此刻,氧化还原反应正在你周围发生,你手里的手机靠它运转,门外的铁闸正慢慢败给另一个,你今早切开的苹果变褐,则是因为第三个。氧化还原平衡这一章,不只是纸上的半反应式;它是铁锈、电池和金属冶炼背后的化学。
这篇文章带你看看氧化还原落在日常生活的哪些地方,同时把 SPM 的定义讲得一丝不差。
要牢牢握住的那一个念头
氧化还原(redox)指的是还原和氧化同时发生。在 SPM 里,最干净的定义是用电子来说的:氧化是失去电子,还原是得到电子,记忆口诀是 OIL RIG(Oxidation Is Loss,Reduction Is Gain)。
你也可以用得到或失去氧、或用氧化数的变化来描述它。只要有一种物质被氧化,必定同时有另一种被还原,因为一方失去的电子,正是另一方得到的。
生锈:你每天都在对抗的氧化还原
在马来西亚潮湿的气候里,最看得见的氧化还原反应,就是生锈。铁跟氧气和水反应,生成水合氧化铁(III),也就是铁闸、车子和栏杆上那层片状的褐色锈。
铁原子被氧化、失去电子,而氧气被还原。水和氧气两者缺一不可,所以车子在海边、在雨里锈得更快。
我们为阻止生锈所做的一切,都是氧化还原的应用。刷漆、上油和镀锌(galvanising)把空气和水挡在外面。
牺牲保护法更聪明:把锌或镁这类更活泼的金属接在铁上,因为它在活性顺序表里位置更高,会优先于铁被氧化,即使镀层被刮伤,也照样护住铁。这正是为什么船体上要拴锌块、地下管道旁要埋锌块。
完整的机理,见铁生锈页面。
电池:你揣在口袋里的氧化还原
每一块电池,都是被打包起来、用来把电子推过导线的氧化还原反应。在一个简单的伏打电池里,两种不同的金属泡在电解质中;较正电性的金属在负极被氧化,放出电子,电子经电路流到另一电极,在那里发生还原。
两种金属在电化序里差得越远,电压就越高。你的手机电池、汽车电瓶和普通干电池,用的都是这个原理,把氧化和还原分开,从而将化学能转化成电能。
电镀与金属冶炼
电镀用电来驱动一个氧化还原反应,给一种金属镀上另一种。镀铬的水龙头、镀金的首饰、食品罐头内壁的镀锡层,全是电镀出来的,为的是保护或美观。
在被镀的物件(阴极)上,金属离子被还原、沉积成薄薄一层。
氧化还原也把金属本身交到我们手里。在高炉里,碳把氧化铁(III)还原成铁;铝这类更活泼的金属,则靠电解冶炼,还原在阴极发生。
你拥有的每一件金属物品,最初都是一个把它从矿石里拽出来的氧化还原反应。
厨房里和身体里的氧化还原
切开一个苹果或香蕉,它几分钟内就发褐,那是被空气氧化,所以挤一点柠檬(抗氧化剂)能让它变慢。银首饰被硫化物氧化而失去光泽;漂白剂的原理,是把有色的污渍氧化成无色。
就连你细胞里的呼吸作用,也是一个受控的氧化还原反应,在葡萄糖被氧化时释放能量。
在考试里把氧化还原读对
有三项技能能拿分。第一,标出氧化数,看清哪个升高(氧化)、哪个降低(还原)。
第二,认出氧化剂(自己被还原、从而使别物氧化的物质)和还原剂。第三,用电化序或活性顺序表,预测电池或置换反应里哪种金属被氧化。
置换,比方锌把铜从硫酸铜(II)溶液里挤出来,也是氧化还原:锌被氧化,铜(II)离子被还原。
试着为生锈、或为一个简单电池写出两个半反应式,再把它们合起来、让电子相消。就这一个习惯,能把一个让人犯迷糊的课题,变成你在压力下也能照做的例行动作。
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