第四节氧化还原反应_化学（农林牧渔类）-QQ阅读中文科幻网

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第四节氧化还原反应

课堂活动

苹果汁是人们喜爱的饮料。此饮料中含有Fe2+，由于氧化作用，现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色（Fe2+）变为棕黄色（Fe3+）。苹果汁由淡绿色变为棕黄色的原因是什么？在榨汁时加入一些维生素C，可有效地防止这种现象发生。维生素C具有什么作用？

上面的现象可以用氧化还原反应的相关知识进行解释。氧化还原反应是一类重要的化学反应。在工农业生产、科学技术和日常生活中都有广泛的应用。例如，实验室常利用氧化还原反应来制取氧气；食物在人体中被消化，以提供生命活动所需的营养和能量；煤的燃烧、酿酒、电镀、金属的冶炼等也离不开氧化还原反应。

在初中化学中，我们已经认识了氧化还原反应。知道物质得到氧发生的是氧化反应；物质失去氧发生的是还原反应。本节将换一个角度来重新认识氧化还原反应。

一、氧化反应和还原反应

我们曾经学过氢气还原氧化铜的反应，该反应是一个典型的氧化还原反应。

在氢气与氧化铜的反应中：氧化铜失去氧发生还原反应，氢气得到氧发生氧化反应。这两个截然相反的过程是在一个反应中同时发生的。在同一化学反应中，一种物质与氧化合，必然同时有另一种物质中的氧被夺去。也就是说，有一种物质被氧化，必然有一种物质被还原。在同一化学反应中，一种物质被氧化，同时另一种物质被还原的反应称为氧化还原反应。

下面对该反应的相关元素的化合价进行分析：

在反应中，铜元素的化合价由+2价降低到0价，氧化铜被还原；氢元素的化合价由0价升高到+1价，氢气被氧化。

我们再对氧化铜与碳的反应以及水蒸气与碳的反应等进行类似的分析，发现会有同样的情况存在：

由此可以得出这样的结论：物质所含元素化合价升高的反应是氧化反应，物质所含元素化合价降低的反应是还原反应。有元素化合价升降的化学反应是氧化还原反应。

课堂讨论

实验室在配制FeSO4溶液时总是放入一些铁粉或小铁钉，试用氧化还原反应解释其中的道理。

二、氧化剂和还原剂

所含元素化合价降低的反应物称为氧化剂，氧化剂具有氧化性。所含元素化合价升高的反应物称为还原剂，还原剂具有还原性。在反应中，还原剂被氧化剂氧化生成的产物称为氧化产物。氧化剂被还原剂还原生成的产物称为还原产物。在氧化还原中，具有氧化性的物质和具有还原性的物质必定同时存在。

在化学中，常用做氧化剂的物质有O2、Cl2、浓硫酸、HNO3、KMnO4、FeCl3等；常用做还原剂的物质有活泼的金属单质，如Al、Zn、Fe，以及C、H2、CO等。

课堂讨论

（1）日常生活中常用到铁皮，为了防止铁皮被腐蚀，常常镀上一层锌或镀上一层锡。通常，我们将镀锌的铁皮称为白铁皮；将镀锡的铁皮称为马口铁。请你分析：一旦镀层有破损，哪种铁皮先被腐蚀？理由是什么？

（2）能否用浓硫酸干燥H2S气体？理由是什么？能否用浓硫酸干燥SO2气体呢？试解释。

相关链接

土壤中的氧化还原体系

氧化还原发生时，反应前后的物质中的元素的化合价有变化。元素的化合价发生变化的实质是电子的转移，即电子得失或电子对偏移。在氧化还原反应中，电子转移（得失或偏移）和化合价升降的关系如图1-11所示。

图1-11 电子转移（得失或偏移）和化合价升降的关系示意图

在氧化还原反应中，失去电子，物质所含元素化合价升高的过程称为氧化反应；反之，得到电子，物质所含元素化合价降低的过程称为还原反应。氧化反应和还原反应共同组成氧化还原反应，缺一不可，在氧化反应的同时必然存在还原反应。

土壤中存在许多氧化剂和还原剂，并经常地进行氧化还原反应。土壤中常见的氧化还原体系有以下几种：

氧体系 O2+4H++4e＝2H2O

硝酸盐体系 NO3-+H2O+2e＝2OH-+NO2-

铁体系 Fe3++e＝Fe2+

锰体系 MnO2+4H++2e＝Mn2++2H2O

硫体系 SO24-+H2O+2e＝SO2-+2OH-

氢体系 2H++2e＝H2

此外，还有易于发生氧化还原反应的有机体系。

土壤氧化还原状况可直接和间接影响到养分的转化和养分的形态及其对作物的有效性。在热带地区土壤中，有机质在微生物作用下迅速氧化为二氧化碳和水，因而有机残体的还原作用小，同时存在于土壤中的活性铁，在高温下易于氧化，脱水成为不移动的氧化铁。南方土壤中积聚大量的铁与此直接有关。

