教学资源如何理解氧化还原反应的本质

如何理解氧化还原反应的本质黄明建在高一化学里，谈到氧化还原反应的本质大多能明确：是构成物质的微粒间发生了电子转移。但是对“物质间为什么会发生电子转移”的问题，人们在讨论时各自的理解和表述常有不同。其中，本世纪初出版的高一化学课本中相关表述颇具代表性，并且被广泛采纳。课本是以氯化钠的形成过程为例，别开生面地结合钠原子和氯原子的结构变化示意图并辅以下面这组卡通画进行了有趣的描述。由图可以看出，一个钠原子正为多出的一个电子犯愁，旁边的氯原子知道后大为兴奋——因为她正需要一个电子；很快钠原子也获知了这一信息，便主动送“货”上门，氯原子欣然接受，彼此都达到了稳定结构，实现了“供需平衡”，各得其乐，他们还成了一对友好的“贸易伙伴”。一段多么动人的故事啊！可惜，真相是无情的。钠原子并没有想把电子主动送给氯原子，因为无论是钠原子核还是氯原子核都是带正电荷的（见上图），它们都对电子有吸引力，都想将带负电荷的电子吸引到自己的周围。只是因为钠原子核电荷数只有11，并且它的原子半径较大（0.186nm），导致钠原子核对外层电子的吸引力较小；而氯原子核电荷数为17，原子半径只相当于钠原子的1/2（0.099nm），所以氯原子核对电子的吸引力更大。当它们相遇时，钠原子最外层的一个电子就被氯原子夺走了。有些人认为，钠原子失去电子和氯原子得到电子的过程一定是一个放热过程，其实不然。Na(g)+Cl(g)→Na+(g)+Cl－(g)△H=+147.2kJ·mol－1上式表明，单从钠原子和氯原子间得失电子的能量变化来看，并不是一个放热过程，而是一个吸热过程。氯原子从钠原子那里夺得电子是要付出代价的！我们之所以在通常实验中能观察到钠在氯气中燃烧并放出大量热，那是因为反应中生成的钠离子和氯离子间结合成NaCl晶体时会放出大量的热。Na+(g)+Cl－(g)→NaCl(s)△H=－787.4kJ·mol－1并且，所放出的热量远远超过形成气态钠原子、气态氯原子以及它们之间发生电子转移所需吸收的总能量：Na(g)+1/2Cl2(g)→NaCl(s)△H=－411.2kJ·mol－1显然，教材编者关于钠原子和氯原子间发生电子转移所采用的拟人手法有些欠妥，可能是太在意知识的趣味性而疏忽了知识的科学性。在自然界，许多事物的变化都不以人的意志为转移，它们共同遵循着自然界的丛林法则——优胜劣汰，适者生存！即便是原子所在的微观世界，这一法则也还有一定的适用性。在氧化还原反应中，原子间对电子的争夺即为典型实例。2×2×e－2Na＋Cl22NaCl2Na＋Cl22NaCl+1－100点燃氧化产物还原产物氧化剂氧化产物还原产物氧化剂还原剂其中，2Na―2e―＝2Na+，金属钠失去电子表现出还原性，为还原剂；Cl2＋2e―＝2Cl―，氯气得到电子表现出氧化性，为氧化剂。由于Na失去电子后形成的Na+、Cl2得电子后形成的Cl―都在NaCl中，所以NaCl既是氧化产物又是还原产物。又如，氢气与氯气的反应。HH2＋Cl22HCl点燃2×e－－1+100还原剂氧化剂氧化产物还原产物看上去，氢气和氯气反应与金属钠和氯气反应非常相似，实际上它们在电子转移的方式上有较大的差异，这种差异可以用市场经济中对资本的“掠夺”与“投资”来形象地比喻。我们可以将电子看作不同经济实体所拥有的“资本”，在金属钠与氯气的反应中，氯分子中的氯原子是将钠原子最外层电子完全夺走并占为己有，可视为“掠夺”；而在氢气与氯气的反应中，虽然氯原子吸引电子的能力较强，但氢原子并没有将电子完全交给氯原子，而是与氯原子各提供一个电子彼此共用，可视作“投资”，它们重新组成了一个“经济共同体”。因此，在氧化还原反应中，“电子的转移”包含有两种方式——得失与共用。氧化剂：KClO氧化剂：KClO3还原剂：KClO3氧化产物：O2还原产物：KCl2×6e－－2MnO2×6e－－2MnO20－1+52KClO32KClO3===2KCl+3O2↑△氧化剂：NH4NO3氧化剂：NH4NO3还原剂：NH4NO3氧化产物：N2还原产物：N20+5－35×3e－5NH45NH4NO3==2HNO3＋4N2↑＋9H2O△氧化剂：Na氧化剂：Na2O2还原剂：Na2O2氧化产物：O2还原产物：Na2CO32Na2O2+2CO2==2Na2CO3＋O2↑－10－22e－不过，我们完全不必因为原子间为电子的争斗大伤情感，没有矛盾的世界是不存在的。从生物的进化和繁衍角度来看，没有原子间为电子的争斗，就没有新陈代谢，就没有人的生老病死，世界就没有生机，将数亿年如一日，到处一片沉寂。那么，可爱的你又怎么能看到今天这个