氧化还原反应原理

氧化还原反应原理

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氧化还原反应原理的科学性理解的研究

辛永平

（山西省原平市第一中学 034100）[摘要] 依照《普通高中化学课程标准》对氧化还原反应所做的规定要求，本文阐述了氧化还原反应概念和原理的科学学习价值，提出了对氧化还原反应进行科学完整性理解的三个阶段。

[关键词] 氧化还原反应理解自主探究思维模型

培养学生运用化学的概念和原理进行自主探究的能力中学化学教育的一个主要目的，氧化还原反应是一个能指导学生进行自主探究的重要概念和原理。

一、氧化还原反应概念和原理的科学学习价值

氧化还原反应是一个基本的概念和基本的反应原理，在中学化学课程中具有重要的地位。（一）理论价值

1、有助于学生更加深刻地理解物质结构与性质的关系。

不同元素表现出的不同性质是由其原子结构特别是最外层的电子数目决定的。在氧化还

原反应中，活泼金属单质表现出较强还原性，活泼的非金属单质表现出较强的氧化性；不活泼金属元素的简单离子表现出较强的氧化性，不活泼非金属元素的简单离子表现出较强的还原性，并具有一定的递变规律，此规律可在元素周期表中呈现

2、指导学生探究元素化合物的性质。如从得氧失氧角度探究H

、C、

2

的氧化性；从电子得失角度（原子结构角度）探究Na、CO的还原性、CO

2

Cl 2、S 、N 2的性质；从化合价变化角度探究物质的性质，如H 2S 、K 2Cr 2O 7

等。此原理可贯穿于所有元素及其化合物的研究过程中。

3、指导学生探究设计物质的制备原理。如实验室中Cl 2的制备，工业

上制备H 2SO 4、HNO 3的反应原理的设计、工业上制备高纯硅的反应原理的设

计等，都以氧化还原反应原理为指导。有机反应中的氧化还原在形式上表

现为加氢（去氧）和加氧（去氢）（其实质仍为电子转移），可帮助学生

理解官能团之间的转化以及设计简单的有机物合成路线。

4、指导推断复杂反应的产物或反应物。如在探究Na 和H 2O 的反应中，

可以在氧化还原反应原理的指导下从理论上推知产物是H 2和NaOH ，使学生

的学习在科学概念和原理的指导下进行，减少盲目性。在一些定量反应

中，可依据电子得失总数相等来确定未知物。

5、 指导学生探究设计合理的原电池和电解池。原则上，任意一个自

发的氧化还原反应均可设计成一个原电池。理解了原电池和电解池反应的

实质是氧化还原反应，可帮助学生深入理解化学能和电能之间的关系，也

可根据需要设计原电池和电解池解决实际问题。如失去标志的蓄电池正负

极的判断，含K 2Cr 2O 7的酸性工业废水的处理，均可引导学生设计一个电解

池来解决。

6、帮助学生形成正确的辨证统一的哲学观点。氧化还原反应中氧化过

程和还原过程是同时发生、同时存在的，电子得失数目总是相等的。自然

界的这一客观规律对学生形成对立统一和物质不灭的哲学观点，建立两点

论的思维模型来说是最好的课程内容之一。

（二）应用价值

1、指导设计物质制备原理。自然界为我们提供的元素绝大多数以化合物的形式存在，而至今人们离不开的金属单质及其合金，必须利用氧化还原反应从矿石中提取。同时，又利用氧化还原反应时刻与其反过程——金属的腐蚀作斗争，寻求防止金属腐蚀的有效方法。有机物的制备可利用官

能团之间进行氧化还原反应的特点来设计合成路线，如—NH

2可由—NO

2

通

过还原反应来制备，—CO—可由—OH或—C=C—通过氧化反应来制备等等。

2、指导滴定分析。许多的氧化还原反应在溶液中进行，而且进行得比较完全，人们可利用这些反应进行物质间的定量分析，如碘量法，高锰酸钾法，重铬酸钾法等等。

3、指导分析反应中的未知物质。在许多的科学研究中，需要对未知的生成物或反应物进行推断，人们可利用氧化还原反应中电子得失同时发生且的规律定性或定量地推断未知物质。

4、指导实验原理的设计。可利用物质具备的氧化性或还原性设计检验或除去此物质的反应原理，如酒后驾车检测器的制作原理是由乙醇的还原性指导人们去寻找具有强氧化性且反应前后有颜色变化的物质；汽车尾气的无毒排放原理是CO的还原性、NO的氧化性以及相应的热力学理论指导人们去寻找催化剂使二者反应。尽管并不是所有的具有氧化性和还原性的物质都能发生反应，但它给人们提供了一个比较可靠的研究方向，使人们少走弯路。

5、指导能量转化研究。所有的燃烧都是氧化还原反应，实现了化学能与热能的转化。化学能与电能的转化，只有在氧化还原反应中才能得以实

现。掌握了氧化还原反应的规律，可指导人们有效地利用化学能，造福人

类。

综上所述，氧化还原反应概念和原理是化学学科中的核心知识，具有

很强的基础性、辐射性、扩展性和融合性，以此为中心主线组织课程和教

学，能帮助学生将头脑中的知识网络化、结构化，加深对化学反应本质的

理解。从一定意义上讲，氧化还原反应是联系物质结构、性质、制备、含

量分析以及能量转化的纽带，是学生进行科学探究的重要理论依据，是中

学化学课程必须重点建构的重要内容。

二、对氧化还原反应应有的科学理解

学生要进行成功的科学探究，必须具备足够的知识基础、对指导探究

的概念和原理有完整的科学理解、依据概念和原理建立相应的科学探究模

型。对氧化还原反应概念和原理，学生应具备以下完整理解（见下页

图）。

辨证统一

电子 化合价

失 升

得 降

分子热运动 热能

宏观