探究氧化還原反應(yīng)原理的基本應(yīng)用

高國炎

氧化還原反應(yīng)在高中教學(xué)中有著重要的意義，其原理在日常的生活中也被充分的利用，隨著新課程的改革，對氧化還原反應(yīng)的考察也在不斷的深入和創(chuàng)新。表現(xiàn)在認(rèn)識氧化還原反應(yīng)并判斷氧化劑和還原劑，理解物質(zhì)被氧化、被還原的概念以及了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，學(xué)會新情境下氧化還原反應(yīng)方程式的書寫，還包括從氧化還原的角度了解物質(zhì)的質(zhì)量、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度等物理量之間的關(guān)系，能用它們進(jìn)行簡單的化學(xué)計算。下面筆者結(jié)合教學(xué)實際從三個方面來探究氧化還原反應(yīng)原理的基本應(yīng)用。

一、認(rèn)識氧化還原反應(yīng)，學(xué)會判斷基本概念

在初中化學(xué)階段，我們就學(xué)過氫氣還原氧化銅的反應(yīng)，在這個反應(yīng)中，氧化銅失去氧發(fā)生了還原反應(yīng)，氫氣得到氧發(fā)生了氧化反應(yīng)。我們很容易從單純的得失氧元素的角度來認(rèn)識氧化還原反應(yīng)以及判斷氧化劑、還原劑。

進(jìn)入高中，隨著接觸的化學(xué)反應(yīng)越來越多，我們發(fā)現(xiàn)有些反應(yīng)的發(fā)生并沒有氧元素的參與，但同樣也是氧化還原反應(yīng)。如H2+Cl2 2HCl等反應(yīng)，這樣我們就要通過設(shè)計方案引導(dǎo)學(xué)生。

方案一：你能用圖示法（維恩圖）表示出氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類型的關(guān)系嗎？

方案二：判斷下列化學(xué)反應(yīng)中哪些是氧化還原反應(yīng)，若是氧化還原反應(yīng)請分析其中氧化劑和還原劑：

（1）C+2H2SO4（濃） CO2↑+2SO2+2H2O

（2）2H2O2 2H2O+O2↑

（3）Si+3HCl SiHCl3+H2

（4）NH3+HCl=NH4C1

（5）BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl

（6）TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2

（7）2NO+2CO N2+2CO2

（8）2SO2+O2 2SO3

（9）2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O

二、探究新情境下氧化還原反應(yīng)方程式的書寫

新情境下方程式的書寫可以分成氧化還原方程式的書寫和非氧化還原方程式的書寫，其中氧化還原反應(yīng)方程式的書寫是建立在氧化還原反應(yīng)原理的基礎(chǔ)之上，下面舉例說明。

例1：一種含碘廢水中可能存在I-、IO3-。取少量該含碘廢水，加入1～2mL 淀粉溶液，再滴加稀鹽酸，若溶液變藍(lán)，說明廢水中含有同時存在I-、IO3-。寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。

解析：通過分析溶液變藍(lán)，說明有碘單質(zhì)生成。就可以明確該反應(yīng)的主體物質(zhì)，也就是氧化劑，還原劑，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別是IO3-、I-、I2、I2。然后通過得失電子守恒配平，再通過電荷守恒配平以及根據(jù)題給信息補(bǔ)充相應(yīng)的物質(zhì)再配平，最后通過質(zhì)量守恒完成總配平，這樣就可以得到本題的最終結(jié)果為：5I-+IO3-+6H+=3I2+3H2O

例2：疊氮化鈉（NaN3）是一種無色晶體，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚，廣泛應(yīng)用于汽車安全氣囊。某硝酸工廠擬通過下列方法處理尾氣并制備疊氮化鈉。

寫出物質(zhì)的量之比1：1的NO和NO2 混合氣體與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

解析：本題主要考察的是氧化還原方程式書寫中量的應(yīng)用，通過明確氧化劑和還原劑的量來確定氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物均為NaNO2。

三、利用氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)行計算

得失電子守恒是氧化還原反應(yīng)的重要規(guī)律之一，通過化學(xué)反應(yīng)中氧化劑得電子總數(shù)與還原劑失電子總數(shù)相等來進(jìn)行計算，而電子得失的數(shù)目可以通過分析元素化合價來獲得。下面我們通過舉例說明。

例1：24mL濃度為0.05mol/LNa2SO3 溶液，恰好與20mL濃度為0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反應(yīng)，請通過計算確定Cr在被還原的產(chǎn)物中的化合價。

解析：通過分析Na2SO3中S的化合價為+4價，K2Cr2O7中Cr的化合價為+6價，同時明確了+6價的Cr在反應(yīng)中被還原，那+4價的S則要被氧化，就只能被氧化變成+6價。通過計算S的物質(zhì)的量為0.0012mol，則失電子的總數(shù)為0.0024 mol。通過計算K2Cr2O7的物質(zhì)的量為0.0004mol，Cr的物質(zhì)的量為0.0008mol，通過得失電子守恒求算Cr的化合價下降3，最終可確定Cr在被還原的產(chǎn)物中的化合價為+3價。

例2：現(xiàn)用一定量的銅與適量的濃硝酸反應(yīng)，生成11.2L的二氧化氮和11.2L的一氧化氮（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），計算反應(yīng)中消耗Cu的質(zhì)量為多少克？

解析：本題還是抓住了得失電子守恒原理，利用N元素的化合價變化，同時結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積來求算硝酸中N元素得電子的數(shù)目。再轉(zhuǎn)換為銅在反應(yīng)中失電子的數(shù)目進(jìn)而得到反應(yīng)中消耗銅的質(zhì)量。

例3：1.92g銅投到一定量的濃硝酸中完全溶解，生成氣體的顏色由深變淺，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下616mL氣體。將盛有此氣體的容器倒扣在水中，通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下一定體積的O2恰好使氣體完全溶于水中，計算通入O2的體積。

解析：本題主要建立在分析反應(yīng)過程，確定真正參與氧化還原反應(yīng)中化合價變化的元素，即為氧氣中的O元素和Cu元素。我們只需建立O元素和Cu元素之間的得失電子守恒即能進(jìn)行求算。

總之，通過以上的三點(diǎn)的描述，對氧化還原反應(yīng)的原理基本應(yīng)用做出了更清晰的解讀，提高了學(xué)生的實戰(zhàn)解題能力，同時能培養(yǎng)學(xué)生的合作交流和自我評價的能力，也勢必會提高我們化學(xué)教學(xué)水平，推動化學(xué)教學(xué)朝著新方向發(fā)展！

（作者單位：江蘇省石莊高級中學(xué)）endprint