關(guān)注外界條件對(duì)氧化性強(qiáng)弱的影響

馬潔

摘 要：通過具體實(shí)例認(rèn)識(shí)到物質(zhì)氧化性、還原性的強(qiáng)弱受外界條件影響，并非一成不變。分析高考典型試題，試從高考題的功能價(jià)值引導(dǎo)平時(shí)的學(xué)習(xí)實(shí)踐，概念學(xué)習(xí)要注重真實(shí)情境、發(fā)展學(xué)科思維、形成學(xué)科觀念。

關(guān)鍵詞：氧化還原反應(yīng);影響因素

一、問題的提出

事實(shí)1：制“消毒液”的原理是將氯氣通入燒堿溶液，反應(yīng)如下：

Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O

事實(shí)2：“消毒液”與“潔廁靈”不能混用，否則產(chǎn)生有毒的氯氣，反應(yīng)如下：

Cl-+ClO-+2H+=Cl2↑+H2O

氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)課程中的核心概念，高三學(xué)生通過對(duì)氧化還原本質(zhì)的不斷深入認(rèn)識(shí)，已經(jīng)能夠清晰氧化還原反應(yīng)中的各組概念（圖1），并建立起氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識(shí)模型。然而，面對(duì)上述兩個(gè)反應(yīng)事實(shí)，他們?nèi)匀皇掷Щ?，根?jù)氧化還原反應(yīng)中的強(qiáng)弱規(guī)律，即氧化性：氧化劑>氧化產(chǎn)物;還原性：還原劑>還原產(chǎn)物。事實(shí)1中，氧化性：Cl2>ClO-;事實(shí)2中，氧化性：ClO->Cl2。

為何在以上兩個(gè)反應(yīng)中，Cl2與ClO-的氧化性強(qiáng)弱出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)？可見，物質(zhì)氧化性、還原性的強(qiáng)弱受外界條件影響，并非一成不變。那么影響氧化還原反應(yīng)發(fā)生的因素有哪些，高考題中又是如何考查的？

二、影響氧化性還原產(chǎn)物的因素

（一）溶液酸堿性

對(duì)比上述兩個(gè)反應(yīng)條件，不難發(fā)現(xiàn)溶液酸堿性不同。酸性環(huán)境中，Cl2的氧化性大于ClO-，而堿性環(huán)境中，ClO-的氧化性大于Cl2。又如：KMnO4是一種常見的氧化劑，它在酸性、中性及堿性溶液中表現(xiàn)出強(qiáng)弱不同的氧化性，還原產(chǎn)物也因此各不相同。酸性環(huán)境中，MnO4-是很強(qiáng)的氧化劑，可以氧化Fe2+、Cl-、I-、SO等離子，還原產(chǎn)物為Mn2+。

2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O

在中性、弱堿性溶液中，MnO氧化能力下降，反應(yīng)時(shí)被還原為MnO2。

2MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2↓+3SO42-+2OH-

在弱堿性溶液中，MnO被還原為MnO42-。

2MnO4-+SO32-+2OH-=2MnO42-+SO42-+2H2O

例1（2012江蘇卷第16題節(jié)選）生產(chǎn)中溶液需保持弱堿性，在酸性溶液中Ca（NO2）2會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)物之一是NO，其反應(yīng)的離子方程式為 。

（2012江蘇卷第18題節(jié)選）H2O2與KMnO4反應(yīng)的離子方程式如下：2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++8H2O+5O2↑。若不加稀硫酸酸化，MnO4-被還原為MnO2，其離子方程式為? ? 。

分析：以上兩空均是信息給予型方程式書寫，前者題給信息是酸性溶液中，NO2-發(fā)生歧化，不穩(wěn)定。根據(jù)還原產(chǎn)物是NO，可推知氧化產(chǎn)物應(yīng)為NO3-，可得：3NO2-+2H+=NO3-+2NO↑+H2O。后者已知MnO4-被還原為MnO2，且題中示范了H2O2的氧化產(chǎn)物為O2，可得：2MnO4-+3H2O2=2MnO2↓+3O2↑+2OH-+2H2O。

例2（2010 江蘇卷第 18 題節(jié)選）：正極材料為LiCoO2的鋰離子電池被廣泛用作便攜式電源。但鈷的資源匱乏限制了其進(jìn)一步發(fā)展。

（1）橄欖石型LiFePO4是一種潛在的鋰離子電池正極材料，它可以通過（NH4）2Fe（SO4）2、H3PO4與LiOH溶液發(fā)生共沉淀反應(yīng)，所得沉淀經(jīng)80℃真空干燥、高溫成型而值得。共沉淀反應(yīng)投料時(shí)，不將（NH4）2Fe（SO4）2和LiOH溶液直接混合的原因是? ? 。

分析：本題考查Fe2+在不同介質(zhì)中還原性的強(qiáng)弱。有實(shí)驗(yàn)事實(shí)為證：在空氣中，向含有Fe2+的溶液中滴加NaOH溶液，生成白色絮狀沉淀，迅速變?yōu)榛液稚罱K變?yōu)榧t褐色。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明Fe2+在堿性環(huán)境中還原性更強(qiáng)。此處可回答Fe2+在堿性條件下更易被氧化。

上述例1中的兩個(gè)方程式書寫難度均不大，它們基于真實(shí)情境，取材源于教材、但又不同于教材，這個(gè)不同就是由于溶液酸堿性不同。而例2大多數(shù)同學(xué)都很困惑，認(rèn)為題給信息太少，難以作答。實(shí)際上，大部分教師在講Fe2+的性質(zhì)時(shí)，只講到Fe2+易被氧化，不會(huì)細(xì)究Fe2+在不同酸堿性條件下還原性的差異。當(dāng)我們審視高考題的功能價(jià)值，會(huì)認(rèn)識(shí)到高考題指導(dǎo)教師在平時(shí)教學(xué)時(shí)不僅不能把知識(shí)“教死了”，還要帶領(lǐng)學(xué)生的建立起“變化觀”，這是化學(xué)的主要學(xué)科思想。

