氧化還原反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中最重要的一類，其反應(yīng)過(guò)程中，分子或原子(離子)間電子的轉(zhuǎn)移更顯而易見。某一原子(或離子)氧化狀態(tài)的改變，必有另一原子(或離子)氧化狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的改變;換句話說(shuō)，某一物質(zhì)被氧化，就必然有另一物質(zhì)被還原，這兩者之間是相輔相成的。若純從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，在任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)中，陽(yáng)電性元素趨向失去電子(氧化)，也就是氧化數(shù)趨向正值，而陰電性元素則趨向獲得電子(還原)，氧化數(shù)趨向負(fù)值。
在我們周圍的環(huán)境里，氧化還原反應(yīng)確實(shí)占了極大的分量，可以說(shuō)是推動(dòng)整個(gè)生物圈的原動(dòng)力，任何生命的持續(xù)過(guò)程都少不了它。所謂的生物圈是指地球上所有生命的部分，其中包含著各種不同的化合物，主要是由碳、氧、氮、氫四種元素所組成。這些化合物在自然界中不斷的生成、消耗及互相轉(zhuǎn)變，永遠(yuǎn)保持著一種連綿不絕的循環(huán)狀態(tài)，使得生物圈本身就像是一個(gè)巨大的循環(huán)系統(tǒng)，由能量的同化與異化作用，和涉及上述四種元素的種種氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成了整個(gè)的生命現(xiàn)象。此外，在我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多小事里，也都可以看到這類最基本的化學(xué)反應(yīng)。
一、自然界中碳的循環(huán)
自然界物質(zhì)的循環(huán)現(xiàn)象里，碳元素的循環(huán)范圍最廣。關(guān)于其循環(huán)的情形，我們可以自圖一中了解一些梗概。圖一中，每一標(biāo)明「CO2出O2入」或「CO2入O2出」的步驟，都有氧化還原的反應(yīng)。在前者，氧是以零價(jià)的氧化狀態(tài)作為氧化劑，去氧化一些含碳的化合物;在后者，氧又從二氧化碳中的負(fù)2價(jià)氧化態(tài)，被氧化成零價(jià)狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生還原態(tài)的含磷化合物。兩者的配合，構(gòu)成了整個(gè)生物圈中的大循環(huán)。
在碳的循環(huán)過(guò)程里，大氣中或溶解在水里的二氧化碳，
經(jīng)由光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锘蚋∮紊矬w內(nèi)的還原態(tài)含碳化合物，并釋放出氧氣。陸地或海洋中的動(dòng)物攝取這些含碳化合物作為食物;而在生物呼吸或生物遺體的分解中，則又消耗氧而產(chǎn)生二氧化碳，并釋出能量。至于在深海之中，二氧化碳溶于水內(nèi)產(chǎn)生了碳酸根離子CO32-，與鈣離子Ca2+結(jié)合，以碳酸鈣沈淀的方式積存于海底。此外，一些生物遺體也可在缺氧的狀態(tài)下逐漸沈積下來(lái)，最后轉(zhuǎn)變成煤或石油的沈積層，而經(jīng)人類開采并在空氣中燃燒利用后，又再生二氧化碳。
在碳的循環(huán)中，光合作用與呼吸作用是兩類最重要的氧化還原反應(yīng)，正好說(shuō)明了氧化還原的過(guò)程和我們的生存有多么密切的關(guān)系。
在光合作用中，陸地或海洋的植物吸收了日光能，將二氧化碳與水轉(zhuǎn)化為細(xì)胞生活所需的碳水化合物和氧——呼吸作用所需氧氣的主要來(lái)源。光合作用可以下列通式表之
光+6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
所謂的呼吸作用，就是在動(dòng)植物體內(nèi)消耗氧及碳水化合物以產(chǎn)生能量及二氧化碳和水的反應(yīng)，以式表之為
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
在人體中的呼吸作用還包括肺葉中氧與二氧化碳的交換。而細(xì)胞中食物養(yǎng)分(葡萄糖)氧化所產(chǎn)生的能量，即用來(lái)推動(dòng)身體的各項(xiàng)機(jī)能。
由此可見，光合作用與呼吸作用恰是相反的兩項(xiàng)反應(yīng)：陽(yáng)光的能量可經(jīng)由光合作用儲(chǔ)存在葡萄糖中;必要時(shí)葡萄糖經(jīng)由呼吸作用而氧化，又釋出能量供生物運(yùn)用。由于CO2中的碳為正4價(jià)，而葡萄糖中的碳為零價(jià)，可見具有正氧化態(tài)的元素，�？衫闷淞銉r(jià)的狀態(tài)儲(chǔ)存能量，當(dāng)其再氧化成原來(lái)的正氧化態(tài)時(shí)，即可將能量釋出。換句話說(shuō)，還原態(tài)的物質(zhì)多是富含能量的。
二、自然界中氮的循環(huán)
除了碳的循環(huán)之外，自然界中氮的循環(huán)也是生命現(xiàn)象里不可缺少的一環(huán)，因?yàn)榘被岷偷鞍踪|(zhì)也是維持生命活動(dòng)的要素。圖二所示，即為空氣中不活潑的氮分子與生物體內(nèi)各種氨基酸之間的氧化還原過(guò)程。
