刍议氧化还原反应

【标题】刍议氧化还原反应【作者】朱小锋【关键词】刍议

氧化还原反应【指导老师】甘湘庆【专业】环境科学【正文】

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引言

氧化还原反应是中学化学教学的重点和难点，为突出重点，中学化学教材把它安排在高中化学第一章第一节。为分散难点，采用层层递进的形式，由浅至深地完成针对氧化还原反应的教学。首先，初中阶段仅从得氧失氧的角度讲述氧化反应和还原反应；接着在此基础上，高一化学第一章揭示氧化还原反应的本质即电子的转移；高二再学到氧化还原反应方程式的配平，进一步从质量守恒和电荷守恒两方面完善这一知识点的学习。学生对氧化还原反应的知识建构，是在已有初中知识储备的基础上，加以完善，帮助学生理清认识物质的思路和方法并应用于实践。氧化还原反应像原子结构、元素周期律等内容一样，历来是进行辩证唯物主义教育的好教材。氧化和还原是一对典型的矛盾，它们既对立，又统一，既是相反的，又是相互依存的，有氧化反应发生必然有还原反应发生，它们绝对不可能孤立存在，而是统一在氧化还原反应中。化学中的对立统一规律到处可见，通过认真引导，就可以使学生逐步理解对立统一规律在自然现象里的体现。反过来，这又会帮助学生用正确的观点和方法来学习化学知识，对学生形成科学的世界观和唯物主义教育有着举足轻重的作用和意义[1]。

教材采用分步方法进行传授，使学生由浅到深,从现象到本质,从感性到理性，逐步领会和掌握氧化还原反应的知识内容。这表现在教材首先从得氧失氧的角度介绍氧化还原反应的概念，再由分析氧化还原反应中元素化合价的升降与电子转移(或电子对偏移)的关系，使学生理解氧化还原反应的实质，到高中第一册第六章第五节，又根据化合价升降与电子得失的数量关系，入手培养学生配平氧化还原方程式的方法。通过氧化还原知识的教学,能够帮助学生进一步理解物质的微观运动(包括分子间作用、原子的离合、电子的运动等)与宏观变化(包括旧物质的转变、新物质的生成)等的关系，比较各种不同类型反应的差别，进一步理解化学反应的实质。

氧化还原反应是中学化学的核心概念，也是学生学习的一个难点。只有对氧化还原反应概念的清晰理解，才能对后面其他化学知识的延伸有所掌握和巩固。这也就要求老师在引导化学概念教学和学生学习化学概念的时候多下点功夫。

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氧化还原反应的重要性

氧化还原反应是一个能指导学生进行自主探究的重要概念和原理，它贯穿中学化学课程的始终。能帮助学生有效学习碱金属、卤素、氧族元素、碳族元素、氮族元素等元素及其化合物甚至有机化合物的化学性质、能指导学生探讨物质制备、物质检验、未知物推断等问题的解决[2]。化学史上的许多重大成就，如单质氟和单质铷的制备、由四氯化碳制备金刚石实验原理的设计等都是科学家在氧化还原反应原理的指导下得以实现的。氧化还原反应原理在指导学生学习相关知识、发展学生理论思维能力、提高学生自主探究和解决问题能力方面具有重要作用。

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氧化与还原的关系

3.1

相互依存

氧化还原反应的本质是电子发生了转移（得失或偏移），在反应中电子有得必失且得失电子相等，因此氧化与还原相互依存，对立统一。例如在2Mg+O2==2MgO

的反应中，Mg被氧化，氧被还原。氧化还原反应的相关概念多，容易相互干扰而产生负迁移，因此，要明确概念的范围，理清概念间的内在联系。这种内在联系可用两条等效线表示：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。以上可速记为“升失氧还，降得还氧”。电子得失是氧化还原反应的微观实质，化合价升降是宏观表现，即是反应特征，我们通常以此作为判断氧化还原反应的依据。被氧化、被还原是发生了变化，“剂”和“性”的对象是反应物，而产物即生成物[3]。

3.2

相互转化

在氧化还原反应中，氧化剂得电子化合价降低，生成了还原产物，还原产物处于低价态具有还原性，在其他反应中又可作还原剂。反之，由还原剂生成的氧化产物具有氧化性，在其他反应中可作氧化剂，这种转化关系可用下式表示：即氧化还原反应总是强氧化剂和强还原剂反应，转化成弱氧化剂和弱还原剂。概括地说，氧化还原反应的方向是由强到弱，课本中虽然没有明确提出这一规律，但我们在教学中应将其引申出来，以提高学生对氧化还原反应的认识，适应考试的要求[4]。

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探析氧化还原反应教学的重难点

4.1氧化还原教学的重难点

4.1.1

概念的理解

在氧化还原反应的新概念中，物质没有得氧却可以称为氧化，这是使之成为教学难点的原因之一，在初中化学课本里，氧化反应属于化合反应，物质得氧是氧化，失氧是还原，由于这种认识只停留在事物的表面，所以常会导出一些错误的结论。例如，H2S的不完全燃烧：2H2S+O2=2S+2H2O

