浅析氧化还原反应中的强与弱

董学文

[摘   要]由于知识层次的限制，中学化学有关氧化还原反应能否发生以及对应性质比较的知识是片段性的，缺少一个较为完整的知识体系或理论依据，在遇到一些涉及氧化还原反应的本质问题时往往难以解释。文章从物质的内部结构、反应的外界条件等方面讨论物质氧化性和还原性比较的相关问题，拓展学生的视野，提高学生的化学素养。

[关键词]氧化还原反应;氧化性;还原性;强弱

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）32-0064-02

关于物质氧化性和还原性的强弱比较及其应用，是中学化学的一个重要知识点，也是一个较为复杂的问题，一些资料上给出了相应的规律性总结，但这些规律性总结并没有道出其本质，而且其中部分规律的表达显得不够严谨甚至还有明显的错误。下面，笔者就氧化还原反应的发生以及相应规律的总结谈谈自己的一些看法。

首先，在等温等压条件下，一个氧化还原反应（Ox1+Red2→Red1+Ox2）若要自发进行，必须要满足[ΔrGm<0]，再根据 [ΔrGm=-nFE]、[E=φOx1Red1-φOx2Red2]和Nernst方程式，理论上必须满足当时条件下对应电对电极电势“[φOx1Red1>φOx2Red2]”的关系。下面从有关氧化还原电对电极电势的大小以及物质结构两个方面分析氧化还原反应的规律性总结中存在的一些问题，以及其他因素对氧化还原反应的影响。

一、规律性总结存在的问题

问题一：根据金属活动性顺序表，金属越活泼，其单质的还原性越强，其阳离子的氧化性越弱。

问题二：依据元素周期表，同主族，从上到下，同价态元素的还原性逐渐增强，氧化性逐渐减弱。

一般来说，同主族元素从上到下，同价态微粒半径多为增大，元素性质变化多数符合上述规律，但若涉及第三和第四周期之间、第五和第六周期之间的p区同主族同价态元素微粒的氧化性比较，偶数周期的却较强。对于第三和第四周期同族元素之间性质比较的异常，原因在于第四周期p区元素的次外层为3d10，d电子的屏蔽核电荷的能力比同层的s、p电子要弱，使得有效核电荷增加的幅度较大，最外层电子受到核的作用较强，原子半径增加不大，甚至存在减小的情况。由于原子半径反常必然会引起性质的反常，如[H2SO3]的还原性较强，而[H2SeO3]的氧化性较强，[H2SeO3+2SO2+H2O=2H2SO4+Se]。而第五和第六周期同族元素之间性质的反常，主要是由于4f电子对核电荷的屏蔽作用比d电子更小，导致有效核电荷增加更多，带来半径收缩，也就是镧系收缩，使6s2电子更加稳定，即6s2惰性电子对效应。如第ⅣA的Sn和Pb，[φθSn2+Sn= - 0.1375 V]、[φθPb2+Pb= - 0.3590 V]，但[φθSn4+Sn2+=0.1510 V<φθPbO2Pb2+=1.455 V ]，可见高价态Pb的氧化性是较强的。

问题三：同种元素不同价态对应的含氧酸，中心元素的价态越高，氧化性越强。

该规律性总结是错误的。通常，中心元素价态越高，氧化能力越弱（指还原为同一低价态时）。如[HClO>HClO3>HClO4]，[φθHClOCl-=1.482 V] [>φθClO-3Cl-]=1.451 V [>φθClO-4Cl-=1.389] V，究其原因还是结构决定了各自含氧酸的稳定性，即与不同氧化态的中心原子Cl形成的Cl-O键的强度及需断裂的Cl-O键的数目有关，Cl-O键的强度和数目又与中心原子Cl的电子构型、氧化态、原子半径、成键情况以及分子中可电离的H对它的反极化作用等因素有关，在氯的这些含氧酸中，按HClO、HClO3 、HClO4的顺序，Cl-O键的数目增多，而且中心Cl与O原子之间除了σ键，还附加形成d-p π键，且数量也在增加，这就导致了Cl-O键的强度增大，随着Cl-O键数目的增多和键的强度的增大，断裂这些键就越困难，所以对于同一元素来说，一般低价酸的氧化性比稀的强酸的氧化性强。如弱H2SO3的氧化性就强于稀H2SO4，但浓的强酸溶液中存在酸分子，分子中可电离的H对X-O（X为中心元素）的反极化作用依然存在，所以濃的强酸（如浓H2SO4）也能表现强氧化性。

二、其他因素对氧化还原反应的影响

1.溶液酸碱度的影响

2.溶液中离子浓度的影响

3.有气体参与的氧化还原反应中气体分压的影响

总之，氧化还原反应知识是中学化学教学的重难点，影响物质的氧化性和还原性及有关氧化还原反应能否发生的因素有很多，学生在学习这部分知识的过程中难免会产生一些超出中学知识范围的疑问或想法，教师应该注重化学学科的教学引领，在教学过程中适当地进行化学知识的延伸，引导学生追根求源，养成思辨创新的思维习惯，提升学生的化学学科核心素养，力求培养出更多有志于服务国家重大战略需求且综合素质优秀、基础学科拔尖的人才。

[   参   考   文   献   ]

[1]  北京师范大学无机化学教研室，华中师范大学无机化学教研室，南京师范大学无机化学教研室.无机化学：上册[M].4版.北京：高等教育出版社，2003：358-366.

[2]  北京师范大学无机化学教研室，华中师范大学无机化学教研室，南京师范大学无机化学教研室.无机化学：下册[M].4版.北京：高等教育出版社，2003：624-630.

[3]  唐宗薰.中级无机化学[M].北京：高等教育出版社， 2007：57-58.

[4]  教育部.教育部关于在部分高校开展基础学科招生改革试点工作的意见[EB/OL].（2020-01-13）[2020-12-30].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-01/15/content_5469328.htm.

（责任编辑 罗 艳）