芻議氧化還原反應(yīng)

【標(biāo)題】芻議氧化還原反應(yīng)【作者】朱小鋒【關(guān)鍵詞】芻議

氧化還原反應(yīng)【指導(dǎo)老師】甘湘慶【專業(yè)】環(huán)境科學(xué)【正文】

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引言

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點和難點，為突出重點，中學(xué)化學(xué)教材把它安排在高中化學(xué)第一章第一節(jié)。為分散難點，采用層層遞進(jìn)的形式，由淺至深地完成針對氧化還原反應(yīng)的教學(xué)。首先，初中階段僅從得氧失氧的角度講述氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)；接著在此基礎(chǔ)上，高一化學(xué)第一章揭示氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)即電子的轉(zhuǎn)移；高二再學(xué)到氧化還原反應(yīng)方程式的配平，進(jìn)一步從質(zhì)量守恒和電荷守恒兩方面完善這一知識點的學(xué)習(xí)。學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的知識建構(gòu)，是在已有初中知識儲備的基礎(chǔ)上，加以完善，幫助學(xué)生理清認(rèn)識物質(zhì)的思路和方法并應(yīng)用于實踐。氧化還原反應(yīng)像原子結(jié)構(gòu)、元素周期律等內(nèi)容一樣，歷來是進(jìn)行辯證唯物主義教育的好教材。氧化和還原是一對典型的矛盾，它們既對立，又統(tǒng)一，既是相反的，又是相互依存的，有氧化反應(yīng)發(fā)生必然有還原反應(yīng)發(fā)生，它們絕對不可能孤立存在，而是統(tǒng)一在氧化還原反應(yīng)中。化學(xué)中的對立統(tǒng)一規(guī)律到處可見，通過認(rèn)真引導(dǎo)，就可以使學(xué)生逐步理解對立統(tǒng)一規(guī)律在自然現(xiàn)象里的體現(xiàn)。反過來，這又會幫助學(xué)生用正確的觀點和方法來學(xué)習(xí)化學(xué)知識，對學(xué)生形成科學(xué)的世界觀和唯物主義教育有著舉足輕重的作用和意義[1]。

教材采用分步方法進(jìn)行傳授，使學(xué)生由淺到深,從現(xiàn)象到本質(zhì),從感性到理性，逐步領(lǐng)會和掌握氧化還原反應(yīng)的知識內(nèi)容。這表現(xiàn)在教材首先從得氧失氧的角度介紹氧化還原反應(yīng)的概念，再由分析氧化還原反應(yīng)中元素化合價的升降與電子轉(zhuǎn)移(或電子對偏移)的關(guān)系，使學(xué)生理解氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)，到高中第一冊第六章第五節(jié)，又根據(jù)化合價升降與電子得失的數(shù)量關(guān)系，入手培養(yǎng)學(xué)生配平氧化還原方程式的方法。通過氧化還原知識的教學(xué),能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步理解物質(zhì)的微觀運動(包括分子間作用、原子的離合、電子的運動等)與宏觀變化(包括舊物質(zhì)的轉(zhuǎn)變、新物質(zhì)的生成)等的關(guān)系，比較各種不同類型反應(yīng)的差別，進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)。

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)的核心概念，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個難點。只有對氧化還原反應(yīng)概念的清晰理解，才能對后面其他化學(xué)知識的延伸有所掌握和鞏固。這也就要求老師在引導(dǎo)化學(xué)概念教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)概念的時候多下點功夫。

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氧化還原反應(yīng)的重要性

氧化還原反應(yīng)是一個能指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究的重要概念和原理，它貫穿中學(xué)化學(xué)課程的始終。能幫助學(xué)生有效學(xué)習(xí)堿金屬、鹵素、氧族元素、碳族元素、氮族元素等元素及其化合物甚至有機化合物的化學(xué)性質(zhì)、能指導(dǎo)學(xué)生探討物質(zhì)制備、物質(zhì)檢驗、未知物推斷等問題的解決[2]?；瘜W(xué)史上的許多重大成就，如單質(zhì)氟和單質(zhì)銣的制備、由四氯化碳制備金剛石實驗原理的設(shè)計等都是科學(xué)家在氧化還原反應(yīng)原理的指導(dǎo)下得以實現(xiàn)的。氧化還原反應(yīng)原理在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識、發(fā)展學(xué)生理論思維能力、提高學(xué)生自主探究和解決問題能力方面具有重要作用。

