原剂与之相反;元素得到电子的性质具有氧化性;元素失去电子的性质具有还原性;化合价升高的元素所生成的物质是氧化产物;化合价降低的元素所生成物质就是还原产物;氧化反应(失去电子或共用电子对偏离的反应);还原反应(得到电子或共用电子对偏向的反应)。它们之间的联系是:氧还还还-氧化剂(得到电子)与还原剂反应,氧化剂被还原,发生还原反应;还氧氧氧-还原剂(失去电子)与氧化剂反应,还原剂被氧化,发生氧化反应[1]。在《化学1》第三章与第四章,它在高考时主要的考点是化工的流程图。在第三章(金属及其化合物)明确指出,单质通常表现还原性是因为最外层的电子数较少时;单质一般表现出氧化性是由于最外层的电子数较多时,当氧化剂与还原剂相聚时,就会发生氧化还原反应[2]。在选修4(化学反应原理)电化学基础中,其本质就是反应物之间的电子转移。原电池没有电源:+极(还原反应)与-极(氧化反应);电解池电源的+极,-极分别对应的是:阳极(氧化反应),阴极(还原反应)[3]。在化学5(有机化学基础)第三章(烃的含氧衍生物)里,醇类在不同条件下能被氧化成醛或酮(2CH3CH2OH+O2Cu=Δ2CH3CHO+3H2O)。醛类中的醛基易被氧化成羧基(2CH3CHO+O2催化剂=Δ2CH3COOH),而在催化剂如Ni,Pt等作用下被还原成醇(CH3CHO+H2催化剂=ΔCH3CH2OH).酮类也能被还原成醇(R1R2C=O+H2Ni加热,加压R1R2CHOH)。在强烈的条件下,硝基化合物容易被还原(PhNO2+6[H]PhNH2+2H2O)。从2012年开始的全国新课标试卷中氧化还原反应的应用在各年份所在题目为:2012(7,10,26,38题),2013(7,8,10,27,38题),2014(9,10,12,27,39题),2015(12,13,26,28,38题),2016(7,9,11,26,28,38题)。
(二)在日常生活方面
在人类日常生活中,食物的腐烂,金属的腐蚀等都是常见的氧化还原反应所产生的结果。把苹果切开,然后放置一段时间苹果表面就会产生红褐色的斑块。这是由于苹果内含有丰富的营养物质-维生素C被氧化后的现象。苹果中含有一部分Fe2+以及酚类物质,空气中的氧气和酚氧化酶分别将两者氧化,从而使苹果的颜色加深[4]。呼吸是人类和动物生理活动中不可缺失的,其本质是氧化还原反应的过程。在呼吸的过程中,C6H12O6会被氧化成为CO2和H2O,通过呼吸把食物分子内存储的能量经过转化为化学能,以此来给人与动物提供能够支持运动,维持体温,合成代谢,细胞主动运输等所需的大部分能量[5]。家庭所需的基本能量,绝大部分来自于煤炭或石油等化石燃料的氧化,如汽油的燃烧:2C8H18+25O2燃烧16CO2+18H2O+能量。还有饮用水和自来水的消毒杀菌。交警检验一个司机是否酒驾用重铬酸钾(3CH3CH2OH+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+11H2O+2K2SO4)[6]。在现代城市中每个家庭一般都备有洁厕剂和消毒剂,但是不可将两种试剂混合使用,因为两者混合后在酸性条件下会发生氧化还原反应(归中反应)产生有毒气体氯气:(ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O)[7]。在自来水与废水的处理上也看得到氧化还原反应的影子。从液氯,氧化氯(ClO2)到新型净水剂高铁酸盐钠(Na2FeO4)。传统的自来水处理是在自来水中加入一定量液氯(H2O+Cl2=HCl+HClO)。水污染是现实生活中必须重视的问题。对于含卤代烃,铬,氮的废水分别用铁还原法,铁氧体法(硫酸亚铁),硝化细菌法处理。例如用氯氧化法处理含CN-(2KOCN+4KOH+3Cl2=2CO2+N2+6KCl+2H2O)[8]。当今随着汽车越来越多,尾气也随之增长,处理这些尾气可以用三聚氰酸C3N3(OH)3来消除,三聚氰酸在汽车尾部发生分解成HNCO当达到一定温度。HNCO会和NO2发生氧化还原反应(8HNCO+6NO2=7N2+8CO2+4H2O)。在罐头之中,为了使食物不会变质,会加一些对人体无害的防腐剂。对于缺铁性贫血者,都是补充Fe2+,二价铁离子一般以FeSO4存在,由于二价铁离子容易被氧化,所以表面会包一层糖衣。我们通常所用的干电池和蓄电池,平时家庭之中所腌制的泡菜,豆豉,豆腐乳等也离不开氧化还原反应。氧化还原反应的事例在生活中无处不在。
