第10章 氧化还原反应

第十章氧化还原反应 Redox reactions

第一节氧化反应和还原反应 Oxidation and reduction

学习目标 Learning objectives：

∙根据氧原子或氢原子的转移，阐释什么是氧化还原反应？

∙根据电子的转移，阐释什么是氧化还原反应？

∙什么是半反应方程式？

大纲参考：3.2.4

氧化还原反应 Redox reactions

“Redox”这个词是氧化还原反应的简写。从传统角度讲，氧化还原反应指的是有氧气参加的反应。例如，在下述反应中：

铜被氧化为氧化铜。反应中的氧气称为氧化剂。

氧化反应的逆反应-还原反应指的是移除氧的反应。例如，在下述反应中：

氧化铜被还原，氢气是还原剂。

通常采用氢气移除氧元素，因此有氢气参加的反应称为还原反应。例如，在下述反应中：

氯气被还原，原因在于加入了氢气。

还原反应的逆反应，即移除氢元素的反应也称为氧化反应。

科学探索 How Science Works

氧化还原反应 Redox reactions

将许多明显无关的氧化还原反应配平，这些例子很好地证明了大量的观察现象可利用科学理论进行解释。

学习建议 Study tip

记住采用加电子的方式而非减电子的方式书写半反应方程式。

电子的得失：氧化还原反应 Gaining and losing electrons: redox reactions

如果我们描述上述反应中电子的得失，那么我们可以得到一个整体概念。当某物质被氧化，这种物质失去电子；而当某物质被还原，这种物质得到电子。由于氧化还原反应通常涉及

到电子的转移，因此氧化还原反应也称为电子转移的反应。通过将氧化还原反应分割成两

个半反应方程式，我们可以看到电子的得失。

半反应方程式 Half equations

例1 Example 1

让我们再看看铜和氧气反应生成氧化铜的方程式：

氧化铜是一种离子化合物，因此我们可以采用（Cu2+ + O2-）（代替CuO）的配平符号方程

式显示氧化铜中的离子：

接下来，我们看看铜。铜失去两个电子，因此铜被氧化。

这是一个半反应方程式。通过采用增加电子而非减少电子的方式书写半反应方程式，即：

而非

接下来看看氧气。氧气得到两个电子，因此氧气被还原：

如果我们将两个半反应方程式加在一起，那么我们能得到原始方程式。注意，电子的数量

相互抵消。

例2 Example 2

氧化铜与镁发生反应生成氧化镁和铜：

我们采用氧化铜（Cu2++ O2-）和氧化镁（Mg2++O2-）书写反应方程式，展示反应中的离子。

看看铜的电子得失。铜得到两个电子，因此铜被还原。

看看镁的电子得失。镁失去两个电子，因此镁被氧化。

注意O2-离子不参与反应，O2-离子被称为旁观离子。

如果我们将这两个半反应方程式加在一起，那么我们得到：

这是氧化还原反应的离子方程式。我们现在采用的氧化和还原的定义如下：

氧化反应是失去电子的反应；

还原反应是得到电子的反应。

通过这个定义，镁会被任何能移除镁原子电子的物质（不只是氧）氧化，剩下一个阳离子。例如，氯会还原镁：

看看镁的电子得失，镁失去电子，因此镁被氧化。

再看看氯的电子得失，氯得到电子，因此氯被还原。

将这两个半反应方程式加在一起，半反应方程式中的电子相互抵消，得到：

你能发现，在方程式上加上箭头代表电子的转移，有助于追踪电子的得失，如图1所示。

Loss of 2 electrons 失去两个电子

gain of 2 electrons 得到两个电子

Magnesium is oxidized.镁被氧化。

Copper ions are reduced. 铜离子被还原。

图1 书写电子转移方程式有助于追踪电子的得失。

在一个化学方程式中，如果一种物质被氧化（失去电子），那么另外一种物质必然会被还原（得到电子）。

氧化剂和还原剂 Oxidising and reducing agents

根据上述反应，氧化剂和还原剂的定义如下：

∙还原剂失去电子，因此还原剂是给电子体。

∙氧化剂得到电子。

提示 Hint

根据OIL RIG（Oxidation is loss of electrons while reduction is gain of electrons）这个短语，我们能轻易记住氧化反应和还原反应的定义。

问题小结 Summary questions

1、在下述反应方程式中：

A哪些元素得到电子？

B 哪些元素失去电子？

C 哪些元素被氧化？

D 哪些元素被还原？

E 书写这些氧化还原反应的半反应方程式。

F 什么是氧化剂？

G 什么是还原剂？

第二节氧化态 Oxidation states

学习目标 Learning objectives：

∙什么是氧化态？

∙如何计算氧化态？

大纲参考：3.2.4

氧化态 Oxidation states

我们采用氧化态的概念表明在氧化还原反应中，哪些物质被氧化，哪些物质被还原。氧化

态也称为氧化数。

氧化态的定义 The idea of oxidation states

某种化合物中每个元素都有某个氧化态。在离子化合物中，与还没有结合形成化合物的元

素相比，氧化态能简单地告知原子得失电子的数量。在一个分子中，根据氧化态，我们知

道不同电负性的元素之间电子的分配情况。电负性更强的元素的氧化态为负。

∙所有单质的元素氧化态为零；

∙氧化态为正表示该元素失去电子，因此被氧化。例如，镁离子Mg2+的氧化态为+2。

∙氧化态为负表示该元素得到电子，因此被还原。例如，氯离子Cl-的氧化态为-1。

∙为正数的氧化态的数量越大，该元素受到氧化越多。为负数的氧化态的数量越大，该元素受到还原越多。

∙除了单质的氧化态为零以外，氧化态通常带有正号+或负号-。

计算氧化态的规则Rules for finding oxidation states

根据下述规则，你可以计算得出氧化态。

1、单质的氧化态为0；

2、某些元素在所有化合物中的氧化态都相同，其他元素具有相同的氧化态。表1给

出了这些元素的氧化态。

表1 部分元素的通常氧化态