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氧化與還原的關(guān)系

3.1

相互依存

氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移（得失或偏移），在反應(yīng)中電子有得必失且得失電子相等，因此氧化與還原相互依存，對立統(tǒng)一。例如在2Mg+O2==2MgO

的反應(yīng)中，Mg被氧化，氧被還原。氧化還原反應(yīng)的相關(guān)概念多，容易相互干擾而產(chǎn)生負(fù)遷移，因此，要明確概念的范圍，理清概念間的內(nèi)在聯(lián)系。這種內(nèi)在聯(lián)系可用兩條等效線表示：失電子→化合價升高→被氧化→是還原劑→表現(xiàn)還原性→得到氧化產(chǎn)物；得電子→化合價降低→被還原→是氧化劑→表現(xiàn)氧化性→得到還原產(chǎn)物。以上可速記為“升失氧還，降得還氧”。電子得失是氧化還原反應(yīng)的微觀實質(zhì)，化合價升降是宏觀表現(xiàn)，即是反應(yīng)特征，我們通常以此作為判斷氧化還原反應(yīng)的依據(jù)。被氧化、被還原是發(fā)生了變化，“劑”和“性”的對象是反應(yīng)物，而產(chǎn)物即生成物[3]。

3.2

相互轉(zhuǎn)化

在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子化合價降低，生成了還原產(chǎn)物，還原產(chǎn)物處于低價態(tài)具有還原性，在其他反應(yīng)中又可作還原劑。反之，由還原劑生成的氧化產(chǎn)物具有氧化性，在其他反應(yīng)中可作氧化劑，這種轉(zhuǎn)化關(guān)系可用下式表示：即氧化還原反應(yīng)總是強氧化劑和強還原劑反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成弱氧化劑和弱還原劑。概括地說，氧化還原反應(yīng)的方向是由強到弱，課本中雖然沒有明確提出這一規(guī)律，但我們在教學(xué)中應(yīng)將其引申出來，以提高學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識，適應(yīng)考試的要求[4]。

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探析氧化還原反應(yīng)教學(xué)的重難點

4.1氧化還原教學(xué)的重難點

4.1.1

概念的理解

在氧化還原反應(yīng)的新概念中，物質(zhì)沒有得氧卻可以稱為氧化，這是使之成為教學(xué)難點的原因之一，在初中化學(xué)課本里，氧化反應(yīng)屬于化合反應(yīng)，物質(zhì)得氧是氧化，失氧是還原，由于這種認(rèn)識只停留在事物的表面，所以常會導(dǎo)出一些錯誤的結(jié)論。例如，H2S的不完全燃燒：2H2S+O2=2S+2H2O

若按上述說法，H2S中S元素沒有與氧結(jié)合，所以未被氧化，而H元素與氧結(jié)合成水，所以被氧化，顯然這一結(jié)論是錯誤的。甚至在高一講過氧化還原反應(yīng)之后，仍有部分學(xué)生在解題時受“得氧是氧化”這一思維定勢的影響，認(rèn)為S和H2O都是上述反應(yīng)的氧化產(chǎn)物。

4.1.2

化合價升降和電子轉(zhuǎn)移配平氧化還原反應(yīng)