(三) 在农业方面
为什么植物能进行光合作用呢?因为它体内的叶绿体,叶绿体通过光能把CO2和H2O转化成自身所需的有机物和给人类提供氧气(6CO2+6H2O光合作用C6H12O6+6O2)。植物的呼吸作用是体内消耗碳和水的化合物来维持身体的各项机能(原理:C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+能量)。土地使用久了以后,里面的甲烷,还原性有害物质(如硫化氢和亚铁等)会增多,并且耕作层的含氧量也会降低,这样会影响农作物根系的生长,通过晒田来改善土地的通透性。土地中的铁及锰的化合价发生变化后会对农作物产生一定的影响,为了消除这种影响采用的是灌田,灌田的目的是阻止土壤中含有铁以及锰的化合价发生变化[9]。在土地施入化肥时,里面过程起作用的是细菌,但本质也是氧化还原反应。
(四)在化工生产方面
1986年是化学史上一次重大的里程碑,化学上首次利用非电解法制得F2(2K2MnF6+4SbF5=4KSbF6+2MnF3+F2)。有研究表明在流化床中脱硝和还原浓缩的硝酸铀酰生产二氧化铀,并且铀的转化率为93.5%,收率为99.96%。化学工业的支柱产业是合成氨,合成氨(N2(g)+3H2(g)催化剂=高温,高压2NH3(g))是基础化学工业的重要组成部分,合成氨的催化剂的预还原剂是用的专门装置,是将氧化态氨合成催化剂还原为α-Fe(Fe3O4+4H2=3α-Fe+4H2O-Q),即经过表面钝化处理,然后制成预还原氨合成催化剂。在金属的冶炼中,更是少不了氧化还原反应:①电解法(钾到铝之间):2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑;②热还原法(锌到铜之间):Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3;③湿法冶金:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。用氯化铁溶液腐蚀印刷电路板(2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+)。贵重药物肝素钠的生产中也应用氧化还原反应等等。
二、结语
氧化还原反应在人类生活中的存在是一把双刃剑,它也能给我们带来很多负面的影响,如食品的腐败变质,橡胶老化,钢铁的腐蚀等。据估计,每年因腐蚀而损耗的金属是生产10%左右。近些年来,随着社会的不断进步,氧化还原反应在生产,科技中占的比例越来越大。因此,学好这节知识,可以在高考时取得不错的分数;在生产中能减少金属的损耗;在生活能使食物缓慢的变质;还有在危险品(如易燃,自燃,氧化剂,有毒物品等)的爆炸,泄露中能更好的保护好自己,预防和处理相应的事故。所以学好氧化还原反应极为重要。为人类的生活,生产和未来的发展打下坚实的后盾。
作者简介:张仁强(1958-)汉族,男,贵州遵义人,大学本科,副教授,从事有机物提取研究、精细化工、有机化学等学科教学实验工作。
参考文献:
[1]张振.浅析氧化还原反应的应用[N].沈阳师范大学,2014,5.
[2]宋心琦,王晶.化学1[M].北京:人民教育出版社,2007,3.
[3]陆小祥.例谈电化学知识中的三个难点[J].中学化学,2014,9.
[4]赵晔.氧化还原反应在工农业生产及日常生活应用[N].学生周报(教师版),2010,4.
[5]陈存英.氧化还原反应在生活中的体现[N].长春理工大学学报,2011,2.
[6]邓蕴梅.生活中的氧化还原[J].中国教育技术装备,2010,23.
[7]廖旭杲.全面理解学以致用--例析生产,生活中的氧化还原反应[J].高中数理化,2010,4.
[8]樊艳平.氧化还原反应与水处理[J].中学生数理化(高考版),2011,C1.
[9]肖新华.谈谈氧化还原反应及其应用[J].新时代教师,2013,11.
收稿日期:2017-2-10