氧化还原反应的认识、规律及应用

氧化还原反应是化学反应中最为重要的反应之一，其普遍运用在日常生活和工作中。比方说，自然界存在的自燃现象、绿色植物的光合作用，以及生活中化学电池等运用。

氧化还原反应是在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。在反应过程中有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应。这种反应可以理解成由两个半反应构成，即氧化反应和还原反应。此类反应都遵守电荷守恒定律。

在氧化还原反应里，氧化与还原必然以等量同时进行。两者可以比喻为阴阳之间相互依靠、转化、消长且互相对立的关系。其反应实质是：

(1)强弱律：反应中满足氧化性：氧化剂 氧化产物;还原性：还原剂 还原产物。

(2)价态律：元素处于最高价态，只具有氧化性;元素处于最低价态，只具有还原性;处于中间价态，既具氧化性，又具有还原性。

(3)转化率：同种元素不同价态间发生归中反应时，元素的化合价只接近而不交叉，最多只能达到同种价态。

(4)优先律：在同一氧化还原反应中，氧化剂遇到多种还原剂时，先和还原剂最强的反应。

(5)守恒律：氧化剂得到电子的数目等于还原剂失去电子的数目。

首先，氧化与还原本身是相互依存的关系。氧化还原反应的本质是电子发生了转移，反应过程中，电子有失必有得，有得必有失。如：2Mg+O2=2MgO的反应中，O2被还原，而Mg被氧化。关于氧化还原反应的相关理论很多，理论概念之间容易发生干扰，从而产生负迁移。所以必须先要了解理论，再理清理论之间的内在联系。如下：

失电子→化合价升高→被氧化→是还原剂→表现还原性→得到氧化产物

得电子→化合价降低→被还原→是氧化剂→表现氧化性→得到还原产物

从微观意义上来说，电子的得与失是氧化还原反应的本质，从宏观意义上来说，化合价升降是外在的表现，也可以理解为氧化还原反应的特征。被还原或者被氧化都属于一种化学变化，而产物也就是生成物的意思。

其次，氧化与还原之间有属于互相转化的关系。在学习的氧化还原反应中，氧化剂得电子化合价降低，从而得到还原产物。而还原产物处于低价态，则具有还原性，用于其他的氧化还原反应中，又可以充当还原剂使用。从另一方面来看，通过还原剂得到的氧化产物具有氧化性，用于其他的氧化还原反应中，又可以充当氧化剂使用。

再次，氧化还原反应中，强还原剂反应和强氧化剂反应可以转化成弱还原剂和弱氧化剂。也就是说，化学氧化还原反应的趋势是从强到弱，而不是从弱到强。

大家都知道，在化学上，金属和共价化合物、离子化合物、共价键、离子键、酸与碱、非金属等没有非常严格的界限。或者从某种意义上来说，以上几点直接都存在不同程度的过渡状态，从量变逐渐转化到质变。

认识到这一点之后，就想要了解化学氧化反应和非化学氧化反应之间的关系是“非此即彼”还是“逐步过渡”呢?NaOH+HCl=NaCl+H2O公式改为离子方程式：H++OH-=H2O。反应物中，H原子和H+相比，少一个电子，多一个正电荷。OH-中，多一个电子，有成对电子对，带一个负电荷。但是从生成物H2O来看，电子对是共同使用的。也就是说，H+也在一定程度上得到了电子。

从这个结果中可以看出，中和反应中，电子还会产生一定程度的偏移。但是为了研究一系列化学问题有一个统一、相对科学的标准，教材上都明确规定使用化合价是否改变作为判断“是”和“非”的标准。电子发生偏移，并且导致化合价变化就是氧化还原反应。如果没有导致化合价变化就属于非氧化还原反应。所以氧化还原反应和非氧化还原反应二者的区别仅仅在于电子转移的不同程度，并不是完全独立的个体。

