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2019-2020年高中化學(xué)《氧化還原反應(yīng)》教案40 新人教版必修1 一、教學(xué)設(shè)計(jì) 本節(jié)主要包括三部分內(nèi)容，即氧化還原反應(yīng)的概念、氧化還原反應(yīng)的特征和氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。 在第一部分內(nèi)容中，教科書(shū)以“思考與交流”的方式，讓學(xué)生通過(guò)列舉幾個(gè)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的實(shí)例，從得氧、失氧的角度對(duì)這些反應(yīng)進(jìn)行分類，最后得出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是同時(shí)發(fā)生的結(jié)論，從而得出氧化還原反應(yīng)的概念。 在第二部分內(nèi)容中，教科書(shū)還是以“思考與交流”的方式，讓學(xué)生對(duì)常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)從元素的化合價(jià)是否發(fā)生了變化進(jìn)行分類，分析氧化還原反應(yīng)與元素化合價(jià)升降的關(guān)系，引出氧化還原反應(yīng)的特征。將氧化還原反應(yīng)擴(kuò)大到雖然沒(méi)有得氧、失氧關(guān)系，但只要化學(xué)反應(yīng)前后元素化合價(jià)有升降的反應(yīng)都屬于氧化還原反應(yīng)。 第三部分主要從微觀的角度來(lái)認(rèn)識(shí)電子轉(zhuǎn)移與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，這是本節(jié)的主要內(nèi)容。教科書(shū)以鈉與氯氣的反應(yīng)、氫氣與氯氣的反應(yīng)為例，從原子結(jié)構(gòu)的角度討論了氧化還原反應(yīng)與電子轉(zhuǎn)移的關(guān)系，并從電子轉(zhuǎn)移的角度給氧化還原反應(yīng)下了一個(gè)更為本質(zhì)的定義。第三部分的最后安排了“學(xué)與問(wèn)”，要求通過(guò)討論，分析置換反應(yīng)等基本類型的反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，并要求學(xué)生用交叉分類示意圖簡(jiǎn)要表示這種關(guān)系。 本節(jié)最后簡(jiǎn)介了氧化還原反應(yīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和日常生活中的重要應(yīng)用，同時(shí)也辯證地介紹了氧化還原反應(yīng)會(huì)給人類帶來(lái)危害等。 本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。 教學(xué)建議如下： 1.化合價(jià)變化和電子轉(zhuǎn)移的關(guān)系是本節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵。教學(xué)中可結(jié)合實(shí)例，從得氧失氧、化合價(jià)升降到電子轉(zhuǎn)移，一環(huán)扣一環(huán)、由表及里地揭示氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。當(dāng)然，也要告訴學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要正確、恰當(dāng)?shù)乜创拍畹男纬珊桶l(fā)展。 2.本節(jié)所設(shè)置的兩個(gè)“思考與交流”起到了承上啟下的作用，而“學(xué)與問(wèn)”則對(duì)兩種不同化學(xué)反應(yīng)分類方法──氧化還原反應(yīng)和四種基本類型反應(yīng)有機(jī)地聯(lián)系在一起，起到了鞏固、升華的作用。建議教師在教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生“討論探究式”的學(xué)習(xí)方法，精心設(shè)計(jì)討論過(guò)程（如可設(shè)計(jì)不同的思路引導(dǎo)討論，形式也可多種多樣）。同時(shí)注意教學(xué)中要留出時(shí)間，指導(dǎo)學(xué)生閱讀教科書(shū)、練習(xí)鞏固，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小結(jié)。 對(duì)于第一個(gè)“思考與交流”，可首先組織學(xué)生復(fù)習(xí)初中學(xué)過(guò)的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)的概念，引導(dǎo)學(xué)生從得氧、失氧的角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。接著組織學(xué)生討論，得出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時(shí)存在、不能分開(kāi)，從而引出本節(jié)要學(xué)習(xí)的氧化還原反應(yīng)的內(nèi)容。 