氧化還原方程式配平的方法是側(cè)重理科學(xué)習(xí)的學(xué)生應(yīng)該掌握的一項基本技能。高二第一章第四節(jié)要求學(xué)生掌握用“化合價升降法”配平氧化還原方程式，氧化還原反應(yīng)配平的方法有多種，但是最基本的原理還是電子守恒法。初學(xué)時，一定要按部就班，漸進(jìn)地去學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)配平的方法技巧。在教學(xué)過程中，把氧化還原反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，采用正向或逆向配平的方法，依據(jù)電子得與失相等，先配平氧化劑→還原產(chǎn)物，還原劑→氧化產(chǎn)物，然后用觀察法配平其它物質(zhì)前的系數(shù)。通過指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)，讓學(xué)生體驗氧化還原反應(yīng)方程式配平過程：即“標(biāo)好價，列變化，求總數(shù)，配系數(shù)”，從中體驗成功的喜悅[5]。對其它學(xué)習(xí)材料中介紹提及的“整體歸一法”、“零價法”、“拆分法”等這些配平的技巧方法，不宜強化作為規(guī)律來學(xué)習(xí)，這樣會在學(xué)生初學(xué)時增加學(xué)習(xí)的難度，利用兩個半反應(yīng)來配平，就可以解決氧化還原反應(yīng)方程式配平的一般問題了。在相關(guān)的練習(xí)中舉一反三，還可以利用氧化還原反應(yīng)中的半反應(yīng)，解決關(guān)于物質(zhì)守恒、電子守恒、原子守恒、電化學(xué)方面等的計算問題。

4.1.3

氧化性、還原性的比較

氧化性、還原性強弱只取決于得失電子的難易，而不取決于得失電子的多少。（原子的電子結(jié)構(gòu)示意圖尚未學(xué)，也增加了一定的難度）得失電子的難易往往可以通過反應(yīng)的條件和反應(yīng)的程度加以判斷，一般說來，反應(yīng)條件越容易，反應(yīng)的程度越劇烈，則得失電子越容易[6]。例如：Mg和氧氣反應(yīng)比Al和氧氣反應(yīng)劇烈。

一般常見的處于最低價態(tài)的元素具有還原性；處于最高價的元素具有氧化性；而處于中間價態(tài)的元素既有氧化性，又有還原性，但通常以一種性質(zhì)為主。如S、Cl2以氧化性為主。

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突破教與學(xué)難點的方法和手段

5.1

突破教學(xué)的重難點

5.1.1

概念教學(xué)的突破

概念是大腦思維的產(chǎn)物，沒有學(xué)生的思維活動，是不會在學(xué)生頭腦中形成化學(xué)概念的。因此，教師只能引導(dǎo)學(xué)生去思維，由學(xué)生自己在頭腦中加工、整理形成概念，而不能把書本上關(guān)于概念的定義硬性灌輸給學(xué)生，硬性的灌輸只會造成死記硬背，這樣學(xué)生頭腦中形成的不是概念，僅僅是文字的堆砌。概念的形成要有豐富的感性材料，鑒于學(xué)生缺乏豐富的感性材料，教師要為學(xué)生提供豐富的感性材料并引導(dǎo)學(xué)生去分析、思考。感性材料可以引用課本知識，還可以是直接進(jìn)行實驗，例如關(guān)于氧化性和還原性概念的教學(xué)，通過做實驗氯氣和鹽酸分別與單質(zhì)鐵的反應(yīng)，同學(xué)們觀察發(fā)現(xiàn)力氣與鐵反應(yīng)是生成了三價黃色的鐵，而鹽酸與鐵的反應(yīng)有氣泡的生成，并且溶液也不是黃色的，通過實驗現(xiàn)象的觀察，增強了他們的感性認(rèn)識，震撼了他們的視覺器官，以達(dá)到記憶深刻的目的，使之明確氧化性、還原性的概念。中學(xué)生大腦里的知識結(jié)構(gòu)比較簡單，同化新概念的能力不強[7]，這就要求教師努力調(diào)動學(xué)生已有的知識，調(diào)整學(xué)生頭腦令的認(rèn)識結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生加強新舊概念間的聯(lián)系，同化理解新概念。據(jù)教育心理學(xué)知識正遷移的原理，已有的知識技能對新學(xué)習(xí)的知識技能發(fā)生積極的影響[7]。起促進(jìn)作用。在概念教學(xué)中采用憶舊導(dǎo)新。比較三步法，使學(xué)生充分利用已學(xué)過概念理解新概念；運用練習(xí)和習(xí)題強化鞏固概念，但是要注意概念形成的階段性；概念是一個一個形成的，教學(xué)過程中要及時對有關(guān)概念進(jìn)行總結(jié)，使單個概念納入概念的體系里，具體的做法是：節(jié)內(nèi)小結(jié)、側(cè)面總結(jié)、單元系統(tǒng)。

