哈工大大学化学论文

无处不在的氧化还原反应（哈尔滨工业大学能源学院）摘要： 氧化还原反应是三大基本反应之一， 仅只是电子的得失或共用电子对的偏移就能发生氧化还原反应。 发生条件如此简单的氧化反应自然普遍存在我们的日常生活中， 而世间最伟大生命的存在自然也离不开氧化还原反应。 氧化还原反应与人们的生活息息相关， 不论是衣食住行用， 还是环顾人们所生存的环境， 大至整个地球中的生命维系， 小至日常生活中的细枝末节。 总之氧化还原反应是一类重要的化学反应， 它在工业农业生产、 科学技术以及日常生活等方面有着广泛的应用。关键词 ：化学，氧化还原反应，生活一、氧化还原反应的现实意义人类因化学， 而真知万物。 而生活的处处都是离不开化学的。 在生物学中植物的光合作用、呼吸作用是典型的氧化还原反应。人和动物的呼吸， 把葡萄糖氧化成二氧化碳和水。通过呼吸把贮藏在食物分子的能转变为 ATP中活跃化学能， 然后这些活跃化学能再供给人和动物进行机动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需要的能量。在工业生产中矿石的提炼也是通过氧化还原反应实现的。 比如电解， 比如置换， 比如高温还原，比如湿法还原，比如石油的催化去氢等有机物的合成反应。在农业生产中， 主要体现在肥料的变化。 土壤中得铁锰氧化数影响作物的营养， 灌田也是为了控制土壤中的氧化还原反应。在能源方面， 煤炭、 石油、 天然气等燃料的燃烧供给着人们生活和生产所必需的大量的能量。 我们通常应用的干电池、 蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应，否则就不可能把化学能变成电能，把电能变成化学能。各种各样的领域都涉及着氧化还原反应，与我们的日常生活是生生相惜的！二、氧化还原反应在生活中的具体体现（一）农业与氧化还原反应1. 植物的光合作用和呼吸作用相对来说，光合作用和呼吸作用是比较复杂的氧化还原反应。光合作用总被称为绿色工厂， 也可以说为地球上的大多数生命提供了能量来源。 绿色植物通过利用光能通过叶绿体把水和二氧化碳转换成储存能量的有机物质的同时也释放氧气。 光合作用可以说是对生物进化的过程起到重要的作用。地球上将近 100%的生命活动所需能量都是通过绿色植物的光合作用而储存起来的。 植物在自身消耗了氧以及碳水化合物， 在释放能量的同时产生二氧化碳和水，以此来帮助植物体内体内各项机能更好运作。2. 晒田和灌田通过排水来改变通透性，增多耕作层中氧气的含量的同时也阻碍甲烷等有害物质的存储让氧化效果减弱， 最终促进植物根系向更深的地方生长， 让植物生长得更粗壮。 进行晒田和灌田的工作是因为土壤中含有的铁锰会对作物的营养产生影响， 通过控制排水来控制土壤中氧化还原反应的发生。（二）工业与氧化还原反应1. 金属冶炼我们所需的所有金属几乎都是通过氧化还原反应从矿石里提取出来，主要包括：（ 1） 制造活泼的有色金属：电解法或者置换。（ 2） 高温条件下制造黑色金属和其他有色金属：热还原法。（ 3） 制备贵重金属：湿法冶金。2. 化工产品现代文明社会具有三大重要的支柱，它们分别是能源、信息以及材料。能源的合理开发和利用成为了世界性的重要选题。 因此， 节能减排已经成了全人类的行为准则之一。 现在，人类掌握了热核聚变，并将其发展利用。 但是在不久之前，人类还仅仅只能支配化学能，只能将化学能作为一种能源主体。 而人类利用化学能就等于成天在跟氧化还原反应交朋友。 伴随着不断膨胀的世界人口， 人类对粮食的需求量越来越大， 因此生产氮肥成了一个摆在化学家眼前的重大课题， 对空气中氮的固定量的变革迫在眉睫。 而德国化学家弗里茨· 哈伯通过自己的努力设计出了一套适用于高压实验的装置和合成氨的工艺流程， 为人类史上人工固氮技术的发展做出了巨大的贡献， 同时这一发明也成为化工生产实现高温、 高压、 催化反应的第一个重要里程碑。工业合成氨的化学方程式为： N2+3H2＝ 2NH3。在这个反应中，所需的原料来自于空气、 煤和水， 可以说是最省钱的人工固氮法。 