對(duì)于第二個(gè)“思考與交流”，要引導(dǎo)學(xué)生從元素的化合價(jià)是否發(fā)生了變化的角度，對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。這樣一方面突出了分類的思想方法，另一方面也把初、高中知識(shí)自然地銜接起來(lái)。 3.正確、辯證地認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)中各有關(guān)物質(zhì)的相互關(guān)系是很重要的。例如，講氧化劑和還原劑時(shí)，應(yīng)著重說(shuō)明在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑從還原劑獲得電子而被還原，還原劑則將電子轉(zhuǎn)移給氧化劑而被氧化，氧化劑與還原劑在反應(yīng)中是相互依存的。 4.對(duì)于氧化還原反應(yīng)，教科書(shū)只要求學(xué)生知道在氧化還原反應(yīng)中，某些元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后發(fā)生了變化；氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是有電子轉(zhuǎn)移（得失或偏移）。不要引入“雙線橋”“單線橋”以及氧化還原方程式的配平等內(nèi)容。常見(jiàn)的氧化劑和還原劑也僅限于教科書(shū)中的例子。 二、問(wèn)題交流 【思考與交流1】 1.提示：硫、鐵、鋁與氧氣的反應(yīng)，氫氣還原氧化銅，木炭還原氧化銅等。這類反應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)為得氧即氧化反應(yīng)，失氧即還原反應(yīng)。 2.提示：在木炭還原氧化銅的反應(yīng)中，既有氧化銅失去氧發(fā)生的還原反應(yīng)，還有碳得到氧發(fā)生的氧化反應(yīng)。因此，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是同時(shí)發(fā)生的。 【思考與交流2】 1. Fe+CuSO4=FeSO4+CuFe 的化合價(jià)升高，Cu的化合價(jià)降低 Mg+2HCl=MgCl2+H2↑Mg 的化合價(jià)升高，H的化合價(jià)降低 S+O2=SO2 S 的化合價(jià)升高，O的化合價(jià)降低 CuO+H2=Cu+H2O H 的化合價(jià)升高，Cu的化合價(jià)降低 2.不是，只要反應(yīng)前后化合價(jià)有升降的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)。 【學(xué)與問(wèn)】 1.提示：正確。因?yàn)樵谶@幾類反應(yīng)中，反應(yīng)前后都有元素化合價(jià)發(fā)生變化。 2.提示：化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的交叉分類示意圖（可以啟發(fā)學(xué)生思考多種表示方法）： 三、習(xí)題參考 1.提示：碳元素和銅元素。碳元素的化合價(jià)升高，銅元素的化合價(jià)降低。 2.C 3.C、B 4.提示：反應(yīng)中元素的原子發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移（得失或偏移）。失去（或偏離）；獲得（或偏向）。 教學(xué)資源 1.科學(xué)方法簡(jiǎn)介 類 別 名 稱 定 義 方法舉例 獲取科學(xué)事實(shí)的方法 觀察 通過(guò)感官或借助一定儀器，有目的、有計(jì)劃地考察和描述客觀對(duì)象的方法 直接觀察 間接觀察 實(shí)驗(yàn) 根據(jù)一定的研究目的，運(yùn)用一定的物質(zhì)手段（通常是科學(xué)儀器和設(shè)備），在人為控制或模擬自然現(xiàn)象的條件下獲取科學(xué)事實(shí)、探索其本質(zhì)和規(guī)律的方法 定性實(shí)驗(yàn) 定量實(shí)驗(yàn) 對(duì)照實(shí)驗(yàn) 模擬實(shí)驗(yàn) 思想實(shí)驗(yàn) 按照實(shí)驗(yàn)的模型展開(kāi)的思維活動(dòng)，是一種特殊實(shí)驗(yàn)方法 理想實(shí)驗(yàn) 想象實(shí)驗(yàn) 整理科 學(xué)事實(shí) 的方法 比較 通過(guò)相關(guān)對(duì)象之間的對(duì)比，確定它們的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)其共同規(guī)律的思維方法 求同比較 求異比較 綜合比較 分類 根據(jù)對(duì)象的共同點(diǎn)和差異點(diǎn)，將對(duì)象區(qū)分為不同的種類，而且形成有一定從屬關(guān)系的不同等級(jí)的系統(tǒng)的邏輯方法 樹(shù)狀分類法 二元分類法 多元分類法 類比 根據(jù)兩類對(duì)象之間某些相同或相似，推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频倪壿嬐评矸椒? 