煤質柱狀活性炭中碳元素的結構與氧化還原

15.2活性炭的氧化還原與其電荷

上麵談了氧化還原與電子轉移的關係後,現在了解一下煤質柱狀活性炭中碳元素在這方麵的性能。

15.2.1  碳元素的結構與氧化還原

碳、煤、石墨、金鋼石,性能不同,但它們的化學成分都屬碳元素。碳是105種化學元素中的一種。碳和其它化學元素相比,其化合物之多令人驚訝。據統計碳以外的104種化學元素,所形成的化合物總共隻有5萬多種。而碳的化合物(包括有機物)有300多萬種,幾乎多出了60倍。碳不僅是有機化合物的骨架,而且在許多“氧化一還原”過程中也充當著特殊角色。預計今後隨著科學技術的進步,碳的種類和應用還會不斷地發展。

煤質柱狀活性炭中碳元素的原子外層有4個電子,按電化學的氧化還原反應機理,碳原子可以給出4個電子被氧化,也可以結合四個電子被還原。碳在什麽狀態下給出電子?在什麽狀態下結合電子?這依據它們的反應條件而定。

當煤質柱狀活性炭中碳元素的碳原子在一定溫度下與活潑的非金屬元素作用時,就表現出負價即成為還原劑,容易給出自身電子化合價升高被氧化,起還原作用。如:C +S2=CS2;C+02=C02;C+H20= CO +H2(在高溫下產生水煤氣)

當炭在特定條件下與氫及金屬進行化合時,容易結合它身電子化合價降低被還原,起氧化作用。如:3C+4A1=Al4C3;C+2H2—>CH4

在化學氧化還原反應中,隨著物質間的電子轉移,氧化物被還原了,而還原物則被氧化了。氧化必定伴隨著還原同時發生。在這反應過程中,實際上是物質之間電子轉移過程。如:原電池、蓄電池、燃料電池、充放電等,所產生的電能都離不開氧化還原反應。

在討論氧化還原反應時,先討論如下幾點:
(1)能給出自身電子的中性分子、原子或離子,都是還原劑;本身會被氧化成更帶有正電荷離子的原子。
(2)能結合它身電子的中性分子、原子或離子,都是氧化劑;本身會被還原成更帶有負電荷離子的原子。
(3)帶正電荷的離子可作為氧化劑,有氧化性,因為它們都會接受它身原子的電子。
(4)帶負電苛的離子可作為還原劑,有還原性,因為它們都易失去自身過量的電子。
(5)充電、電解時,陰極上的電流是還原劑,在電流的作用下離子電荷中和;陰極上發生還原作用被氧化(還原劑),陽極上發生氧化作用被還原(氧化劑)

這裏應當注意的是:在原電池中是以“氧化一還原”的化學反應產生電流;而在蓄電池充電(電解)中,是以電流作用來進行“氧化一還原”產生化學反應逆過程。作用恰與原電池相反。

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