（二）反應(yīng)物濃度

氧化還原反應(yīng)中，有一些反應(yīng)的產(chǎn)物相當(dāng)程度的與反應(yīng)物濃度有關(guān)，如硝酸參與的反應(yīng)。由于硝酸濃度的不同，引起了還原產(chǎn)物的不同，硝酸常被還原為NO2、NO、N2O、NH3等。當(dāng)然，硝酸的還原產(chǎn)物，除與硝酸的濃度有關(guān)，還與還原劑的能力、中間產(chǎn)物（HNO2、NO2）的催化作用有關(guān)。

例 3（2019 江蘇卷第 16 題節(jié)選）：N2O、NO和NO2等氮氧化物是空氣污染物，含有氮氧化物的尾氣需處理后才能排放。

（3）NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾氣，可提高尾氣中NO的去除率。其他條件相同，NO轉(zhuǎn)化為NO的轉(zhuǎn)化率隨NaClO溶液初始pH（用稀鹽酸調(diào)節(jié)）的變化如圖所示。

①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO，其離子方程式為 。

②NaClO溶液的初始pH越小，NO轉(zhuǎn)化率越高。其原因是 。

分析：該小題討論NaClO溶液通過氧化吸收尾氣NO的問題，考查學(xué)生對(duì)陌生情境下氧化還原反應(yīng)的分析及應(yīng)用能力。根據(jù)題給信息，在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO，根據(jù)原子守恒、電荷守恒、得失電子守恒，配平離子方程式為3HClO+2NO+H2O=3Cl-+2NO+5H+。

第二問結(jié)合題給信息“NaClO溶液的初始pH越小，NO轉(zhuǎn)化率越高”，首先分析出該題所指NO轉(zhuǎn)化率并非平衡轉(zhuǎn)化率，若為平衡轉(zhuǎn)化率，pH越小，H+濃度越大，平衡應(yīng)逆向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率越低。接著就從影響反應(yīng)速率因素的角度分析，NaClO溶液pH越小，HClO越大，氧化NO能力越強(qiáng)，反應(yīng)速率越快。

解答此題不僅要求學(xué)生能正確選擇從影響反應(yīng)速率因素的角度回答，而且認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)要具備一定的變化觀念。

（三）反應(yīng)溫度

同一氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物也會(huì)因反應(yīng)的環(huán)境溫度高低而不同。如鹵素單質(zhì)中的Cl2和Br2與強(qiáng)堿反應(yīng)，低溫或常溫下主要生成鹵化物和次鹵酸鹽，而溫度較高時(shí)則生成鹵化物和鹵酸鹽。即：

Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O

3Cl2+6OH-5Cl-+ClO+3H2O

例 4（2018 江蘇卷第 19 題節(jié)選）：以Cl2、NaOH、（NH2）2CO（尿素）和SO2為原料可制備N2H4·H2O（水合肼）和無水Na2SO3，其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：①Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O是放熱反應(yīng)。

②N2H4·H2O沸點(diǎn)約118℃，具有強(qiáng)還原性，能與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2。

制備NaClO溶液時(shí)，若溫度超過40℃，Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl，其離子方程式為 。實(shí)驗(yàn)中控制溫度除用冰水浴外，還需采取的措施是 。

分析：該小題考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)條件的控制。題中給出了“若溫度超過40℃，Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl”的信息，注意反應(yīng)條件為“△”，可寫出該反應(yīng)的離子方程式：3Cl2+6OH-5Cl-+ClO+3H2O。

回答該小題后一空考查如何控制反應(yīng)溫度的操作。首先要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵苽銷aClO溶液，為減少雜質(zhì)NaClO3的生成，就得控制實(shí)驗(yàn)溫度不超過40℃，可從兩方面考慮：一是給反應(yīng)體系降溫，二是減緩反應(yīng)放熱的速率。因此，具有可操作性的控制溫度的措施除了除用冰水浴給反應(yīng)體系降溫外，還可以通過緩慢通入Cl2降低反應(yīng)速率，以減少反應(yīng)的熱量，從而達(dá)到減少副產(chǎn)品NaClO3生成的目的。

學(xué)生回答第二空有困難的原因可能是依據(jù)關(guān)鍵信息分析解決問題能力薄弱，或控制氣體參加反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件的方法類知識(shí)缺失，但說到底，還是尚未形成“化學(xué)反應(yīng)是有條件的”的觀念。

三、解題感悟

以上試題列舉了三種常見的影響“氧化還原反應(yīng)”的因素是溶液酸堿性、濃度、溫度。另外：催化劑的影響、反應(yīng)物的用量均可能造成影響?！把趸€原反應(yīng)”的學(xué)習(xí)貫穿于整個(gè)中學(xué)化學(xué)，具有階段性、層次性和漸進(jìn)性的特點(diǎn)，能力的培養(yǎng)、觀念的形成不是一蹴而就的。但不管在哪個(gè)學(xué)習(xí)階段，都要積極主動(dòng)地參與探究活動(dòng)，深刻理解核心概念和原理，不斷提高頭腦中知識(shí)的系統(tǒng)性和概括性水平，逐步領(lǐng)悟并形成化學(xué)學(xué)科的主要思想。只要真正理解了化學(xué)的學(xué)科思想，在高三的復(fù)習(xí)過程中立足知識(shí)基礎(chǔ)、增強(qiáng)答題體驗(yàn)、加強(qiáng)模塊融合，定能從容應(yīng)答各類試題。

參考文獻(xiàn)

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