共存類比法 因果類比法 對(duì)稱類比法 綜合類比法 歸納 從個(gè)別到一般的邏輯思維方法 完全歸納法 不完全歸納法 科學(xué)歸納法 演繹 與歸納法相反，從一般到個(gè)別的邏輯思維方法 分析 把整體分解為部分，或把復(fù)雜事物分解為簡(jiǎn)單要素，或把過(guò)程分解為階段，或把動(dòng)態(tài)凝固為靜態(tài)來(lái)研究的思維方法 綜合 與分析相反，把各個(gè)部分、各個(gè)方面、各個(gè)層次、各種因素結(jié)合起來(lái)，動(dòng)態(tài)地考察對(duì)象的思維方法 構(gòu)造科 學(xué)理論 體系的 方法 假說(shuō) 根據(jù)科學(xué)原理和事實(shí)，對(duì)未知的新事實(shí)作出的假定性說(shuō)明 模型 通過(guò)研究模型來(lái)解釋原型（被模擬的對(duì)象）的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法 理想模型 物理模型 數(shù)學(xué)模型 科學(xué)理論 是系統(tǒng)化了的科學(xué)知識(shí)體系，它用概念、判斷、推理的形式完整地反映客觀對(duì)象的本質(zhì)及其規(guī)律 橫向科 學(xué)方法 系統(tǒng)方法 按照事物的系統(tǒng)性把對(duì)象放在系統(tǒng)的模式中加以考察的方法 信息方法 把系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)作信息傳遞和轉(zhuǎn)換的過(guò)程，通過(guò)對(duì)信息流程的分析和處理，以達(dá)到對(duì)某個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的規(guī)律性認(rèn)識(shí)的方法 反饋控制 用系統(tǒng)活動(dòng)的結(jié)果來(lái)調(diào)整系統(tǒng)活動(dòng)的方法 功能模擬 以功能和行為的相似為基礎(chǔ)，用模型模仿原型的功能和行為的方法 黑箱方法 利用外部觀測(cè)、試驗(yàn)，通過(guò)輸入、輸出信息來(lái)研究黑箱功能和特征，探究其構(gòu)造和機(jī)理的方法 2.丁達(dá)爾效應(yīng)和光散射 1869年，英國(guó)科學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了丁達(dá)爾效應(yīng)。 光射到粒子上可以發(fā)生兩種情況，一是當(dāng)粒子直徑大于入射光波長(zhǎng)很多倍時(shí)，發(fā)生光的反射；二是當(dāng)粒子直徑小于入射光的波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生光的散射，散射出來(lái)的光稱為乳光。 散射光的強(qiáng)度，隨著顆粒半徑增加而變化。懸（乳）濁液分散質(zhì)粒子直徑太大，對(duì)于入射光只有反射而不散射；溶液里溶質(zhì)粒子太小，對(duì)于入射光散射很微弱，觀察不到丁達(dá)爾效應(yīng)；只有溶膠才有比較明顯的乳光，這時(shí)粒子好像一個(gè)發(fā)光體，無(wú)數(shù)發(fā)光體散射的結(jié)果就形成了光的通路。 散射光的強(qiáng)度還隨著粒子濃度的增大而增加，因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，溶膠濃度不要太小。 3.跨世紀(jì)的納米材料 1965年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)加利福尼亞工學(xué)院教授費(fèi)曼(R.P.Feynman)曾在1959年預(yù)言：“如果有一天可以按照人的意志來(lái)安排一個(gè)個(gè)原子，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的奇跡？” 時(shí)間僅僅過(guò)去了二十幾年，到了1982年，費(fèi)曼的預(yù)言便成了現(xiàn)實(shí)。國(guó)際商用機(jī)器公司研制成了掃描隧道顯微鏡（簡(jiǎn)稱STM），它不僅能使人類觀察到了原子，而且能夠利用儀器的針尖來(lái)操縱原子，德國(guó)科學(xué)家賓尼（G.Binnig）等利用掃描隧道顯微鏡在鎳板上將硅原子組成了“IBM”（國(guó)際商用機(jī)器公司的英文縮略語(yǔ)）的字樣。不久，日本科學(xué)家又將硅原子堆成了一個(gè)金字塔。 于是，人類也像大自然一樣，成了主宰原子和分子的主人，而不僅僅是被動(dòng)地去認(rèn)識(shí)和利用大自然造就的原子和分子。這樣，到了20和21世紀(jì)之交，人類正在悄悄地進(jìn)入一個(gè)嶄新的科技時(shí)代──納米科技時(shí)代。 納米科技是在納米的尺度上研究和應(yīng)用原子、分子及其結(jié)構(gòu)信息的高新技術(shù)，它的最終目標(biāo)是直接用具有納米尺度的原子、分子制造有特定功能的材料，被稱為納米材料（由粒徑1～100 nm的粒子組成的固體材料），它是21世紀(jì)很有希望和前途的新型材料。 （1）納米材料的發(fā)現(xiàn) 組成材料的物質(zhì)顆粒變小了，“小不點(diǎn)”會(huì)不會(huì)與“大個(gè)子”的性質(zhì)很不相同呢？