工业合成氨是氧化还原反应的一种， 除此之外工业氧化还原反应还包括工业制硝酸、氯气等。（三）电化学与氧化还原反应生活中，我们通常会使用干电池和蓄电池，再加上在空间技术上应用的高能电池，这三种电池都是属于氧化还原反应的。 因为假如不是这样， 我们就不可能使得化学能与电能之间相互发生转变。 不论是用电来带动化学反应， 还是利用化学反应来产生电能， 氧化还原反是在所有的电化学反应过程中的重要核心。（四）生活与氧化还原反应我们生活和生产过程中所必需的大量的能量都是通过煤炭、石油以及天然气等燃料的燃烧来获得的。化学方程式为： （汽油燃烧） 2C8H18+25O2→ 16CO2+18H2O+能量。无论是在家庭中或是在工厂中所需的能量， 绝大多数都是来自于煤、 石油等一系列化石燃料的氧化而产生的。与我们最息息相关的呼吸过程，其实也是氧化还原反应的过程。在呼吸的过程中氧化还原反应会将葡萄糖氧化成为二氧化碳和水。 而在呼吸的过程中， 通过把食物分子内存储的能量转化成为三磷酸腺苷高能磷酸键内存在的化学能， 以此来给人以及动物提供能够支持机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需的能量。空气中氧气的存在使得我们生活在一个氧化性的环境中。物的腐败、钢铁腐蚀、铜质水管长铜绿、铝质器皿擦亮后变暗都是被氧化的结果。在生活中我们不难发现， 把切开的苹果放置一段时间后， 苹果被切开的剖面就会变红，就会产生褐色的斑块。这说明了什么问题？因为苹果内含有丰富的维生素 C，它被氧化了以后便会产生这种现象。我们知道，苹果当中含有 Fe2+ 以及酚类物质，氧气和酚氧化酶分别将两者氧化， 从而使得苹果的颜色变深。 如果想要阻止这种现象的发生， 我们只需要将苹果与空气中的氧完全隔绝开来便可以达到目的。 通常可以将去皮后的苹果浸泡在冷水之中， 这样酚便不容易被氧化为醌。 我们还可以将削皮后的苹果放在沸水中烫几分钟， 使酚氧化酶失去活性，这样就不容易将酚催化为醌。怎么判断司机是否酒后驾驶呢？ K2Cr2O7 是一种橙红色具有强氧化性的化合物，当它在酸条件下被还原成三价铬时， 颜色变为绿色。据此，当交警发现汽车行驶不正常时， 就可上前阻拦，并让司机对填充了吸附有 K2Cr2O7 的硅胶颗粒的装置吹气。若发现硅胶变色达到一定程度，即可证明司机是酒后驾车。这时酒精被氧化为醋酸2K2Cr2O7+3CH3CH2OH+8H2SO4→ 2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CH3COOH+11H2O 供氧剂的选择也是与氧化还原反应关系很深。铁路为提供鲜活水产品、新鲜水果和蔬菜必须要考虑： 水中需要保持适量的氧气， 及时除去呼出的二氧化眼， 防止细菌的大量繁殖，所以在运输的过程需要选取适当的供氧剂。 过氧化钙是一种微溶于水的包色固体， 在水中逐步溶解并且不断放出氧气，生成的氢氧化钙又能吸收鱼所呼出的二氧化碳。陶瓷，红砖，青砖的烧制也是氧化还原反应作用的效果。在用煤烧制砖瓦时，用黏土做成的坯经过烘烤后， 铁的化合物转换成氧化铁而烧制得到红砖。 若烘烤后期加入水， 高温的环境会产生大量的一氧化碳和氢气， 它们又能将红色的物质还原成黑色的四氧化三铁和氧化亚铁，同时还有未燃烧的碳粒就制备得到青色砖瓦。火柴的原理又是什么呢？最近有一种安全火柴由氧化剂和易燃物组成。通过摩擦生热使氯酸钾分解， 然后让红磷达到着火的条件， 再引发火柴头上的易燃物燃烧。 这样的火柴把红磷和氧化剂分开，比较安全，无毒性 ! （五）医学与氧化还原反应医学界在针对疾病和老化的系列研究中，发现了自由基——抗氧化物质的理论。人体内的自由基有许多种， 较活泼、 不成对电子的自由基性质不稳定， 具有抢夺其他物质的电子，使自己原本不成对的电子变得较稳定的特性。 而被抢走电子的物质也可能变得不稳定， 可能再去抢夺其他物质的电子， 于是就产生了连锁反应， 造成这些被抢夺的物质遭到破坏。 人体的老化和疾病，极可能就是从这个时候开始的，尤其是今年位居十大死亡原因之首的癌症，其罪魁祸首便是自由基。