氧化反應(yīng)（Oxidation D琀稀反應(yīng)）指化學(xué)反應(yīng)中失去電子的反應(yīng)，是基本的化學(xué)反應(yīng)之一。氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是相伴發(fā)生的，在一個(gè)氧化還原反應(yīng)中，一種物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，必然伴隨著另一種物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，因此有兩種反應(yīng)物氧化劑和還原劑，氧化劑在反應(yīng)中得到電子，具有氧化性，能使還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，自身被還原，發(fā)生還原反應(yīng)。狹義的氧化反應(yīng)主要是指在氧化劑存在下，物質(zhì)與氧結(jié)合或脫去氫的反應(yīng)。
絕大多數(shù)氧化反應(yīng)為不可逆，不受化學(xué)平衡的限制。一般說來，氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，例如：燃燒反應(yīng)就是一種劇烈的氧化反應(yīng)。物質(zhì)與氧緩慢反應(yīng)緩緩發(fā)熱而不發(fā)光的氧化叫緩慢氧化，如金屬銹蝕、生物呼吸等。個(gè)別情況下，氧化反應(yīng)可能吸熱，如氮?dú)?/a>與氧氣的反應(yīng)。根據(jù)所用氧化劑的不同，氧化反應(yīng)有氣相氧化、液相氧化等。在操作方式上，又可分為應(yīng)用化學(xué)試劑的化學(xué)氧化，應(yīng)用電解方法的電解氧化，應(yīng)用微生物等的生化氧化，以及在催化劑作用下的催化氧化等。其中應(yīng)用最多的是催化氧化和化學(xué)氧化。
從自然的角度來看，氧化反應(yīng)推動(dòng)了整個(gè)生物圈的平衡發(fā)展，生命持續(xù)所需的過程都少不了它的參與。在日常生活中，也可以處處發(fā)現(xiàn)氧化反應(yīng)的作用，例如大量的能量都是通過煤炭、石油以及天然氣等燃料的燃燒來獲得的。與生命體息息相關(guān)的呼吸作用，也屬于氧化過程。此外，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域，氧化反應(yīng)也發(fā)揮著無可替代的作用。
主要特征
化合價(jià)和電子的變化
化合價(jià)指的是一種元素一定數(shù)目的原子跟其他元素一定數(shù)目的原子化合的性質(zhì)?；蟽r(jià)有電價(jià)和共價(jià)。電價(jià)：在離子型晶體或分子中，或在溶液或熔融鹽中離子所帶的電荷。實(shí)質(zhì)上，電價(jià)就是元素的原子得失電子數(shù)，得電子的有正價(jià)，失電子的有負(fù)價(jià)。共價(jià)：在共價(jià)化合物中，元素的一個(gè)原子跟其他原子形成的共用電子對(duì)數(shù)目。同種元素原子間共價(jià)不分正負(fù)。
凡有化合價(jià)改變的反應(yīng)，都是氧化還原反應(yīng)?；蟽r(jià)改變的實(shí)質(zhì)是得失電子，而氧化還原反應(yīng)由氧化半反應(yīng)和還原半反應(yīng)構(gòu)成，因此，從得失電子的觀點(diǎn)看，物質(zhì)失去電子，化合價(jià)升高的反應(yīng)，叫做氧化反應(yīng)；物質(zhì)得到電子，化合價(jià)降低的反應(yīng)，叫做還原反應(yīng)。
在還原反應(yīng)中1個(gè)CuO中的Cu2?得到2個(gè)電子從+2價(jià)變?yōu)?價(jià)。在氧化反應(yīng)中H?中的氫從0價(jià)升高為+1價(jià)。即一個(gè)CuO中的Cu2?從H?中得到2個(gè)電子生成單質(zhì)銅。在此反應(yīng)中可看出化合價(jià)改變的實(shí)質(zhì)是原子間得失電子的過程。
氧化態(tài)
