正确理解氧化还原反应概念
中学的化学教学是化学的启蒙教育,涉及概念较多。如何根据中学生的水平,通过传授化学知识,使学生建立正确的概念,培养学生科学思维方法,以适应后续学习和高新科学技术对化学的需要,是一个值得研究的问题,笔者就中学化学教学中氧化还原反应概念问题浅谈一些看法。
氧化还原是化学中一个十分重要的概念,许许多多反应都是氧化还原反应,在初、高中教学中贯穿始终。氧化还原概念由最早的得氧和失氧,发展为化合价的升高和降低,以致到现在的电子得失观点,失电子为氧化,得电子为还原,概念的提出由现象到本质,逐步深入。
由于氧化还原反应面广,较复杂,有些问题在联系实际运用时,并不那么简单,常会远离概念而去造成一些误解,举例如下:
1.谁被氧化?谁被还原?
有人认为元素从化合态变为游离态一定被还原,故将2Br-+Cl2=Br2+2Cl-反应中Br-被氧化为Br2看作是特例。
判断被氧化,被还原的标准,从氧化还原的概念来看是很明确的:物质中某元素得到电子,化合价降低,该物质被还原,是氧化剂,物质中的某元素失去电子,化合价升高该物质被氧化是还原剂,而不应从化合态变为游离态,还是游离态变为化合态来判别,因为这不是氧化还原反应的本质,本质是电子得失,表现为化合价的降低或升高。元素从化合态变为游离态,其中化合态可处于正化合价,也可处于负化合价,当然由正化合价变为游离态单质,化合价降低,是被还原,而由负化合价变为单质,化合价升高那就不是被还原,而是被氧化了。所以认为元素从化合态变为游离态一定被还原是不正确的,而由Br-变为Br2正说明了Br元素被氧化,即由化合态变为游离态的物质中某元素也可被氧化,并非一定被还原,两种可能性都存在,故不能用于判断谁被氧化,谁被还原。
2.还原性强弱
有人认为原子最外层电子数越少,越易失去电子,还原性越强,但Cu、Ag的还原性却很弱。
“原子最外层电子数越少,越易失去电子,还原性越强。”这一规律仅适用于比较同周期主族元素(S区、P区典型元素)的还原性。同周期从左至右最外层电子数增多,电子不易失去,还原性减弱。相反,从右至左,最外层电子数减少,易失去电子,还原性增强。因为对主族元素来说,同周期随核电荷增加,外层电子数增多,原子半径逐渐减小,核对外层电子吸引力增大,电子不易失去。电离势增大,还原性减弱。而对于副族元素(d区、ds区过渡元素)并不适用,因为它们的电子构型与主族元素不同,由于随核电荷的增大,电子填入次外层,故最外层电子数大多为2(也有为1)。它们最外层电子数虽少,但还原性都不如碱土金属,碱金属强,它们的还原性除第一过渡系列较强外,二、三过渡系列大都较弱,尤其第三过渡系列较惰性。因此在副族元素中并不存在这样的规律,不能用原子最外层电子数的多少来判断所有金属元素还原性的强弱,也不要把主族金属元素与过渡金属元素用同一标准来比较,因为它们内在的结构是不同的。由于影响过渡元素还原性强弱的因素很复杂,已超出中学教学的要求,故在教学中应考虑到认知的阶段性,不宜太多引伸,更不要把局部的规律扩大为全局,以免造成学习中的混乱。
3.化合价越高,氧化性越强吗?
有人认为元素的氧化性一般随化合价的升高而增强,因而把氯的含氧酸氧化性的变化:HClO>HClO2>HClO3>HClO4,认为是特例。
经常有人会把化合价(氧化数)和氧化性联系起来,认为化合价越高,氧化性越强。其实氧化性与化合价无必然的联系,相反的事实却很多,例如,同一元素不同价态的含氧酸,低价态的氧化性大于高价态,如HNO2的氧化性大于稀HNO3(HNO2能氧化HI,而稀HNO3则不能);H2SO3的氧化性大于稀H2SO4(H2SO3能氧化H2S,而稀H2SO4则不能);氯的含氧酸的氧化性HClO>HClO2>HClO3>HClO4,这是一般的规律。因此不能用化合价高低来判断其氧化性的强弱。化合价即氧化数是人为指定的形式电荷,化合价高,当然有可能接受电子,但氧化性的强弱即氧化能力的体现是由多方面因素决定的,它与化合价无必然的联系。
量,但是对于复杂的氧化还原反应,动力学因素即反应速率也是不可忽略的因素。
而HNO3却不能。这是由于HNO2是快速氧化剂,能使多步复杂的氧化还原反应迅速进行。一般地说,高价的含氧酸较惰性,反应较慢,低价的含氧酸较活性,反应速率较快,这些都与它们的内部结构有关。