氧化還原反應
銅臭 / 2022-07-12
3.1.1氧化數(shù)
1970年國際純粹和應用化學聯(lián)合會(IUPAC) 定義了氧化數(shù)的概念:氧化數(shù)是指某元素的 個原子的荷電數(shù)。該荷電數(shù)是假定把每一 化學鍵的電子指定給電負性更大的原子而求得的。即氧化數(shù)的數(shù)值取決于兩個成鍵原子電負性的相對大小，電負性小的氧化數(shù)為正值，電負性大的氧化數(shù)為負值。確定氧化數(shù)的規(guī)則如下:
(1)在單質(zhì)中，元素的氧化數(shù)為0。
(2) 在簡單離子中，元素的氧化數(shù)等于離子所帶的電荷數(shù)。如FeCl?、 Fe?O?、 Fe?O?中Fe 的氧化數(shù)分別為+2、+3、 +8/3
(3) 在多原子離子中，各元素氧化數(shù)的代數(shù)和等于離子所帶電荷數(shù)。
(4)在大多數(shù)化合物中，氫的氧化數(shù)為+1;只有在金屬氫化物( 如NaH、CaH?)中，氫的氧化數(shù)為-1。
(5) 通常，在化合物中氧的氧化數(shù)為-2;但是在H?O?、Na?O?、 BaO?等過氧化物中氧的氧化數(shù)為-1;在氧的氟化物中，如OF?和O?F?中，氧的氧化數(shù)分別為+2和+1。
(6) 在所有的氟化物中，氟的氧化數(shù)為-1。
(7)堿金屬和堿土金屬在化合物中的氧化數(shù)分別為+1和+2。
(8)在中性分子中，各元素氧化數(shù)的代數(shù)和為零。
例3-1 (1) 確定SO?²?、 S?O?²?、S?O?²?、Na?S?O? 中S的氧化數(shù)。
(2) 確定CH?、CH?CI、 CH?Cl?、 CHCI?中C的氧化數(shù)。
解: (1) SO?²?、S?O?²?、 S?O?²? 、Na?S?O?中S的氧化數(shù)分別為+6、+2.5、+7、+2。
(2) CH?、CH?CI、CH?Cl?、CHCI?中C的氧化數(shù)分別為-4、-2、0、+2。
3.1.2氧化還原反應
參加化學反應的各種物質(zhì)在反應前后有電子得失，失去電子的過程稱為氧化:得到電子的過程稱為還原。氧化過程與還原過程同時發(fā)生，稱作氧化還原反應。
氧化劑是得電子的物質(zhì)，多是最高氧化態(tài)，如HNO?中的N(+5);還原劑是失電子的物 質(zhì)，多是最低氧化態(tài)，如NH?中的N(-3)。中間氧化態(tài)者既可以是氧化劑，又可以是還原劑，如HNO?中的N(+3)。
另外有一種情況， 某種單質(zhì)或化合物， 它既是氧化劑又是還原劑，這類氧化還原反應稱作歧化反應。例如
Cl?+H?O=HCIO+HCI
4KCIO?=3KCIO?+KCI
3.1.3氧化還原反應方程式的配平
3.1.3.1氧化數(shù)法
A配平原則
(1)得失電子平衡:反應中氧化劑所得到的電子數(shù)等于還原劑所失去的電子數(shù)。
(2)電荷平衡:方程式兩邊的電荷數(shù)(包括電子)的代數(shù)和相等。
(3)物質(zhì)平衡:方程式兩邊各種元素的原子總數(shù)各自相等。
B配平步驟
以硝酸氧化銅單質(zhì)為例。
(1)找出元素原子氧化數(shù)降低值與元素原子氧化數(shù)升高值
(2)得失電子數(shù)相等
(3) 物質(zhì)平衡。方程式左邊有8個H,則在右邊加4個H?O。
3Cu + 8HNO?=3Cu( NO?)? + 2NO + 4H?O
(4) 檢驗平衡。檢查方程式兩邊各種原子數(shù)是否相等、電荷數(shù)是否相等。
3.1.3.2 離子-電子法
離子電子法也稱為半反應法。氧化還原反應可以拆為兩個半反應，即氧化劑的還原反應和還原劑的氧化反應。離子電子法是將兩個半反應分別配平，再將兩個半反應合為一個完整反應。
離子—電子法特別適用于水溶液中離子方程式的配平。
離子一電子法的配平原則與氧化數(shù)法的配平原則相同。
配平步驟如下(以酸性介質(zhì)中反應MnO??+SO?²?→+Mn²? +SO?²?為例) :
(1) 拆分出兩個半反應，并根據(jù)氧化數(shù)變化寫出得失電子
MnO??+5e→Mn²?
SO?²?→SO?²?+2e
(2)電荷平衡。 還原反應左邊有6個負電荷，右邊有2個正電荷，因為是在酸性介質(zhì)中在方程式左邊加8個H?，即8個正電荷。則還原反應方程式兩邊各有2個正電荷
MnO??+5e+8H?→Mn²?
氧化反應左邊有2個負電荷，右邊有4個負電荷，為保持電荷平衡，在右邊加2個H?。
SO?²?→SO?²?+2e+2H?
(3)物質(zhì)平衡。還原反應左邊有8個H?，在右邊加4個H?O
MnO??+5e+8H?=Mn²?+4H?O
氧化反應右邊有2個H?，在左邊加1個H?O
SO?²?+H?O=SO?²?+2e+2H?
(4)檢驗半反應。
(5)半反應相加，消去電子。將2個半反應乘以適當系數(shù)再相加，消去方程式兩邊的電子，得到配平的氧化還原反應方程式。
例3-2配平反應方程式 Cr(OH)?+ CIO?→CrO?²?+2Cl?（堿性介質(zhì)）
解: (1)配平氧化反應
Cr(OH)?→CrO?²?+3e
方程式左邊沒有電荷，右邊有5個負電荷。因為是在堿性介質(zhì)中，在方程式左邊加5個OH?，即5個負電荷。則反應方程式兩邊各有5個負電荷
Cr(OH)?+5OH?→CrO?²?+3e
方程式左邊有8個H?，在右邊加4個H?O。至此，氧化反應配平
Cr(OH)?+5OH?→CrO?²?+3e+4H?O
(2) 配平還原反應
ClO?+2e→Cl?
方程式左邊有3 個負電荷，右邊有1個負電荷。在方程式左邊加2 個OH?。則反應方程式兩邊各有3個負電荷
ClO?+2e→Cl?+2OH?
方程式右邊有2個H(在OH?中)，在右邊加1個H?O。至此，還原反應配平
ClO?+2e+H?O=Cl?+2OH?
將2個半反應乘以適當系數(shù)， 相加，消去方程式兩邊的電子，得到配平的氧化還原反應方程式。
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