由于利用化合價(jià)來說明氧化還原反應(yīng)時(shí)，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)不易確定，組成復(fù)雜的、特殊的化合物，常會(huì)遇到其組成元素的化合價(jià)往往不易確定的困難。為了統(tǒng)一說明氧化還原反應(yīng)，人們?cè)?a href="/hebeideji/7216301929579495461.html">化合價(jià)基礎(chǔ)上，引入了氧化態(tài)的概念。氧化態(tài)是指化合物分子中某元素平均的形式電荷數(shù)。這種形式電荷數(shù)是把分子中鍵合的電子，人為地指定給電負(fù)性較大的原子之后所帶的電荷。
從氧化態(tài)觀點(diǎn)來說，凡元素的原子（或離子）氧化態(tài)升高的反應(yīng)稱為氧化（反應(yīng)）；反之，氧化數(shù)降低的反應(yīng)則稱為還原（反應(yīng)）。例如：，Zn 給出2個(gè)電子，氧化態(tài)由0升高至＋2，Zn 發(fā)生氧化反應(yīng)，即 Zn 被氧化；Cu2?得到2個(gè)電子，氧化態(tài)由＋2降低至0，Cu2?發(fā)生還原反應(yīng)，即 Cu2?被還原。由于氧化態(tài)的改變是通過電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的，電子不能自生自滅，在反應(yīng)中有某一元素氧化態(tài)升高，必有另一元素（或同一元素的另一原子）氧化態(tài)降低，所以這類反應(yīng)統(tǒng)稱為氧化還原反應(yīng)。
吸熱放熱情況
物質(zhì)與氧緩慢反應(yīng)徐徐發(fā)熱而不發(fā)光的氧化叫緩慢氧化，如金屬銹蝕、生物呼吸等。劇烈的發(fā)光發(fā)熱的氧化叫燃燒。一般物質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化時(shí)放熱，如二氧化碳與氧氣反應(yīng)，個(gè)別可能吸熱，如氮?dú)?/a>與氧氣的反應(yīng)。例如，在25℃壓強(qiáng)為100.0kPa 時(shí)，1mol C跟1mol O?起反應(yīng)，生成1mol CO?氣體，同時(shí)放出393.5kJ的熱量；1mol N?跟1mol O?反應(yīng)，生成2mol NO ，同時(shí)吸收180.8kJ的熱量。上述兩個(gè)反應(yīng)可以表示如下：
?H=-393.5kJ·mol-1
?H=+180.8kJ·mol-1
主要類型
催化氧化
催化氧化法是利用催化劑的催化作用，加快氧化反應(yīng)速度，提高氧化反應(yīng)效率的高級(jí)氧化技術(shù)。催化氧化的機(jī)理在于將催化劑和氧化劑結(jié)合，加速反應(yīng)物與氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)。催化氧化具有氧化能力強(qiáng)；適合于生產(chǎn)能力大的大噸位工業(yè)生產(chǎn)；對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn)。因此，催化氧化是石油化工、精細(xì)化工過程等具有代表性的基礎(chǔ)反應(yīng)之一，在能源、環(huán)境保護(hù)和生命健康等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，諸多醫(yī)藥及精細(xì)化工中間體的獲得也需要高選擇性的催化氧化過程。例如，常以V?O?即五氧化二釩作催化劑，用來處理硫酸尾氣，火電廠鍋爐煙氣以及煉油廠尾氣。催化氧化方法有均相催化氧化、非均相催化氧化、超臨界催化氧化法等。這些方法對(duì)某些毒性較大，濃度較高的難降解有機(jī)廢水具有很高的降解效率，一些生化法極難處理的有機(jī)化合物在催化作用下能被徹底分解。
化學(xué)氧化
