教學(xué)資源如何理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)

如何理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)黃明建在高一化學(xué)里，談到氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)大多能明確：是構(gòu)成物質(zhì)的微粒間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移。但是對(duì)“物質(zhì)間為什么會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移”的問(wèn)題，人們?cè)谟懻摃r(shí)各自的理解和表述常有不同。其中，本世紀(jì)初出版的高一化學(xué)課本中相關(guān)表述頗具代表性，并且被廣泛采納。課本是以氯化鈉的形成過(guò)程為例，別開生面地結(jié)合鈉原子和氯原子的結(jié)構(gòu)變化示意圖并輔以下面這組卡通畫進(jìn)行了有趣的描述。由圖可以看出，一個(gè)鈉原子正為多出的一個(gè)電子犯愁，旁邊的氯原子知道后大為興奮——因?yàn)樗枰粋€(gè)電子；很快鈉原子也獲知了這一信息，便主動(dòng)送“貨”上門，氯原子欣然接受，彼此都達(dá)到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了“供需平衡”，各得其樂(lè)，他們還成了一對(duì)友好的“貿(mào)易伙伴”。一段多么動(dòng)人的故事??！可惜，真相是無(wú)情的。鈉原子并沒(méi)有想把電子主動(dòng)送給氯原子，因?yàn)闊o(wú)論是鈉原子核還是氯原子核都是帶正電荷的（見(jiàn)上圖），它們都對(duì)電子有吸引力，都想將帶負(fù)電荷的電子吸引到自己的周圍。只是因?yàn)殁c原子核電荷數(shù)只有11，并且它的原子半徑較大（0.186nm），導(dǎo)致鈉原子核對(duì)外層電子的吸引力較??；而氯原子核電荷數(shù)為17，原子半徑只相當(dāng)于鈉原子的1/2（0.099nm），所以氯原子核對(duì)電子的吸引力更大。當(dāng)它們相遇時(shí)，鈉原子最外層的一個(gè)電子就被氯原子奪走了。有些人認(rèn)為，鈉原子失去電子和氯原子得到電子的過(guò)程一定是一個(gè)放熱過(guò)程，其實(shí)不然。Na(g)+Cl(g)→Na+(g)+Cl－(g)△H=+147.2kJ·mol－1上式表明，單從鈉原子和氯原子間得失電子的能量變化來(lái)看，并不是一個(gè)放熱過(guò)程，而是一個(gè)吸熱過(guò)程。氯原子從鈉原子那里奪得電子是要付出代價(jià)的！我們之所以在通常實(shí)驗(yàn)中能觀察到鈉在氯氣中燃燒并放出大量熱，那是因?yàn)榉磻?yīng)中生成的鈉離子和氯離子間結(jié)合成NaCl晶體時(shí)會(huì)放出大量的熱。Na+(g)+Cl－(g)→NaCl(s)△H=－787.4kJ·mol－1并且，所放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)形成氣態(tài)鈉原子、氣態(tài)氯原子以及它們之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移所需吸收的總能量：Na(g)+1/2Cl2(g)→NaCl(s)△H=－411.2kJ·mol－1顯然，教材編者關(guān)于鈉原子和氯原子間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移所采用的擬人手法有些欠妥，可能是太在意知識(shí)的趣味性而疏忽了知識(shí)的科學(xué)性。在自然界，許多事物的變化都不以人的意志為轉(zhuǎn)移，它們共同遵循著自然界的叢林法則——優(yōu)勝劣汰，適者生存！即便是原子所在的微觀世界，這一法則也還有一定的適用性。在氧化還原反應(yīng)中，原子間對(duì)電子的爭(zhēng)奪即為典型實(shí)例。2×2×e－2Na＋Cl22NaCl2Na＋Cl22NaCl+1－100點(diǎn)燃氧化產(chǎn)物還原產(chǎn)物氧化劑氧化產(chǎn)物還原產(chǎn)物氧化劑還原劑其中，2Na―2e―＝2Na+，金屬鈉失去電子表現(xiàn)出還原性，為還原劑；Cl2＋2e―＝2Cl―，氯氣得到電子表現(xiàn)出氧化性，為氧化劑。由于Na失去電子后形成的Na+、Cl2得電子后形成的Cl―都在NaCl中，所以NaCl既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物。又如，氫氣與氯氣的反應(yīng)。HH2＋Cl22HCl點(diǎn)燃2×e－－1+100還原劑氧化劑氧化產(chǎn)物還原產(chǎn)物看上去，氫氣和氯氣反應(yīng)與金屬鈉和氯氣反應(yīng)非常相似，實(shí)際上它們?cè)陔娮愚D(zhuǎn)移的方式上有較大的差異，這種差異可以用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中對(duì)資本的“掠奪”與“投資”來(lái)形象地比喻。我們可以將電子看作不同經(jīng)濟(jì)實(shí)體所擁有的“資本”，在金屬鈉與氯氣的反應(yīng)中，氯分子中的氯原子是將鈉原子最外層電子完全奪走并占為己有，可視為“掠奪”；而在氫氣與氯氣的反應(yīng)中，雖然氯原子吸引電子的能力較強(qiáng)，但氫原子并沒(méi)有將電子完全交給氯原子，而是與氯原子各提供一個(gè)電子彼此共用，可視作“投資”，它們重新組成了一個(gè)“經(jīng)濟(jì)共同體”。因此，在氧化還原反應(yīng)中，“電子的轉(zhuǎn)移”包含有兩種方式——得失與共用。氧化劑：KClO氧化劑：KClO3還原劑：KClO3氧化產(chǎn)物：O2還原產(chǎn)物：KCl2×6e－－2MnO2×6e－－2MnO20－1+52KClO32KClO3===2KCl+3O2↑△氧化劑：NH4NO3氧化劑：NH4NO3還原劑：NH4NO3氧化產(chǎn)物：N2還原產(chǎn)物：N20+5－35×3e－5NH45NH4NO3==2HNO3＋4N2↑＋9H2O△氧化劑：Na氧化劑：Na2O2還原劑：Na2O2氧化產(chǎn)物：O2還原產(chǎn)物：Na2CO32Na2O2+2CO2==2Na2CO3＋O2↑－10－22e－不過(guò)，我們完全不必因?yàn)樵娱g為電子的爭(zhēng)斗大傷情感，沒(méi)有矛盾的世界是不存在的。從生物的進(jìn)化和繁衍角度來(lái)看，沒(méi)有原子間為電子的爭(zhēng)斗，就沒(méi)有新陳代謝，就沒(méi)有人的生老病死，世界就沒(méi)有生機(jī)，將數(shù)億年如一日，到處一片沉寂。那么，可愛(ài)的你又怎么能看到今天這個(gè)