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氧化还原反应是化学中的重要概念。它的本质是电子的转移。在这类反应中,一种物质失去电子被氧化,同时另一种物质得到电子被还原。氧化和还原总是同时发生的,这就是氧化还原反应的基本原理。
氧化数是判断氧化还原反应的重要工具。它表示原子在化合物中电子得失的假想电荷数。当氧化数升高时,表示失去电子被氧化;当氧化数降低时,表示得到电子被还原。氧化剂能引起其他物质氧化,自身被还原;还原剂能引起其他物质还原,自身被氧化。
让我们通过钠与氯气反应的具体例子来理解氧化还原反应。在这个反应中,钠原子失去电子,氧化数从0变为+1,被氧化,所以钠是还原剂。氯气分子得到电子,氧化数从0变为-1,被还原,所以氯气是氧化剂。电子从钠转移到氯,形成离子化合物氯化钠。
第二个例子是氢气与氧气反应生成水。在这个反应中,氢气中的氢原子失去电子,氧化数从0升高到+1,被氧化,所以氢气是还原剂。氧气中的氧原子得到电子,氧化数从0降低到-2,被还原,所以氧气是氧化剂。虽然这里没有形成离子,但共用电子对向氧原子偏移,本质上仍是电子的转移。
氧化还原反应在我们的生活中无处不在。电池通过氧化还原反应将化学能转化为电能;金属冶炼利用还原反应从矿石中提取金属;我们的呼吸作用本质上是葡萄糖的氧化反应;燃烧是物质与氧气的氧化反应;漂白剂通过氧化反应破坏有机色素;抗氧化剂则防止食物因氧化而变质。氧化还原反应是自然界和工业生产中最基本、最重要的化学过程之一。