根據(jù)氧化劑和氧化工藝的不同，氧化反應(yīng)主要分為空氣（氧氣）氧化和化學(xué)試劑氧化。化學(xué)試劑氧化是指用化學(xué)試劑進(jìn)行的氧化，簡(jiǎn)稱“化學(xué)氧化”。用化學(xué)氧化劑氧化在精細(xì)有機(jī)合成中，特別是在小噸位產(chǎn)品的生產(chǎn)上被廣泛采用，以彌補(bǔ)空氣（氧氣）氧化的不足。例如：在凈化廢水中，化學(xué)氧化是最終去除廢水中污染物的有效方法之一。通過化學(xué)氧化，可以使廢水中的有機(jī)物和無機(jī)化合物氧化分解，從而降低廢水BOD和COD值（BOD即生化需氧量，COD即化學(xué)需氧量，BOD和COD越大，說明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重），或使廢水中的有毒物質(zhì)無害化。
各種氧化劑的氧化能力是不同的，常用氧化劑的氧化能力從強(qiáng)到弱的順序是：F?>O?>H?O?>MnO??>HClO>Cl?>NO??>O?。化學(xué)試劑氧化所用的氧化劑有無機(jī)氧化劑和有機(jī)氧化劑，無機(jī)氧化劑包括：高價(jià)金屬氧化物、高價(jià)金屬鹽、硝酸、硫酸、氯酸鈉、臭氧、過氧化氫等；有機(jī)氧化劑一般是緩和的氧化劑，包括硝基物、亞硝基化合物物、過氧酸以及與無機(jī)化合物氧化物形成的復(fù)合氧化劑。這些氧化劑具有廣泛的應(yīng)用。例如：這些氧化劑可在不同的情況下用于各種廢水的氧化處理。當(dāng)采用氯、臭氧等進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)，還可以達(dá)到廢水去嗅、去味、脫色、消毒的目的。
電解氧化
電解氧化又稱電化學(xué)氧化，指的是水溶液、非水溶液、熔融鹽等，正電解時(shí)，它們之中某些離子或分子在陽極上被氧化的一種現(xiàn)象。一般分為直接和間接電解兩種，直接電解氧化是在電解質(zhì)存在下，選擇適當(dāng)?shù)牟牧蠟殛枠O，并配合以輔助電極為陰極，化學(xué)反應(yīng)直接在電解槽中發(fā)生；間接電解氧化指的是利用合適的變價(jià)離子作為傳遞電子的媒介，高價(jià)的離子作為氧化劑，在氧化過程中將有機(jī)物氧化，反應(yīng)中生成的低價(jià)離子，在電解槽中被陽極氧化為高價(jià)離子而引出電解槽循環(huán)使用。
電解氧化與化學(xué)氧化或催化氧化相比，具有較高的選擇性和收率，所使用的化學(xué)藥品較簡(jiǎn)單，產(chǎn)物比較容易分離并得到高純度的產(chǎn)品。反應(yīng)條件比較溫和，"三廢"污染較少，因此，電解氧化可以用于污水處理中，如電解氧化除氰。但是，電解氧化需要解決電極、電解槽和隔膜材料等設(shè)備、技術(shù)問題，電能消耗較大，盡管如此，電解氧化仍受到廣泛的重視。
電解氧化的電極選擇，直接影響電解反應(yīng)的方向和效率。所用電極在工作條件下應(yīng)是穩(wěn)定的。當(dāng)在水介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，應(yīng)該選擇氧超電壓高的陽極材料，以避免氧氣放出?？捎米麝枠O的材料有Pt、Ni、PbO?、Ag、PbO?/Ti、Pt/Ti等。陰極多選用氫超電壓低的材料，以有利于氫的放出，這樣的材料是Ni、Fe、C、Pt等。
生物氧化
物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為生物氧化，主要是指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成H?O和CO?的過程。產(chǎn)生的能量部分轉(zhuǎn)化為ATP形式的化學(xué)能，供生命活動(dòng)需要，其余以熱能形式釋放。生物氧化類型主要包括脫氫（加水脫氫）、加氧和脫電子，其中，脫氫（加水脫氫）是生物體內(nèi)最主要氧化方式，如：
因?yàn)镠?→2H?+2e?，故脫氫也包括脫電子（但脫電子不包括脫氫 ）。物質(zhì)在生物體內(nèi)外氧化時(shí)，釋放的能量和終產(chǎn)物均相同。但生物氧化和體外氧化相比又有明顯的不同：生物氧化在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境中進(jìn)行，而體外氧化一般需要高溫或高壓的環(huán)境；生物氧化在一系列酶的催化下逐步進(jìn)行，能量逐步釋放，有利于ATP的生成，體外氧化一般不需要酶催化，能量是突然釋放的。同時(shí)，在生物氧化中，生成的水是由代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生的，CO?來自有機(jī)酸的脫羧。且生物氧化具有嚴(yán)格的細(xì)胞定位，在真核生物細(xì)胞內(nèi)，生物氧化都在線粒體內(nèi)進(jìn)行；在不含線粒體的原核生物如細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，生物氧化則在細(xì)胞膜上進(jìn)行。