实践活动

化学实验须知

一、做好化学实验的要求

1.每次实验前，要认真对实验进行预习，明确实验目的，了解实验原理，对实验步骤、方法以及安全注意事项做到心中有数。建议每次实验前写出预习提纲。

2.实验时，要规范操作，细致观察，如实记录实验现象和实验数据。

3.在实验过程中，要保持实验台面的整洁，做到所用仪器摆放规整，取用完药品要及时放回原处，废纸、火柴梗、碎玻璃等及时放入垃圾桶内，各种废液及时倒入废液缸。

4.严格遵守化学实验室安全规则。损坏仪器要及时登记并按规定进行赔偿。

5.每次实验结束后，所用的仪器要刷洗干净放回原处，所用药品摆放整齐，擦净实验台面。值日生负责整个实验室卫生，并检查水、电、门窗等是否关好。

6.实验做完后，要及时整理实验时所记录的资料，认真处理实验数据，独立完成实验报告。

二、化学实验室安全规则

1.实验室内绝对不允许饮食和吸烟，严禁一切化学实验品入口。

2.进入实验室要保持安静，严禁喧哗。

3.实验时应按实验顺序进行操作，绝对不允许把各种化学药品任意混合，以免发生意外事故。

4.使用浓酸浓碱时，一定要小心，切勿使其溅在皮肤或衣服上。

5.实验后的废液绝对不允许倒入水槽内，必须倒入指定的容器内，保护环境是每个化学工作者必备的品质。

6.实验完毕后，实验人员应洗涤所用的仪器，检查缺损后，将其整齐地放回原位，并将实验台面及试剂架擦拭干净。

7.每次实验后，值日生负责打扫和整理实验室。离开实验室前，应关闭水源和电源，以保持实验室的整洁和安全。

三、化学实验室意外事故的处理

（1）割伤。清洁伤口，将割伤皮肤的玻璃等固体物取出，稍用力，挤出一些污血，用双氧水消毒伤口后，在伤口上抹上红药水或紫药水并包扎好。

（2）烫伤。烫伤的部位切勿用水冲洗，应立即涂抹烫伤膏、苦味酸溶液、万花油等。

（3）酸碱灼伤。先用大量水冲洗，然后对浓酸灼伤的部位用饱和碳酸氢钠或稀氨水冲洗；对浓碱灼伤的部位用硼酸溶液冲洗，最后都要用水冲洗。

（4）吸入有毒气体。当出现头痛、乏力、呼吸困难症状时，应立即到室外呼吸新鲜空气。

（5）触电。立即切断电源，必要时进行人工呼吸。

（6）起火。立即灭火并切断电源、移开附近易燃易爆物品，以防止火势扩展。灭火时，要根据不同的起火原因采取不同的灭火方法。由有机溶剂引起的小火，可用湿布或沙土覆盖灭火；由钠、钾、电石引起的小火，可用沙土覆盖，切勿用水灭火。火势较大时，要用泡沫灭火器灭火。

四、化学实验基本操作

（一）常用玻璃仪器的洗涤

做化学实验离不开各种玻璃仪器。如果这些仪器洗涤不干净，就得不到准确可靠的实验结果。洗涤玻璃仪器一般都采用少量多次的洗涤原则。根据污染物的性质和仪器被污染的程度，可采用下列不同的洗涤方法。

1.用水刷洗

在仪器内注入少量的水，再选择一把大小适中的毛刷就水进行刷洗。该方法可以去掉附着在仪器器壁上的尘土、可溶性和易脱落的不溶性杂质，但不能洗去油污和有机物。

2.用去污粉、肥皂或合成洗涤剂洗

先将仪器用少量的水润湿，撒入少量去污粉，然后用毛刷擦洗仪器的内、外壁，再用自来水洗净去污粉颗粒，最后用蒸馏水洗三次，去掉自来水带来的钙、镁、氯等离子。

3.用铬酸洗液洗

铬酸洗液洗是用等体积的浓硫酸和饱和的重铬酸钾溶解配制而成的，具有很强的氧化性，对油污和有机物质的去污能力特别强。另外，该方法可以洗涤一些口小、管径细的玻璃仪器。

用铬酸洗液洗涤仪器时，先在仪器中注入少量洗液，将仪器倾斜转动，使仪器内壁全部被洗液润湿，将洗液倒回装洗液的容器中，用自来水冲洗被洗涤的仪器，最后再用蒸馏水洗三次。对于口小、管径细的玻璃仪器，可用铬酸洗液浸泡后，再用自来水冲洗，最后再用蒸馏水洗。