若按上述说法，H2S中S元素没有与氧结合，所以未被氧化，而H元素与氧结合成水，所以被氧化，显然这一结论是错误的。甚至在高一讲过氧化还原反应之后，仍有部分学生在解题时受“得氧是氧化”这一思维定势的影响，认为S和H2O都是上述反应的氧化产物。

4.1.2

化合价升降和电子转移配平氧化还原反应

氧化还原方程式配平的方法是侧重理科学习的学生应该掌握的一项基本技能。高二第一章第四节要求学生掌握用“化合价升降法”配平氧化还原方程式，氧化还原反应配平的方法有多种，但是最基本的原理还是电子守恒法。初学时，一定要按部就班，渐进地去学习氧化还原反应配平的方法技巧。在教学过程中，把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，采用正向或逆向配平的方法，依据电子得与失相等，先配平氧化剂→还原产物，还原剂→氧化产物，然后用观察法配平其它物质前的系数。通过指导学生练习，让学生体验氧化还原反应方程式配平过程：即“标好价，列变化，求总数，配系数”，从中体验成功的喜悦[5]。对其它学习材料中介绍提及的“整体归一法”、“零价法”、“拆分法”等这些配平的技巧方法，不宜强化作为规律来学习，这样会在学生初学时增加学习的难度，利用两个半反应来配平，就可以解决氧化还原反应方程式配平的一般问题了。在相关的练习中举一反三，还可以利用氧化还原反应中的半反应，解决关于物质守恒、电子守恒、原子守恒、电化学方面等的计算问题。

4.1.3

氧化性、还原性的比较

氧化性、还原性强弱只取决于得失电子的难易，而不取决于得失电子的多少。（原子的电子结构示意图尚未学，也增加了一定的难度）得失电子的难易往往可以通过反应的条件和反应的程度加以判断，一般说来，反应条件越容易，反应的程度越剧烈，则得失电子越容易[6]。例如：Mg和氧气反应比Al和氧气反应剧烈。

一般常见的处于最低价态的元素具有还原性；处于最高价的元素具有氧化性；而处于中间价态的元素既有氧化性，又有还原性，但通常以一种性质为主。如S、Cl2以氧化性为主。

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突破教与学难点的方法和手段

5.1

突破教学的重难点

5.1.1

概念教学的突破

概念是大脑思维的产物，没有学生的思维活动，是不会在学生头脑中形成化学概念的。因此，教师只能引导学生去思维，由学生自己在头脑中加工、整理形成概念，而不能把书本上关于概念的定义硬性灌输给学生，硬性的灌输只会造成死记硬背，这样学生头脑中形成的不是概念，仅仅是文字的堆砌。概念的形成要有丰富的感性材料，鉴于学生缺乏丰富的感性材料，教师要为学生提供丰富的感性材料并引导学生去分析、思考。感性材料可以引用课本知识，还可以是直接进行实验，例如关于氧化性和还原性概念的教学，通过做实验氯气和盐酸分别与单质铁的反应，同学们观察发现力气与铁反应是生成了三价黄色的铁，而盐酸与铁的反应有气泡的生成，并且溶液也不是黄色的，通过实验现象的观察，增强了他们的感性认识，震撼了他们的视觉器官，以达到记忆深刻的目的，使之明确氧化性、还原性的概念。中学生大脑里的知识结构比较简单，同化新概念的能力不强[7]，这就要求教师努力调动学生已有的知识，调整学生头脑令的认识结构，帮助学生加强新旧概念间的联系，同化理解新概念。据教育心理学知识正迁移的原理，已有的知识技能对新学习的知识技能发生积极的影响[7]。起促进作用。在概念教学中采用忆旧导新。比较三步法，使学生充分利用已学过概念理解新概念；运用练习和习题强化巩固概念，但是要注意概念形成的阶段性；概念是一个一个形成的，教学过程中要及时对有关概念进行总结，使单个概念纳入概念的体系里，具体的做法是：节内小结、侧面总结、单元系统。

5.1.2

氧化性、还原性大小的比较[14]

掌握氧化还原反应的本质：氧化还原应的本质是电子发生了转移，其特征是反应前后有些元素的化合价有升降变化，以将常见元素的化合价记住：“氢正一、氧负二”、单质为“零”，而高一多数学生对元素的化合价还没有记熟，此时强化记忆，因此，只要记熟一些常见元素的化合价，就可知道化学式中其他元素的化合价。如在KMnO4中，氧为-2价，钾为+1价，而负价总数为负8，可推知锰为正7。同理可得K2CrO7

中铬为+6价。Fe+2HCl=FeCl2+H2

的反应中，Fe和H2都是单质，则为零价[8]。

正确分析氧化还原反应的八字法，“高、失、氧、还，低、得、还、氧”。“高”表示某元素在化学反应中化合价升高，“失”表示某元素的原子或离子失去电子，“氧”表示发生氧化反应，“还”表示某原子在该反应中具有还原性；反之则是化合价降低，得到电子，发生了还原反应，具有氧化性。

