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氧化还原反应的应用与意义

2022.5.19

氧化还原性的强弱判定

物质的氧化性是指物质得电子的能力,还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力(与得失电子的数量无关)。

从方程式与元素性质的角度,氧化性与还原性的有无与强弱可用以下几点判定   :

(1)从元素所处的价态考虑,可初步分析物质所具备的性质(无法分析其强弱)。最高价态——只有氧化性,如H2SO4、KMnO4中的S、Mn元素;最低价态,只有还原性,如Fe [14]  、Cl-、S2-等;中间价态——既有氧化性又有还原性,如Fe2+ [5]  、S、SO2等。

(2)根据氧化还原的方向判断:

氧化性:氧化剂>氧化产物;还原性:还原剂>还原产物。

(3)根据反应条件判断:

当不同的氧化剂与同一种还原剂反应时,如氧化产物中元素的价态相同,可根据反应条件的高、低进行判断,如是否需要加热,是否需要酸性条件,浓度大小等等。

需要注意的是,物质的氧化还原性通常与外界环境,其他物质的存在,自身浓度等紧密相关,通过以上比较仅能粗略看出氧化还原性大小。如欲准确定量地比较氧化还原性的大小,需要使用电极电势。

现实意义

在生物学中,植物的光合作用、呼吸作用是典型的氧化还原反应。人和动物的呼吸,把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把贮藏在食物的分子内的能,转变为存在于三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键的化学能,这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需要的能量。

在工业生产中所需要的各种各样的金属,很多都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如生产活泼的有色金属要用电解或置换的方法;生产黑色金属和一些有色金属都是用在高温条件下还原的方法;生产贵金属常用湿法还原,等等。许多重要化工产品的合成,如氨的合成、盐酸的合成、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等,也都有氧化还原反应的参与。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等等也都是氧化还原反应。

在农业生产中,施入土壤的肥料的变化,如铵态氮转化为硝态氮等,虽然需要有细菌起作用,但就其实质来说,也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的氧化数的变化直接影响着作物的营养,晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。

在能源方面,煤炭、石油、天然气等燃料的燃烧供给着人们生活和生产所必需的大量的能量。我们通常应用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应,否则就不可能把化学能变成电能,把电能变成化学能。

由此可见,在许多领域里都涉及到氧化还原反应,认识氧化还原反应的实质与规律,对人类的生产和生活都是有意义的。


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