我们都知道，经常吃充分富含维生素 C 的水果以及蔬菜不仅能够永葆青春还可以有效促进身体健康。维生素 C 作为自由基的最大敌人，是十分超群的抗氧化剂。 它能够有效抑制细胞基本成分的氧化， 从而可以帮助减少自由基对皮肤的伤害， 加速自由基的消除，减缓皮肤的衰老。三、氧化还原反应的危害据报道，广州一家庭主妇在家中打扫卫生时突然晕倒，家人发现后将她送到医院抢救，半小时后这名主妇停止了呼吸。 医生化验其血液和胃液， 确认是氯气中毒。 分析原因， 竟是这名主妇为了获得更强的去污能力， 把家用洗涤剂、 浴液和厕净精等 3类共 5种洗涤用品混合使用， 导致悲剧的发生。 由于厕净精是用盐酸兑成的，氯离子的含量较高， 而漂白粉中含有次氯酸， 所以当厕净精与漂白粉合用或漂白粉与含氯类清洁剂合用时就会发生化学反应， 产生有毒的氯气，轻度中毒者会感到眼、鼻、喉不舒服，重者还会伤及心肺，当有毒气体在空气中弥漫到一定浓度时甚至会置人于死地。根据 《中国腐蚀调查报告》 一书提供的数据， 我国年腐蚀损失约占国民经济总产值 (GDP)的 6％， 据此， 如果按 2006年 GDP的 6％计算， 年腐蚀损失可达上万亿元 ! 这是一个令人吃惊的数字 ! 腐蚀可造成事故、危机人身安全，因腐蚀而发生的爆炸和人员伤亡的事件时有发生。以下是摘录的媒体报道，由此可见一斑：“吉林省松原市某自来水厂发生氯气泄漏事故，厂区附近 2万余群众被紧急疏散， 全县 8 000户居民停水达 10／ ix 时， 有两人在此事故中中毒。发现是氯气罐上减压阀的螺丝由于长时间被氯气腐蚀，产生泄漏点，导致了氯气的泄漏。”四、结语总之，生活中处处存在化学，特别是氧化还原反应广泛存在工农业生产 / 科学技术以及日常生活中。 所以说世界是化学的世界， 化学使这个世界更精彩， 要用化学知识使生活更加美好与环保， 也要努力学习氧化还原的相关知识。 充分利用氧化还原反应来造福社会， 努力避免氧化还原对生活以及生命的危害参考文献[1] 陈存英 氧化还原在工业中的体现 . 上海交通大学学报 :医学版 , 2011, 06(02): 1089-1092[2] 陈慧 化学中生活中的体现 山西师范大学学报， 2006， 60（ 12） ： 2032-2041 [3] 邓云梅 生活中的氧化还原 人教版高一化学说明：内容：是关于对课程某个具体内容的理解， 3 千 -5 千字。格式：要有摘要，关键词，正文，参考文献。正文要有层次。不要封面。参考上述格式进行。提交：电子版和打印稿同时提交 liwx@hit.edu.cn ，以班为单位做成文件夹，用班号命名，不要单独交。时间：考试前交到理学楼 503。论文评分标准量化表 （ 总分 10 分 ）欧阳（哈尔滨工业大学能源学院）评价要素有内容、语言、结构和规范等，并将评价要素分为不同的等级，对应不同的分数。等级标准 内容 语言 结构10 分 内容有相当的深度， 而且全面， 有较充分的个人观点的阐述， 能够较好联系课堂知识和化学原理。语言通顺，逻辑性强。文 章 结 构 合 理 完整，无打印排版错误。9 分 内容有深度， 而且全面， 有较充分的个人观点的阐述， 能够较好联系课堂知识和化学原理。语言通顺，逻辑性 较 强。文 章 结 构 合 理 完整，有 个别 打印排版错误。8 分 内容有一定深度， 而且较全面， 有一定程度的个人观点的阐述， 有一定程度的联系课堂知识和化学原理。语言 比较 通顺，逻辑性较强。文章结构较合理完整，有 个别 打印排版错误。7 分 内容深度一般， 全面性一般， 但能够联系课堂知识和化学原理， 个人观点的阐述不足。语言比较通顺，逻辑性较强。文章结构较合理完整，有 少量 打印排版错误。6 分 内容深度与全面性均明显有待加强，个人观点的阐述不足， 只在较少方面联系了课堂知识和化学知识。语言比较通顺，逻辑性较强。文章结构 基本 合理完整，有 部分 打印排版错误。6 分以下 完全照搬书本上的内容， 是死记硬背的结果或完全拷贝网上的信息， 丝毫看不出个人观点的阐述。语言 基本 通顺，逻辑性 较差 。文 章 结 构 基 本 完整，有 较多 打印排版错误。自评分 9 教师分