氧化还原反应中会发生电子转移，也就是元素的化合价会发生变化，可以得知：复分解反应都不是氧化还原反应。置换反应一定是氧化还原反应，分解反应不一定是氧化还原反应，有单质参加的化合反应大部分是氧化还原反应(有例外，例如石墨在一定条件下变成金刚石，还包括其他同素异形体之间的转换。)有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应。

对于不属于上述四种基本反应类型的化学反应，有属于氧化还原反应的(例如碳还原氧化铜)，也有不属于氧化还原反应的(例如氧气在一定条件下反应变成臭氧)。归中反应，歧化反应可以看作是特殊的氧化还原反应。

1、植物与氧化还原反应

在氧化还原反应当中，植物的光合作用以及呼吸作用可以算是比较复杂的一类。化学方程式为：6H2O+6CO2→C6H12O6+6O2。

光合作用可以说是一个非常大的绿色工厂，它的过程主要是通过叶绿体的作用，绿色植物能够充分利用光能将水以及二氧化碳转化成有机物质，用以储存能量，同时还可以释放出一定的氧气。光合作用除了能够制造有机物，还起到了转化并且储存太阳能，平衡大气中氧与二氧化碳的含量，使其达到一定稳定度的作用。光合作用在生物进化的过程中可以说起到了极其重要的作用。

在我们生活的地球上，接近100%的生命活动所需的能量都是通过绿色植物的光合作用而储存起来的。此外，让我们再来看一看植物的呼吸作用。其化学方程式为：C6H12O6+6O2→6H2O+6CO2+能量。可以解释成植物在自身体内消耗了氧以及碳水化合物，在释放能量的同时，还产生了二氧化碳和水，以此来帮助推动植物体内各项机能更好地运作。

2、工业与氧化还原反应

氧化还原反应将我们日常生活与生产过程中必需的所有金属从矿石中提炼出来，这里举几个例子让大家更好地理解。金属冶炼的主要实例包括：

(1)制造活泼的有色金属：电解法(k-Al之间)或者置换法。化学方程式为：2Al2O3→4Al+3O2↑。

(2)高温条件下制造黑色金属和其他有色金属：热还原法(Zn-Cu之间)。化学方程式：Fe2O3+2Al→2Fe+Al2O3。

(3)制备贵重金属：湿法冶金。

3、日常生活中的氧化还原反应

空气中氧气的存在使得我们生活在一个氧化性的环境中。食物的腐败、钢铁腐蚀、铜质水管长铜绿、铝质器皿擦亮后变暗都是被氧化的结果。

(1)苹果氧化

在生活中我们不难发现，把切开的苹果放置一段时间后，苹果被切开的剖面就会变红，就会产生褐色的斑块。这说明了什么问题?因为苹果内含有丰富的维生素C，它被氧化了以后便会产生这种现象。我们知道，苹果当中含有Fe2+以及酚类物质，氧气和酚氧化酶分别将两者氧化，从而使得苹果的颜色变深。

(2)杀菌与漂白

氯或臭氧常用来净化饮用水，消灭水中所含的病原体，次氯酸溶液则可以作为医院病房或器具的一种有效杀菌剂。在这些例子中，其关键性的化学反应就是由这类强氧化剂对病原体致命部分的强烈氧化作用。

这些含氧或氯的化学物因具有强烈氧化作用，也可以用作木浆、纸张或棉花的漂白剂。例如，高乐氏这种家庭漂白剂，其主要的作用成分就是次氯酸。事实上，大部分漂白剂的作用是将有色的物质氧化，使其转变为无色的物质。

(3)炸药

炸药的爆炸作用，其实也正是一种特别剧烈的氧化还原反应。炸药可能是一种强还原剂与强氧化剂的混合物，也可能是一种单一的化学物质，其分子同时具有强还原性与强氧化性两个不同部分。当炸药一旦引发，在强还原剂与强氧化剂之间迅速发生反应。瞬间释放出巨大的能量，而产生了所谓的爆炸现象。