這便是納米材料的發(fā)現(xiàn)者德國(guó)物理學(xué)家格萊特（Grant）的科學(xué)思路。 那是1980年的一天，格萊特到澳大利亞旅游，當(dāng)他獨(dú)自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時(shí)，空曠、寂寞和孤獨(dú)的環(huán)境反而使他的思維特別活躍和敏銳。他長(zhǎng)期從事晶體材料的研究，了解晶體的晶粒大小對(duì)材料的性能有很大的影響：晶粒越小，強(qiáng)度就越高。 格萊特上面的設(shè)想只是材料的一般規(guī)律，他的想法一步一步地深入：如果組成材料的晶體的晶粒細(xì)到只有幾個(gè)納米大小，材料會(huì)是個(gè)什么樣子呢？或許會(huì)發(fā)生“翻天覆地”的變化吧！ 格萊特帶著這些想法回國(guó)后，立即開(kāi)始試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)將近4年的努力，終于在1984年制得了只有幾個(gè)納米大小的超細(xì)粉末，包括各種金屬、無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物的超細(xì)粉末。 格萊特在研究這些超細(xì)粉末時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)十分有趣的現(xiàn)象。眾所周知，金屬具有各種不同的顏色，如金子是金黃色的，銀子是銀白色的，鐵是灰黑色的。至于金屬以外的材料如無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物，它們也可以帶著不同的色彩：瓷器上面的釉歷來(lái)都是多彩的，由各種有機(jī)化合物組成的染料更是鮮艷無(wú)比。 可是，一旦所有這些材料都被制成超細(xì)粉末時(shí)，它們的顏色便一律都是黑色的：瓷器上的釉、染料以及各種金屬統(tǒng)統(tǒng)變成了一種顏色──黑色。正像格萊特想像的那樣，“小不點(diǎn)”與“大個(gè)子”相比，性能上發(fā)生了“翻天覆地”的變化。 為什么無(wú)論什么材料，一旦制成納米“小不點(diǎn)”，就都成了黑色的呢？原來(lái)，當(dāng)材料的顆粒尺寸變小到小于光波的波長(zhǎng)（110-7 m左右）時(shí)，它對(duì)光的反射能力變得非常低，大約低到小于1%。既然超細(xì)粉末對(duì)光的反射能力很小，我們見(jiàn)到的納米材料便都是黑色的了。 “小不點(diǎn)”性質(zhì)上的變化確實(shí)是令人難以置信的。著名的美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室制備出了一種納米金屬，居然使金屬?gòu)膶?dǎo)電體變成了絕緣體；用納米大小的陶瓷粉末燒結(jié)成的陶瓷制品再也不會(huì)一摔就破了。 格萊特的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)和正在改變科學(xué)技術(shù)中的一些傳統(tǒng)概念。因此，納米材料將是21世紀(jì)備受矚目的一種高新技術(shù)產(chǎn)品。 （2）納米材料的應(yīng)用 ① 天然納米材料 海龜在美國(guó)佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國(guó)附近的海域，才能得以生存和長(zhǎng)大。最后，長(zhǎng)大的海龜還要再回到佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵。如此來(lái)回約需5～6年，為什么海龜能夠進(jìn)行幾萬(wàn)千米的長(zhǎng)途跋涉呢？它們依靠的是頭部?jī)?nèi)的納米磁性材料，為它們準(zhǔn)確無(wú)誤地導(dǎo)航。 生物學(xué)家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來(lái)不會(huì)迷失方向時(shí)，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料為它們導(dǎo)航。 ② 納米磁性材料 在實(shí)際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強(qiáng)磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤(rùn)滑和選礦等領(lǐng)域。 ③ 納米陶瓷材料 傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動(dòng)，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運(yùn)動(dòng)，因此，納米陶瓷材料具有極高的強(qiáng)度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進(jìn)行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。 ④ 納米傳感器 納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對(duì)溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測(cè)儀和汽車尾氣檢測(cè)儀，檢測(cè)靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。 ⑤ 納米傾斜功能材料 在航天用的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內(nèi)表面要用陶瓷制作，外表面則要用導(dǎo)熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結(jié)合在一起。如果制作時(shí)在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結(jié)合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個(gè)傾斜的梯子。當(dāng)用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結(jié)成形時(shí)，就能達(dá)到燃燒室內(nèi)側(cè)耐高溫、外側(cè)有良好導(dǎo)熱性的要求。 ⑥ 納米半導(dǎo)體材料 將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運(yùn)反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。 利用半導(dǎo)體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽(yáng)能電池。由于納米半導(dǎo)體粒子受光照射時(shí)產(chǎn)生的電子和空穴具有較強(qiáng)的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無(wú)機(jī)物，降解大多數(shù)有機(jī)物，最終生成無(wú)毒、無(wú)味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽(yáng)能催化分解無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。 ⑦ 納米催化材料 納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表面的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。 鎳或銅鋅化合物的納米粒子對(duì)某些有機(jī)物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600 ℃降低到室溫。 ⑧ 醫(yī)療上的應(yīng)用 血液中紅血球的大小為6 000～9 000 nm，而納米粒子只有幾個(gè)納米大小，實(shí)際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動(dòng)。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個(gè)部位，便可以檢查病變和進(jìn)行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。 ⑨ 納米計(jì)算機(jī) 世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于1945年，它是由美國(guó)的大學(xué)和陸軍部共同研制成功的，一共用了18 000個(gè)電子管，總重量30 t，占地面積約170 m2，可以算得上一個(gè)龐然大物了，可是，它在1 s內(nèi)只能完成5 000次運(yùn)算。 經(jīng)過(guò)了半個(gè)世紀(jì)，由于集成電路技術(shù)、微電子學(xué)、信息存儲(chǔ)技術(shù)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和編程技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)技術(shù)有了飛速的發(fā)展。今天的計(jì)算機(jī)小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬(wàn)分之一，但運(yùn)算速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了第一代電子計(jì)算機(jī)。 如果采用納米技術(shù)來(lái)構(gòu)筑電子計(jì)算機(jī)的器件，那么這種未來(lái)的計(jì)算機(jī)將是一種“分子計(jì)算機(jī)”，其袖珍的程度又遠(yuǎn)非今天的計(jì)算機(jī)可比，而且在節(jié)約材料和能源上也將給社會(huì)帶來(lái)十分可觀的效益。 ⑩納米碳管 1991年，日本電氣公司的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖2-1。 圖 2-1 納米碳管 這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長(zhǎng)的尺寸都是納米量級(jí)的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強(qiáng)度比鋼高出100倍，導(dǎo)電率比銅還要高。 