相關(guān)實(shí)例
燃燒反應(yīng)
燃燒反應(yīng)是指可燃物質(zhì)與氧或氧化劑進(jìn)行的反應(yīng)，本質(zhì)上就是一種劇烈的氧化反應(yīng)，但由于氧化反應(yīng)的速度不同，或成為燃燒反應(yīng)，或成為一般氧化反應(yīng)。劇烈氧化的結(jié)果，放熱發(fā)光，為燃燒，而一般氧化反應(yīng)速度較慢，雖然也放出熱量。但能隨時(shí)散掉，反應(yīng)達(dá)不到劇烈的程度，因而沒有發(fā)光現(xiàn)象，則不是燃燒，所以氧化反應(yīng)和燃燒反應(yīng)的關(guān)系為大概念和小概念的關(guān)系，即氧化反應(yīng)包括燃燒，而燃燒則是氧化反應(yīng)的特例。即物質(zhì)的燃燒是氧化反應(yīng)，而氧化反應(yīng)不一定是燃燒，能夠被氧化的物質(zhì)不一定都能燃斃，而能燃燒的物質(zhì)一定能被氧化。如碳在空氣中燃燒，生成二氧化碳，并釋放一定的熱量，碳的燃燒可用方程式： 表示。
呼吸作用
生活細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)，在酶的催化下進(jìn)行氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，并釋放出大量能量的過程稱為呼吸作用。被呼吸作用氧化分解的有機(jī)化合物主要是糖類（碳水化合物），常被稱為"呼吸底物"，呼吸底物的分解亦稱降解。伴隨呼吸作用的進(jìn)行，植物質(zhì)量減輕，同時(shí)有大量的能量和CO?釋放。根據(jù)呼吸過程中對(duì)氧氣需求的差異，可將呼吸分為有氧呼吸和無氧呼吸兩大類型。
有氧呼吸
生活細(xì)胞吸收大氣中的氧，將體內(nèi)的有機(jī)物徹底氧化分解，形成CO?和H?O并釋放能量的過程稱有氧呼吸。
無氧呼吸
生活細(xì)胞在不吸收氧的情況下，將體內(nèi)有機(jī)物不徹底氧化，形成不徹底的氧化產(chǎn)物并釋放能量的過程稱無氧呼吸。無氧呼吸有乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵兩種類型，反應(yīng)表達(dá)式如下：
金屬銹蝕
金屬銹蝕是指金屬與周圍介質(zhì)（氣體或液體）發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用所引起的破壞現(xiàn)象，屬于緩慢氧化反應(yīng)。按金屬銹蝕的機(jī)理，金屬銹蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種類型。其中，電化學(xué)腐蝕是破壞金屬的主要形式，對(duì)于大多數(shù)金屬的銹蝕也是發(fā)生電化學(xué)銹蝕而造成的。金屬發(fā)生電化學(xué)銹蝕必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件：①金屬上各部分（或不同金屬間）存在著電極電壓：②具有電極電位差的各部分必須相違：③具有電極電位差的各部要處于相連通的電解質(zhì)溶液中。
氧化劑的選擇
為了完成氧化過程，選擇合適的氧化劑是一個(gè)重要問題。實(shí)際應(yīng)用的氧化劑種類很多，氧化性能差別懸殊，為了正確地選擇，首先必須對(duì)它們的特性和應(yīng)用范圍有所了解。氧化劑可以大致分成以下幾類：
非金屬單質(zhì)
非金屬單質(zhì)有很多，空氣是最便宜的氧化劑，在工業(yè)上廣泛被應(yīng)用，如苯、萘、蒽的氧化就是用空氣作氧化劑，純氧和臭氧氧化能力比空氣強(qiáng)，但因?yàn)槌杀靖?，僅在特別需要的情況下使用。在用空氣作氧化劑時(shí)一般反應(yīng)溫度均較高，同時(shí)要應(yīng)用催化劑。鹵族元素和硫是相當(dāng)強(qiáng)的氧化劑，工業(yè)上亦有應(yīng)用。