5.1.2

氧化性、還原性大小的比較[14]

掌握氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)：氧化還原應(yīng)的本質(zhì)是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，其特征是反應(yīng)前后有些元素的化合價有升降變化，以將常見元素的化合價記?。骸皻湔?、氧負(fù)二”、單質(zhì)為“零”，而高一多數(shù)學(xué)生對元素的化合價還沒有記熟，此時強化記憶，因此，只要記熟一些常見元素的化合價，就可知道化學(xué)式中其他元素的化合價。如在KMnO4中，氧為-2價，鉀為+1價，而負(fù)價總數(shù)為負(fù)8，可推知錳為正7。同理可得K2CrO7

中鉻為+6價。Fe+2HCl=FeCl2+H2

的反應(yīng)中，F(xiàn)e和H2都是單質(zhì)，則為零價[8]。

正確分析氧化還原反應(yīng)的八字法，“高、失、氧、還，低、得、還、氧”?！案摺北硎灸吃卦诨瘜W(xué)反應(yīng)中化合價升高，“失”表示某元素的原子或離子失去電子，“氧”表示發(fā)生氧化反應(yīng)，“還”表示某原子在該反應(yīng)中具有還原性；反之則是化合價降低，得到電子，發(fā)生了還原反應(yīng)，具有氧化性。

在應(yīng)用氧化還原反應(yīng)知識的過程中，會經(jīng)常遇到比較物質(zhì)的氧化能力的強弱或還原能力的強弱等問題，有的學(xué)生覺得不知怎樣去分析。因此，筆者引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)元素的金屬或非金屬性與得失電子能力的關(guān)系、得失電子的能力與氧化或還原能力的關(guān)系，以及電子得失與化合價升降的關(guān)系，歸納出如下幾點[15]：金屬單質(zhì)的還原能力強弱跟金屬活動性順序相同，金屬陽離子的氧化性強弱順序相反；

非金屬單質(zhì)的氧化能力強弱順序與非金屬活動性相同，陰離子的還原能力強弱順序與非金屬活動性相反[9]。如，氧化能力：I2<BR2<CL2Br->Cl->F-；當(dāng)同種元素的不同價態(tài)的微粒相比時，價態(tài)越高者，氧化能力越強，價態(tài)越低者，還原能力越強，氧化能力增強，還原能力減弱；在一個氧化還原反應(yīng)中，在所有的反應(yīng)物和生成物里，氧化劑的氧化能力最強，還原劑的還原能力最強，如在下列反應(yīng)中：FeS2+8HNO3

(稀)=Fe

(NO3)3+2H2SO4+5NO↑+H2O，F(xiàn)eS2是還原劑，還原能力最強；稀HNO3

是氧化劑，其氧化能力最強。氧化還原反應(yīng)的方程式配平，這類題目多以要求配平氧化一還原方程式或離子方程式的形式出現(xiàn)，有時還要求填寫某一反應(yīng)或生成物，通過對歷年來這種高考題的分析知道，這種方程式不常見，但只要找出化合價變化的幾種元素，根據(jù)化合價升降法就可配平。但是要求：

質(zhì)量守恒，即反應(yīng)前后各元素原子的種類和個數(shù)相等；氧化劑和還原劑之間電子轉(zhuǎn)移關(guān)系正確；電荷守恒，反應(yīng)物總電荷數(shù)與生成物總電荷數(shù)相等，且電性相同[10]。