铬酸洗液吸水性极强，取用洗液时应随时盖好瓶盖。当洗液出现绿色时，说明六价铬已还原为三价铬，洗液的氧化能力降低，不宜再用。

（二）化学试剂的取用

化学试剂分为固体试剂和液体试剂两种，固体试剂装在广口瓶内，液体试剂装在细口瓶或滴瓶内。见光易分解的化学试剂（如AgNO3、HNO3等）装在棕色试剂瓶中。试剂瓶上贴有标签，标签注明试剂的名称、浓度、配制日期等。

1.固试体剂的取用

取用固试体剂一般使用干净而干燥的药匙。药匙有大小两端，分别用于取用较多量和较少量的试剂。药匙应专匙专用。用后的药匙要洗净，干燥。

应按要求用量取用药品，取用药品量过多不仅浪费，而且还会影响实验效果。如果取多，切不可将药品倒回试剂瓶中，可给他人使用或放在指定的容器中。

取出的药品可以用药匙或纸槽送入试管底部；取用块状固体可以使用镊子，应将试管倾斜，使其沿管壁慢慢滑下，如图1-12、图1-13和图1-14所示。

图1-12 用纸槽加入固体

图1-13 用药匙加入固体

图1-14 用镊子加入固体

2.液体试剂的取用

液体试剂一般盛放在细口瓶或滴瓶中。根据量取溶液的准确度要求，可以选用量筒、移液管或滴定管进行操作。

从细口瓶中取用试剂时，先将瓶塞反放在实验台上，用手持握细口瓶，细口瓶上的标签必须对着操作者的手掌心，将试剂缓慢倒出，沿玻璃棒流入容器或沿试管壁流入试管中。取出需要量后，慢慢竖起试剂瓶，将试剂瓶口的残液刮入容器或试管中。盖好瓶盖放回原处。绝不允许将倒出的试剂再倒回原试剂瓶中。

从细口瓶中取用试剂如图1-15所示。

图1-15 从细口瓶中取用试剂

从滴瓶中取用试剂时，要用滴瓶中的滴管，一瓶一管，不能用其他滴管取用试剂。为了防止试剂被污染，滴管不要与试管壁等器壁接触。试剂取用完毕后，将滴管插入滴瓶中，滴瓶放回原位。

（三）试纸的使用

实验室经常使用试纸，使用试纸要注意节约。常用的试纸有pH试纸、碘化钾淀粉试纸和醋酸铅试纸。

1.pH试纸

pH试纸是用来检验溶液或气体酸碱性的试纸，分为变色范围较大的广范试纸和变色范围较小的精密试纸。检验溶液酸碱性时，先将试纸剪成小块放在表面皿上，再用玻璃棒沾待测液点在试纸上，将试纸的颜色与比色板颜色进行比对，确定待测溶液的pH。检验气体酸碱性时，先将试纸用蒸馏水润湿沾在玻璃棒上，将试纸放在试管口，根据试纸颜色变化可确定气体的酸碱性。

2.碘化钾淀粉试纸

碘化钾淀粉试纸是用来检验气体氧化性的试纸。使用时，先将试纸用蒸馏水润湿沾在玻璃棒上，将试纸放在试管口。如果试纸变蓝，说明待测气体具有氧化性。当待测气体氧化性很强、浓度很大时，应注意观察，试纸上的蓝色会很快消退，原因是氧化生成的I2会继续被氧化生成无色的IO3-。

3.醋酸铅试纸

醋酸铅试纸是用来检验H2S气体或S2-的试纸。能使醋酸铅试纸变黑的气体是H2S气体；能使醋酸铅试纸变黑的溶液中存在S2-。

实践活动

几种阳离子的定性检验

实验用品：试管、试管夹、酒精灯、滴管、镊子、酒精棉球。

石蕊试液：NaCl晶体、KCl晶体、Ca（NO3）2晶体、BaCl2晶体、CuSO4晶体、6mol/LNaOH、0.5mol/LAl2（SO4）3、2mol/LNaOH、0.1mol/LFeSO4、0.1mol/LFeCl3、0.1mol/LKSCN、0.1mol/LNH4Cl、0.1mol/LNaOH。

1.焰色反应（Na+、K+、Ca2+、Ba2+、Cu2+的检验）

用镊子分别夹取酒精棉球，蘸取NaCl晶体、KCl晶体、Ca（NO3）2晶体、BaCl2晶体、CuSO4晶体，放在酒精灯上烧，当酒精燃尽时，观察火焰颜色。注意：每换取一种晶体之前，必须将镊子用蒸馏水冲洗干净，并在酒精灯上烧片刻；观察K+的焰色反应时，要透过蓝色钴玻璃进行观察。