我們已經(jīng)說明了金屬參加的一些化合反應(yīng)私和置換反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移過程.例如:
4e
2mg+O2=2MG++O= (1)
2e
2NA+Cl2=2NA+CI - (2)
2e
Zn+2H++2Cl-=Zn+++2C1-+H2↑ (3)
此外,我們還可以在曾經(jīng)學(xué)過的、有關(guān)金屬或金屬化合物參加的化學(xué)反應(yīng)中舉出一些例子,看出它們的本質(zhì)也是電子轉(zhuǎn)移過程.例如,氧化汞的分解反應(yīng),它的本質(zhì)是電子從氧離子轉(zhuǎn)移給汞離子的過程:
4e 加熱
2hg++O=------2Hg+O2↑ (4)
又例如,氧化銅被氫氣還原的反應(yīng),它的本質(zhì)是電子從氫原子轉(zhuǎn)移給銅離子的過程:
2e 加熱
CuO+H2------Cu+H2O (5)
由以上可見,這些反應(yīng),從形式上看來,雖然各不相同,有化合反應(yīng),分解反應(yīng),或者置換反應(yīng),但它們的本質(zhì)卻都是相同的,即都包括電子的轉(zhuǎn)移過程。
我們也可以看出,其中有一部分反應(yīng),如反應(yīng)(1)、(4)和它們包括氧元素在內(nèi).學(xué)到的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的定義(即“物質(zhì)跟氧所起的反應(yīng)稱做氧化反應(yīng)”;“氧從一種物質(zhì)里被奪取出來的反應(yīng)叫做還原反應(yīng)”)來看,我們可稱這些反應(yīng)為氧化一還原反應(yīng)。
根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論來看,這些氧化一還原反應(yīng)的本質(zhì)是金屬跟氧氣的化合反應(yīng)是金屬原子把電子轉(zhuǎn)移給氧原子;金屬氧化物的分解或被置換是金屬離子得到了電子,就是說,氧化一還原反應(yīng),實(shí)質(zhì)上是電子轉(zhuǎn)移過程
到此,我們就會(huì)想到那些沒有氧元素在內(nèi)的一些反應(yīng),例如反應(yīng)(2)和(3),它們是否也可以叫做氧化一還原反應(yīng)呢?
從電子轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來看,它們的本質(zhì)是和反應(yīng)(1)、(4)和(5)相同的.因此應(yīng)該把它們歸在一起.所以我們可以把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的定義修改一下,使這兩個(gè)概念的涵義更廣泛:在化學(xué)反應(yīng)里放出電子的變化叫做氧化;在化學(xué)反應(yīng)里得到電子的變化叫做還原。
但是,由于物質(zhì)是不滅的,有放出電子的,必同時(shí)有得到電子的.所以氧化和還原必伴同發(fā)生,它們雖然是兩個(gè)相反的過程,而實(shí)際上是統(tǒng)一體的兩個(gè)方面.因此我們稱這類反應(yīng)叫氧化一還原反應(yīng).它的定義是:在化學(xué)反應(yīng)里,如果有一些原子或離子把電子轉(zhuǎn)移給另一些原子或離子,這樣的反應(yīng)就叫做氧化-還原反應(yīng)。
注意,這里所指的原子或離子,當(dāng)然不一定限于金屬元素.例如:
2e
2nabr+C12=2nacl+ Br2
或
2e
2Na++2br-+ Cl2=2NA++2c1-+Br2
這個(gè)反應(yīng)也是氧化-還原反應(yīng),但放出電子的是溴離子,而得到電子的是氯原子.這里的鈉離子是沒有變化的。
既然氧化、還原這兩個(gè)概念的涵義擴(kuò)大了,那末氧化劑和還原劑這兩個(gè)概念自然也要作相應(yīng)的擴(kuò)大從得氧、失氧的觀點(diǎn)來說:放出氧的物質(zhì),使別種物質(zhì)得氧而氧化,自身失氧而還原的物質(zhì)叫做氧化劑;反之,從別種物質(zhì)奪得氧,使自身氧化,而使別種物質(zhì)因失氧而還原的物質(zhì)叫做還原劑.仍以下列兩例來說
4e
2mg + O2 = 2mg++0=
還原劑 氧化劑
2e
Cuo + H2 = Cu +H2O
氧化劑 還原劑
O2和CuO是氧化劑;而Mg和H2是還原劑。
但從電子的得失觀點(diǎn)來看:氧原子和銅離子是得到電子的;而鎂原子和氫原子是放出電子的.因此,氧化劑和還原劑的定義應(yīng)該是:在反應(yīng)過程里,它的原子或離子得到電子的物質(zhì)(例如氧氣和氧化銅)叫做氧化劑;在反應(yīng)過程里,它的原子或離子放出電子的物質(zhì)(例如金屬鎂和氫氣以及在NaBr跟Cl2的反應(yīng)中的NaBr)叫做還原劑。
在金屬活動(dòng)性順序里,愈排在左面的金屬愈是強(qiáng)的還原劑,它的對(duì)應(yīng)陽離子愈是弱的氧化劑。
是否所有的化學(xué)反應(yīng)都發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移過程呢?我們來看復(fù)分解反應(yīng),例如中和反應(yīng):
H++C-+Na++OH-=Na+C1-+H2O
反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是離子的交換過程,其中并無電子轉(zhuǎn)移的過程。所以它不是氧化一還原反應(yīng)。
也有一些化合反應(yīng),例如
CaO+H2O=Ca(OH)2
和有一些分解反應(yīng),例如
加熱
CaCO3------CaO+CO2↑
也沒有電子轉(zhuǎn)移,所以也不是氧化還原反應(yīng)。
那末,怎樣來辨別氧化一還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)呢?
我們知道,元素的化合價(jià)的變化和原子或離子的得失電子直接有關(guān),所以在氧化-還原反應(yīng)中元素化合價(jià)必有改變,例如在鎖跟機(jī)的化合反應(yīng)里,鎮(zhèn)的化合價(jià)由0升高為+2,而氧從0降低為一2.又如在NaBr跟Cl2的反應(yīng)里,溴的化合價(jià)從一1升高為0,而氧從0降低為一1.
但是,在上述的非氧化還原反應(yīng)里,就沒有任何一種元素的化合價(jià)是有改變的。
因此,反應(yīng)前后元素化合價(jià)的改變,是氧化還原反應(yīng)的特征,是區(qū)別氧化-還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)的根據(jù).
到此,我們可以這樣說:化學(xué)反應(yīng)可分為兩大類:一類是由電子的轉(zhuǎn)移引起的,就是氧化還原反應(yīng)。它的特征是,反應(yīng)前后元素化合價(jià)必有改變,如置換反應(yīng)、反應(yīng)物里有單質(zhì)的化合反應(yīng)、生成物里有單質(zhì)的分解反應(yīng)等,都屬這類。
另一類化學(xué)反應(yīng)是沒有電子轉(zhuǎn)移過程的,其中任一元素的化合價(jià)不變,就是非氧化-還原反應(yīng),如復(fù)分解反應(yīng)和一部分的化合反應(yīng)、分解反應(yīng)等都屬這類。
由于氧化一還原反應(yīng)的范圍極廣,例如金屬的銹蝕、食物的腐敗、金屬的治煉等都是,所以它在科學(xué)上、生產(chǎn)上都具有極重大的意義。