氮的循環(huán)過(guò)程里，大氣中所含的氮可借著空中的閃電與氧化合，形成氧化氮，再逐步還原成氨;或是氮直接經(jīng)由固氮生物的作用而產(chǎn)生氨，加入土壤中。氨可借著生
物體中酶的催化作用，進(jìn)入細(xì)胞蛋白質(zhì)中，成為有機(jī)的含氮化合物。不過(guò)由于氨在自然界中毒性太強(qiáng)，氮也常以NO3-的形式貯存在土壤中，在進(jìn)入生物體后再還原成氨和氨基。此外，許多細(xì)菌作用于氮轉(zhuǎn)變過(guò)程的中間產(chǎn)物，還原產(chǎn)生氮?dú)�，釋回大氣層�?就是所謂的脫氮作用)，因而完成整個(gè)循環(huán)。
在自然界中各種形式的含氮化合物，都必須還原成氨，才能被吸收入生物體組織。因此氨在氮的循環(huán)中占非常重要的地位，而固氮生物中的化學(xué)反應(yīng)也就成為一項(xiàng)重要的研究課題。
三、化石燃料的氧化
家庭、工廠、商業(yè)和運(yùn)輸上所需用的能量，絕大部分來(lái)自煤或石油等化石燃料的氧化，這是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷囊活愌趸�原反應(yīng)。例如，汽油與氧之間的反應(yīng)可表為
2C8H18+25O2→16CO2+18H2O+能量
其中，汽油是還原劑，氧為氧化劑。
四、殺菌與漂白
氯或臭氧常用來(lái)凈化飲水，消滅水中所含的病原體;次氯酸溶液則可以作為醫(yī)院病房或器具的一種有效殺菌劑。在這些例子中，其關(guān)鍵性的化學(xué)反應(yīng)就是由這類強(qiáng)氧化劑對(duì)病原體致命部分的強(qiáng)烈氧化作用。
這些含氧或氯的化學(xué)物因具有強(qiáng)烈氧化作用，也可以用作木漿、紙張或棉花的漂白劑。例如，Chlorox 這種家庭用漂白劑，其主要的作用成分就是次氯酸。事實(shí)上，大部分漂白劑的作用是將有色的物質(zhì)氧化，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)色的物質(zhì)，或是變得容易分離。
五、礦石中金屬的提取
我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫母鞣N金屬，幾乎都是以化合物的狀態(tài)存在于自然界中，其中如硫化物、氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽是常見的幾種。在此類化合物中，金屬元素都是正氧化態(tài)。因此，若要將金屬分離出來(lái)，便要將帶有正價(jià)的離子還原成零價(jià)狀態(tài)，這就需要適當(dāng)?shù)倪�原劑來(lái)達(dá)成任務(wù)了。
對(duì)于一些氧化活性稍弱的金屬，像鐵、鉛或錫等，通常使用碳或一氧化碳來(lái)還原，例如
SnO2+2C→Sn+2CO
PbO+CO→Pb+CO2
但是有些金屬會(huì)再與碳生成化合物，不適宜用碳，得改用氫或一些氧化活性更為活潑的金屬，像鎂或鋁等來(lái)還原。例如鎳、鋇、鎢、鉬等金屬礦的提煉，就可以利用這種方法：
MoO3+3H2→Mo+3H2O
3BaO+2Al→Al2O3+3Ba
至于那些本身氧化活性特別活潑的金屬，或是其還原電位特別低(負(fù)值大)的金屬離子，像鋁、鎂、鈉等，就只有用電解方法才能還原了。
六、電化學(xué)反應(yīng)
在所有電化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程中，無(wú)論是用電來(lái)帶動(dòng)化學(xué)反應(yīng)(如電鍍或電解)，或是利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能(電池)，都以氧化還原反應(yīng)為其核心。
例如，鉛蓄電池產(chǎn)生電力的反應(yīng)式，可表之為
Pb+PbO2+2H2SO4→2PbSO4+2H2O+電能
在反應(yīng)中，一方面 Pb 被氧化，另一方面PbO2被還原;兩者最后均變?yōu)檎?價(jià)的Pb2+離子，與硫酸根SO42-離子生成硫酸鉛的沉淀。
七、照相術(shù)
現(xiàn)代生活中極為普遍的照相術(shù)，也同樣牽涉到氧化還原反應(yīng)。當(dāng)光線被景象反射，經(jīng)照相機(jī)的透鏡聚焦到底片上的感光乳膠時(shí)，其中一些鹵化銀被活化。在底片顯影的階段中，這些活化了的鹵化銀顆�；蚪Y(jié)晶，能與顯影液中的還原劑作用，使得銀離子還原成黑色的金屬銀粒子。當(dāng)活化的鹵化銀還原成金屬銀之后，再用其它化學(xué)方法除去底片上那些未經(jīng)活化而不起反應(yīng)的鹵化銀(一般稱為定影)。隨后底片上即出現(xiàn)顯著的對(duì)比，愈黑的地方表示感光愈強(qiáng)，較淡的部分表示感光較弱，由此便記錄下原先的影像。
八、炸藥
炸藥的爆炸作用，其實(shí)也正是一種特別劇烈的氧化還原反應(yīng)。炸藥可能是一種強(qiáng)還原劑與強(qiáng)氧化劑的混合物，也可能是一種單一的化學(xué)物質(zhì)，其分子同時(shí)具有強(qiáng)還原性與強(qiáng)氧化性兩個(gè)不同部分。例如下列物質(zhì)，都可作強(qiáng)烈的炸藥：
當(dāng)炸藥一旦引發(fā)，在強(qiáng)還原劑與強(qiáng)氧化劑之間迅速發(fā)生反應(yīng)，瞬間釋放出內(nèi)藏的巨大能量，而產(chǎn)生了所謂的爆炸現(xiàn)象。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuzhong/941119.html
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