日常生活中氧化还原反应的应用及反应方程式.doc

日常生活中氧化还原反应的应用及反应方程式氧化还原反应是化学反应中最重要的一类其反应过程中分子或原子(离子)间电子的转移更显而易见。某一原子(或离子)氧化状态的改变必有另一原子(或离子)氧化状态相对应的改变;换句话说某一物质被氧化就必然有另一物质被还原这两者之间是相辅相成的。若纯从能量的观点来看在任何自发的氧化还原反应中阳电性元素趋向失去电子(氧化)也就是氧化数趋向正值而阴电性元素则趋向获得电子(还原)氧化数趋向负值。在我们周围的环境里氧化还原反应确实占了极大的分量可以说是推动整个生物圈的原动力任何生命的持续过程都少不了它。所谓的生物圈是指地球上所有生命的部分其中包含着各种不同的化合物主要是由碳、氧、氮、氢四种元素所组成。这些化合物在自然界中不断的生成、消耗及互相转变永远保持着一种连绵不绝的循环状态使得生物圈本身就像是一个巨大的循环系统由能量的同化与异化作用和涉及上述四种元素的种种氧化还原反应构成了整个的生命现象。此外在我们日常生活的许多小事里也都可以看到这类最基本的化学反应。一、自然界中碳的循环自然界物质的循环现象里碳元素的循环范围最广。关于其循环的情形我们可以自图一中了解一些梗概。图一中每一标明「CO2出O2入」或「CO2入O2出」的步骤都有氧化还原的反应。在前者氧是以零价的氧化状态作为氧化剂去氧化一些含碳的化合物;在后者氧又从二氧化碳中的负2价氧化态被氧化成零价状态同时产生还原态的含磷化合物。两者的配合构成了整个生物圈中的大循环。在碳的循环过程里大气中或溶解在水里的二氧化碳经由光合作用转变为植物或浮游生物体内的还原态含碳化合物并释放出氧气。陆地或海洋中的动物摄取这些含碳化合物作为食物;而在生物呼吸或生物遗体的分解中则又消耗氧而产生二氧化碳并释出能量。至于在深海之中二氧化碳溶于水内产生了碳酸根离子CO32-与钙离子Ca2+结合以碳酸钙沈淀的方式积存于海底。此外一些生物遗体也可在缺氧的状态下逐渐沈积下来最后转变成煤或石油的沈积层而经人类开采并在空气中燃烧利用后又再生二氧化碳。在碳的循环中光合作用与呼吸作用是两类最重要的氧化还原反应正好说明了氧化还原的过程和我们的生存有多么密切的关系。在光合作用中陆地或海洋的植物吸收了日光能将二氧化碳与水转化为细胞生活所需的碳水化合物和氧——呼吸作用所需氧气的主要来源。光合作用可以下列通式表之光+6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2所谓的呼吸作用就是在动植物体内消耗氧及碳水化合物以产生能量及二氧化碳和水的反应以式表之为C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量在人体中的呼吸作用还包括肺叶中氧与二氧化碳的交换。而细胞中食物养分(葡萄糖)氧化所产生的能量即用来推动身体的各项机能。由此可见光合作用与呼吸作用恰是相反的两项反应：阳光的能量可经由光合作用储存在葡萄糖中;必要时葡萄糖经由呼吸作用而氧化又释出能量供生物运用。由于CO2中的碳为正4价而葡萄糖中的碳为零价可见具有正氧化态的元素常可利用其零价的状态储存能量当其再氧化成原来的正氧化态时即可将能量释出。换句话说还原态的物质多是富含能量的。二、自然界中氮的循环除了碳的循环之外自然界中氮的循环也是生命现象里不可缺少的一环因为氨基酸和蛋白质也是维持生命活动的要素。图二所示即为空气中不活泼的氮分子与生物体内各种氨基酸之间的氧化还原过程。氮的循环过程里大气中所含的氮可借着空中的闪电与氧化合形成氧化氮再逐步还原成氨;或是氮直接经由固氮生物的作用而产生氨加入土壤中。氨可借着生物体中酶的催化作用进入细胞蛋白质中成为有机的含氮化合物。不过由于氨在自然界中毒性太强氮也常以NO3-的形式贮存在土壤中在进入生物体后再还原成氨和氨基。此外许多细菌作用于氮转变过程的中间产物还原产生氮气释回大气层中(就是所谓的脱氮作用)因而完成整个循环。在自然界中各种形式的含氮化合物都必须还原成氨才能被吸收入生物体组织。因此氨在氮的循环中占非常重要的地位而固氮生物中的化学反应也就成为一项重要的研究课题。三、化石燃料的氧化家庭、工厂、商业和运输上所需用的能量绝大部分来自煤或石油等化石燃料的氧化这是我们日常生活中最常见的一类氧化还原反应。例如汽油与氧之间的反应可表为2C8H18+25O2→16CO2+18H2O+能量其中汽油是还原剂氧为氧化剂。四、杀菌与漂白氯或臭氧常用来净化饮水消灭水中所含的病原体;次氯酸溶液则可以作为医院病房或器具的一种有效杀菌剂。在这些例子中其关键性的化学反应就是由这类强氧化剂对病原体致命部分的强烈氧化作用。这些含氧或氯的化学物因具有强烈氧化作用也可以用作木浆、纸张或棉花的漂白剂。例如Chlorox这种家庭用漂白剂其主要的作用成分就是次氯酸。事实上大部分漂白剂的作用是将有色的物质氧化使其转变为无色的物质或是变得容易分离。五、