在空氣中將納米碳管加熱到700 ℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開(kāi)口的納米碳管。然后用電子束將低熔點(diǎn)金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開(kāi)口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進(jìn)入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內(nèi)形成的金屬絲也特別細(xì)，被稱為納米絲，它產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是具有超導(dǎo)性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導(dǎo)體。 4.氧化數(shù) 對(duì)于離子化合物來(lái)說(shuō)，氧化還原反應(yīng)中電子是完全失去或完全得到的。但是，對(duì)于共價(jià)化合物來(lái)說(shuō)，氧化還原反應(yīng)中有電子的偏移，但沒(méi)有完全的失去或得到。因此用氧化數(shù)來(lái)表示就更為合理。例如： H2+Cl2=2HCl 這個(gè)反應(yīng)的生成物是共價(jià)化合物，氫原子的電子沒(méi)有完全失去，氯原子也沒(méi)有完全得到電子，只是形成的電子對(duì)偏離氫而偏向氯。用氧化數(shù)的升降來(lái)表示就是氯從0到-1，氫從0到+1。這樣，氧化數(shù)的升高就是被氧化，氧化數(shù)的降低就是被還原。在氧化還原反應(yīng)里，一種元素氧化數(shù)升高的數(shù)值總是跟另一種元素氧化數(shù)降低的數(shù)值相等。以下列出一些氧化劑和還原劑中某些元素的氧化數(shù)。 5.氧化還原反應(yīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和日常生活中的意義 在這里，只能對(duì)氧化還原反應(yīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)等方面的作用和意義作一些極簡(jiǎn)單的介紹。 我們所需要的各種各樣的金屬，都是通過(guò)氧化還原反應(yīng)從礦石中提煉而得到的。如制造活潑的有色金屬要用電解或置換的方法；制造黑色金屬和別的有色金屬都是在高溫條件下用還原的方法；制備貴重金屬常用濕法還原，等等。許多重要化工產(chǎn)品的制造，如合成氨、合成鹽酸、接觸法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食鹽水電解制燒堿等等，主要反應(yīng)也是氧化還原反應(yīng)。石油化工里的催化去氫、催化加氫、鏈烴氧化制羧酸、環(huán)氧樹(shù)脂的合成等等也都是氧化還原反應(yīng)。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，植物的光合作用、呼吸作用是復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)。施入土壤的肥料的變化，如銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氨，SO42-轉(zhuǎn)化為H2S等，雖然需要有細(xì)菌起作用，但就其實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)，也是氧化還原反應(yīng)。土壤里鐵或錳的氧化態(tài)的變化直接影響著作物的營(yíng)養(yǎng)，曬田和灌田主要就是為了控制土壤里的氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。 我們通常應(yīng)用的干電池、蓄電池以及在空間技術(shù)上應(yīng)用的高能電池都發(fā)生著氧化還原反應(yīng)，否則就不可能把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能、把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。 人和動(dòng)物的呼吸，把葡萄糖氧化為二氧化碳和水。通過(guò)呼吸把儲(chǔ)藏在食物的分子內(nèi)的能，轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖谟谌姿嵯佘眨ˋTP）的高能磷酸鍵的化學(xué)能，這種化學(xué)能再供給人和動(dòng)物進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、維持體溫、合成代謝、細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)人枰哪芰?。煤、石油、天然氣等燃料的燃燒更是供給人們生活和生產(chǎn)所必需的大量的能。 由此可見(jiàn)，在許多領(lǐng)域里都涉及到氧化還原反應(yīng)，我們引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和逐步掌握氧化還原反應(yīng)對(duì)于他們今后參加生產(chǎn)、走向社會(huì)等都是有意義的。