高價(jià)金屬鹽
含有Mn、Cr、Fe、Pb、V等金屬高價(jià)的鹽類，都是有效的氧化劑，其中以KMnO?、K?Cr?O?（或Na?Cr?O?）最重要。例如，二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯，MnO2為強(qiáng)氧化劑，反應(yīng)方程式為：
非金屬含氧化物
硫、硒、氮、氯的氧化物，如硫酸、SeO?、硝酸（包含NO?、N?O、N?O?)、次氯酸、高氯酸等，都是強(qiáng)氧化劑。其中硝酸在工業(yè)上應(yīng)用較多。
過氧化物
過氧化物氧化劑分為有機(jī)過氧化物和無機(jī)過氧化物。有機(jī)過氧化物是一種含有過氧基（–O–O–）結(jié)構(gòu)的有機(jī)物質(zhì)，也可能是過氧化氫的衍生物，如過氧甲酸(HCOOOH)，過氧乙酸(CH?COOOH)等。主要的無機(jī)過氧化物有H?O?、過硼酸鹽、過碳酸根、過氧化鈉和NH??，Na?，K?的過二硫酸，其中H?O?是最重要的無機(jī)過氧化物，同時(shí)還是重要的實(shí)驗(yàn)室試劑。如，H?O?作氧化劑，在酸性溶液中將I?氧化成I?：
應(yīng)用領(lǐng)域
日常生活
在生活中，人類所需的大量的能量都是通過煤炭、石油以及天然氣等燃料的燃燒來獲得的。與生物體息息相關(guān)的呼吸作用，也屬于氧化過程。在日常生活中用到的金屬發(fā)生腐蝕，本質(zhì)是發(fā)生了氧化反應(yīng)，例如鐵生銹。通過對(duì)氧化反應(yīng)的了解可以通過采取防護(hù)措施，如涂漆、鍍鋅等，來減緩金屬的腐蝕。在生活中常見的水果，被切開后會(huì)發(fā)生變色，如蘋果、桃等。這是因?yàn)樗械亩喾宇愇镔|(zhì)容易與空氣中的氧化物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生顏色變化?？梢酝ㄟ^焯水法、浸水法等阻斷氧化反應(yīng)，從而使水果保持原色。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氧化反應(yīng)具有廣泛的應(yīng)用。例如：通過氧化反應(yīng)，可以降低甲烷、硫化氫和亞鐵等一類還原性有害物質(zhì)的含量，促進(jìn)植物根系可以向更深的地方生長(zhǎng)，讓植物變得更加粗壯；植物的光合作用、呼吸作用是復(fù)雜的氧化反應(yīng)；施入土壤里肥料的變化，如氨態(tài)肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氨，SO?2?轉(zhuǎn)化為H?S等，雖然需要有細(xì)菌作用，但其實(shí)質(zhì)仍是氧化還原反應(yīng)；土壤里的鐵或錠的氧化數(shù)的變化直接影響作物的營(yíng)養(yǎng)，曬田和灌田主要是為了控制土壤里的氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。
工業(yè)生產(chǎn)
在化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，氧化反應(yīng)可以用于許多化合物的制備例如，將硫化鐵氧化成二氧化硫，再進(jìn)一步氧化成三氧化硫，以制備硫酸；將氮氧化成一氧化氮，再進(jìn)一步氧化成二氧化氮以制備硝酸；磷氧化成五氧化二磷制備磷酸；甲醇氧化被奪去氫生成甲醛等等。在印染工業(yè)中，氧化反應(yīng)可用于染料的氧化。在紡織工業(yè)生產(chǎn)中、漂白、消毒等流程也同樣使用了氧化反應(yīng)。化學(xué)試劑氧化具有選擇性好、過程簡(jiǎn)單、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥化工領(lǐng)域，由于產(chǎn)品噸位小，因此多用化學(xué)試劑氧化法。
參考資料 >
530 Origin DNS Error.華中科技大學(xué).2024-06-21
錳不同氧化值化合物的化學(xué)性質(zhì)介紹.科學(xué)網(wǎng).2024-06-15