刊名: 教学与研究
Teaching and Research
主办: 中国人民大学
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 0257-2826
CN: 11-1454/G4
邮发代号: 2-256
历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953
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生活中的氧化还原反应
【作者】 董 艳
【机构】 新疆昭苏县教育局教研中心
【摘要】利用氧化还原反应,可将我们日常生活与生产过程中必需的所有金属都从矿石中提炼出来,加工制作成为一些重要的、必需的化工产品,用以促进生产。这主要包括:食盐水制烧碱、接触法制硫酸、合成盐酸、电解饱、氨氧化法制硝酸以及合成氨等等,它们都是氧化还原反应的代表。除了工业生产,在农业中也有不少氧化还原反应。例如植物的光合作用以及呼吸作用,是复杂化了的氧化还原反应。同时在日常生活中也有广泛的应用【关键词】氧化还原反应;生活;应用
一、前言
化学作为一门基础理论学科,与人们的生活息息相关,不论是衣、食、住、行、用,还是生活环境,都包含有极丰富的化学知识,生活离不开化学。环顾人们所生存的环境,大至整个地球中生命的维系,小至日常生活中的枝枝节节,都可以看到氧化还原反应的痕迹,它是一类重要的化学反应,在工农业生产、科学技术和日常生活中都有广泛的应用。
二、氧化还原反应的应用
1、工业
(1)金属的冶炼。
我们所需要的各种各样的金属,都是通过氧化还原反应从矿石中提炼得到的。如,制取活泼的有色金属要用电解或置换的方法;制取黑色金属和其他有色金属都是在高温条件下用还原的方法;制备贵金属常用湿法还原等。
①电解法(k-Al之间):2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑。
②热还原法(Zn-Cu之间):Fe2O3+2Al= 2Fe+Al2O3。
③湿法冶金:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
(2)化工产品的制造。
许多重要化工产品的制造,如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等,主要反应也都是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等也都是氧化还原反应。
在化学史上,有一位化学家给世人留下了激烈的争论,他就是德国化学家弗里茨?哈伯(Fritz Haber)。随着人口增加对粮食的需求增大,为了生产氮肥,对空气中氮的固定是摆在化学家面前的一个重大课题。哈伯勇于追求与探索,成功地设计出一套适于高压实验的装置和合成氨的工艺流程,这是人工固氮技术的重大成就,是化工生产实现高温、高压、催化反应的第一个里程碑。合成氨的原料来自空气、煤和水,是最经济的人工固氮法。哈伯被人赞扬说:“他是天使,为人类带来丰收和喜悦,是用空气制造面包的圣人。”1918年,瑞典皇家科学院因哈伯合成氨发明的杰出贡献,授予他诺贝尔化学奖。
(3)电化学
在所有电化学的反应过程中,无论是用电来带动化学反应(如电镀或电解),或是利用化学反应来产生电能(电池),都以氧化还原反应为其核心。
我们通常用的干电池、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转变成电能,或把电能转变成化学能。
2 .农业生产
在农业生产中,植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。
① 植物的光合作用。
绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成有机物,储存能量,并且释放出氧气。反应原理:6H2O+6CO2=C6H12O6+6O2。光合作用是一个巨大的绿色工厂,制造有机物,转化并储存太阳能,使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定,对生物的进化具有重要的作用。地球上几乎所有生命活动的能源,都是绿色植物通过光合作用储存起来的。
② 植物的呼吸作用。
植物体内消耗氧和碳水化合物,产生二氧化碳和水,同时释放能量,
用来推动身体的各项机能。反应原理:C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量。
③ 肥料的变化
施入土壤的肥料的变化如铵态氮转化为硝态氮,SO42- 转化为H2S等,虽然需要有细菌起作用,但就其实质来说,也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的化合价态的变化直接影响着作物的营养,晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。
④晒田的目的。
晒田的主要作用在于通过排水改善通透性,使耕作层中氧的含量增多,还原性有害物质如甲烷、硫化氢和亚铁等的含量因被氧化而减少,促进根系向下伸展,使植物粗壮。
3.日常生活
家庭、工厂等所需用的能量,绝大部分来自煤或石油等化石燃料的氧化,如汽油燃烧: 2C8H18+25O2→16CO2+18H2O+能量。
罐头厂在装食物罐头时,通常要添加一些对人体无害的防腐剂,防止食物被空气中的氧气氧化而变质。此类食物防腐剂应具有还原性。
剖开苹果,剖面会有褐色的斑斑点点,是因为苹果中含有Fe2+和酚类物质,氧气和酚氧化酶将两者氧化,颜色加深。若削皮后浸在冷水里,使其与空气中的氧隔绝,这样酚就不易被氧化为醌;或放在沸水中烫几分钟,使酚氧化酶失去活性,不易将酚催化为醌。
缺铁性贫血患者应补充Fe2+,通常以硫酸亚铁的形式,而硫酸铁则无这种药效。当用硫酸亚铁制成药片时外表包有一层特殊的糖衣,这层糖衣的作用是保护FeSO4不被空气中的氧气氧化
氯化铵常用作焊接。如:在焊接铜器时用氯化铵除去铜器表面的氧化铜以便焊接,其反应为:4CuO+2NH4Cl=3Cu+CuCl2+N2↑+4H2O
虽然氧化还原反应在我们的日常生活中有着这些有益的应用,但对它的危害作用同样也不容忽视。
三、氧化还原的危害
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,导致了悲剧的发生。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,危及人身安全,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8000户居民停水达10小时,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。”
总之,生活中无处不存在化学反应,特别是氧化还原反应,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环保、更加健康!
参考文献:
[1]化学工业出版社 《中国腐蚀调查报告》
[2]朱红云论文《关于生活中的氧化还原》