在应用氧化还原反应知识的过程中，会经常遇到比较物质的氧化能力的强弱或还原能力的强弱等问题，有的学生觉得不知怎样去分析。因此，笔者引导学生根据元素的金属或非金属性与得失电子能力的关系、得失电子的能力与氧化或还原能力的关系，以及电子得失与化合价升降的关系，归纳出如下几点[15]：金属单质的还原能力强弱跟金属活动性顺序相同，金属阳离子的氧化性强弱顺序相反；

非金属单质的氧化能力强弱顺序与非金属活动性相同，阴离子的还原能力强弱顺序与非金属活动性相反[9]。如，氧化能力：I2<BR2<CL2Br->Cl->F-；当同种元素的不同价态的微粒相比时，价态越高者，氧化能力越强，价态越低者，还原能力越强，氧化能力增强，还原能力减弱；在一个氧化还原反应中，在所有的反应物和生成物里，氧化剂的氧化能力最强，还原剂的还原能力最强，如在下列反应中：FeS2+8HNO3

(稀)=Fe

(NO3)3+2H2SO4+5NO↑+H2O，FeS2是还原剂，还原能力最强；稀HNO3

是氧化剂，其氧化能力最强。氧化还原反应的方程式配平，这类题目多以要求配平氧化一还原方程式或离子方程式的形式出现，有时还要求填写某一反应或生成物，通过对历年来这种高考题的分析知道，这种方程式不常见，但只要找出化合价变化的几种元素，根据化合价升降法就可配平。但是要求：

质量守恒，即反应前后各元素原子的种类和个数相等；氧化剂和还原剂之间电子转移关系正确；电荷守恒，反应物总电荷数与生成物总电荷数相等，且电性相同[10]。

综上，利用化合价升降法配平氧化一还原方程式这一中学化学的难点和重点为历年高考所重视，

是中学化学教学不容轻视的内容。

5.1.3

元素价态与氧化性、还原性的关系

经过初中一年的学习，同学们对元素的种类不很了解，对元素的化合价的掌握也不是很好，这就造成了他们对氧化性、还原性的判断有着更高的难度，对多数元素来讲，他的化合价就只有一个或者二个，这还好掌握它们的氧化性、还原性，而对于少数的元素具有大于二个的化合价，这无疑对初入高中的学生来判断元素的氧化性、还原性增加了门槛，为了解决这一难题，特总结如下：同种元素之间的氧化还原反应，从价态的变化来看，似乎比较复杂，难于掌握其实，其变化亦“有章可循”。

不同价态的同种元紊之间的反应不同价态的同种元素之间[11]，若存在中间价态，二者方可发生氧化还原反应，产物中该元素的价态一定处于中间价态，也即“归中反应”反之，若其间不存在中间价态，显然二者不可能发生氧化还原反应如：Fe与FeCl2不反应，浓H2SO4具有强氧化性，但它却不能氧化SO2。

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氧化还原反应学法探讨

化学概念是整个化学的基础，是教学的重点，也是教学的难点。初学化学者，一般兴趣都比较浓厚，求知欲望比较旺盛。但当他们感到一些抽象大概念难懂，或化学用语不易记牢，或对一些描述性材料感到枯燥乏味时，往往会把学习化学视为畏途，并会错误地认为化学是一门死记硬背的学科。教师在教化学概念教学中[11]，要对学生进行学习方法的指导、培养和训练，将学生从死记硬背中解脱出来。

6.1

通过归纳，形成概念

归纳是学习化学概念的常用方法。教师在教学过程中，要逐步引导学生在对大量感性材料具有感知的基础上，通过对感性材料特点和规律的综合归纳，从中抽象出材料的本质，使学生能够顺理成章、自然而然地得出概念[12]。例如：在学习“氧化还原反应”概念时，教师首先根据教材的安排，把一系列的的化学反应列出斌那个分析那个原子得氧，哪个原子失氧，然后引导学生找出这些实例的共同特点，并用文字表达式简要表示出来，让学生通过小组讨论后，指定学生用自己的话表达出来，在学生不断补充、完善的基础上，师生共同归纳出“氧化还原反应”，以后学习“强电解质”离子方程式等概念时，才可使用此法。通过这样的教学，学生参与了知识的形成过程，打破了对概念的神秘感，学生不但对实际材料感兴趣，还积极参与了对具体材料的抽象归纳，使学习兴趣得以延续和升华。这一方法符合科学的认识规律，由具体到抽象，从感性认识上升到理性认识。学生在教师的不断引导下，能逐步学会归纳知识的方法。

6.2

通过分析，把握概念

分析能加深对概念的理解，是把握概念的有效方法。通过归纳得出的概念，如果不进行分析，将概念的定义唯一化，会束缚学生的思想，助长死记，不利于能力的提高和智力的发展。把概念分为几个要点，具有化难为易的作用。

6.3

深入剖析，理解概念

通过对概念的剖析，将一些相关知识进行联系和理解，学生的一些模糊认识得到澄清，加深了对概念的理解，进一步