綜上，利用化合價升降法配平氧化一還原方程式這一中學(xué)化學(xué)的難點和重點為歷年高考所重視，

是中學(xué)化學(xué)教學(xué)不容輕視的內(nèi)容。

5.1.3

元素價態(tài)與氧化性、還原性的關(guān)系

經(jīng)過初中一年的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對元素的種類不很了解，對元素的化合價的掌握也不是很好，這就造成了他們對氧化性、還原性的判斷有著更高的難度，對多數(shù)元素來講，他的化合價就只有一個或者二個，這還好掌握它們的氧化性、還原性，而對于少數(shù)的元素具有大于二個的化合價，這無疑對初入高中的學(xué)生來判斷元素的氧化性、還原性增加了門檻，為了解決這一難題，特總結(jié)如下：同種元素之間的氧化還原反應(yīng)，從價態(tài)的變化來看，似乎比較復(fù)雜，難于掌握其實，其變化亦“有章可循”。

不同價態(tài)的同種元紊之間的反應(yīng)不同價態(tài)的同種元素之間[11]，若存在中間價態(tài)，二者方可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物中該元素的價態(tài)一定處于中間價態(tài)，也即“歸中反應(yīng)”反之，若其間不存在中間價態(tài)，顯然二者不可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)如：Fe與FeCl2不反應(yīng)，濃H2SO4具有強氧化性，但它卻不能氧化SO2。

6

氧化還原反應(yīng)學(xué)法探討

化學(xué)概念是整個化學(xué)的基礎(chǔ)，是教學(xué)的重點，也是教學(xué)的難點。初學(xué)化學(xué)者，一般興趣都比較濃厚，求知欲望比較旺盛。但當(dāng)他們感到一些抽象大概念難懂，或化學(xué)用語不易記牢，或?qū)σ恍┟枋鲂圆牧细械娇菰锓ξ稌r，往往會把學(xué)習(xí)化學(xué)視為畏途，并會錯誤地認(rèn)為化學(xué)是一門死記硬背的學(xué)科。教師在教化學(xué)概念教學(xué)中[11]，要對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)、培養(yǎng)和訓(xùn)練，將學(xué)生從死記硬背中解脫出來。

6.1

通過歸納，形成概念

歸納是學(xué)習(xí)化學(xué)概念的常用方法。教師在教學(xué)過程中，要逐步引導(dǎo)學(xué)生在對大量感性材料具有感知的基礎(chǔ)上，通過對感性材料特點和規(guī)律的綜合歸納，從中抽象出材料的本質(zhì)，使學(xué)生能夠順理成章、自然而然地得出概念[12]。例如：在學(xué)習(xí)“氧化還原反應(yīng)”概念時，教師首先根據(jù)教材的安排，把一系列的的化學(xué)反應(yīng)列出斌那個分析那個原子得氧，哪個原子失氧，然后引導(dǎo)學(xué)生找出這些實例的共同特點，并用文字表達(dá)式簡要表示出來，讓學(xué)生通過小組討論后，指定學(xué)生用自己的話表達(dá)出來，在學(xué)生不斷補充、完善的基礎(chǔ)上，師生共同歸納出“氧化還原反應(yīng)”，以后學(xué)習(xí)“強電解質(zhì)”離子方程式等概念時，才可使用此法。通過這樣的教學(xué)，學(xué)生參與了知識的形成過程，打破了對概念的神秘感，學(xué)生不但對實際材料感興趣，還積極參與了對具體材料的抽象歸納，使學(xué)習(xí)興趣得以延續(xù)和升華。這一方法符合科學(xué)的認(rèn)識規(guī)律，由具體到抽象，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。學(xué)生在教師的不斷引導(dǎo)下，能逐步學(xué)會歸納知識的方法。

6.2

通過分析，把握概念

分析能加深對概念的理解，是把握概念的有效方法。通過歸納得出的概念，如果不進(jìn)行分析，將概念的定義唯一化，會束縛學(xué)生的思想，助長死記，不利于能力的提高和智力的發(fā)展。把概念分為幾個要點，具有化難為易的作用。

6.3

深入剖析，理解概念

通過對概念的剖析，將一些相關(guān)知識進(jìn)行聯(lián)系和理解，學(xué)生的一些模糊認(rèn)識得到澄清，加深了對概念的理解，進(jìn)一步