最后更新: 2025-10-28 21:47 查看: 101 次纠错评论(0) 课件开VIP

氧化反应和还原反应

氧化和还原是认识物质性质、分析化学变化的重要视角之一。氧化还原反应从电子转移的视角揭示了化学反应的本质与化学反应的分类，在生产、生活乃至生命活动中有着十分重要的作用。在本节中，我们将更进一步认识氧化还原反应的原理及其规律。

## 氧化反应和还原反应

在氧化还原反应中，反应物所含元素化合价升高的反应是氧化反应，而化合价降低的反应是还原反应。氧化与还原这两个对立的过程相互依存并统一于氧化还原反应中。从反应中电子转移的角度分析，把失去电子的物质称为还原剂，发生氧化反应，其产物称为氧化产物；得到电子的物质称为氧化剂，发生还原反应，其产物称为还原产物；整个反应中还原剂失去电子的总数和氧化剂得到电子的总数相等。

例如，在锌与硫酸铜的反应中，铜元素的化合价降低，发生还原反应，金属铜是还原产物；锌元素的化合价升高，发生氧化反应，硫酸锌是氧化产物：

$$
\mathrm{Zn}+\mathrm{CuSO}_4=\mathrm{ZnSO}_4+\mathrm{Cu}
$$

比较 $\mathrm{Zn} 、 \mathrm{Cu}$ 的还原性强弱和 $\mathrm{Zn}^{2+} 、 \mathrm{Cu}^{2+}$ 的氧化性强弱，不难得出： Zn 的还原性强于 $\mathrm{Cu}, \mathrm{Cu}^{2+}$ 的氧化性强于 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 。

氧化还原反应自发进行的方向，总是由氧化性较强的氧化剂与还原性较强的还原剂反应，生成还原性较弱的还原产物和氧化性较弱的氧化产物。

## 半反应

氧化还原反应的本质是反应物之间的电子转移，任何氧化还原反应都可以拆成一种物质失去电子而另一种物质获得电子的氧化反应和还原反应。这两个反应分别是氧化还原反应的一半，称为半反应。例如， $\mathrm{Zn}+\mathrm{CuSO}_4= \mathrm{ZnSO}_4+\mathrm{Cu}$ 可以拆成如下两个半反应：

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{Zn}-2 \mathrm{e}^{-}=\mathrm{Zn}^{2+}(\text { 氧化反应 }) \\
& \mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-}=\mathrm{Cu}(\text { 还原反应 })
\end{aligned}
$$

半反应是用电子把同一元素的两种价态联系起来的反应，上述两个式子为该氧化还原反应的半反应式。氧化还原反应本质上是两个半反应之间竞争电子的反应。

书写半反应式时，除了应该考虑在反应中存在电子转移的元素所在的物质得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式，应该遵循离子方程式的书写要求。

#### 氧化还原反应中的电子转移
氧化还原反应中电子是如何转移的呢？诺贝尔奖获得者美国化学家亨利·陶布（Henry Taube, 1915—2005）通过研究金属配合物的氧化还原反应，提出了配位化合物内界电子转移机理。该机理认为：发生氧化还原反应时，两种配合物的离子先形成一个短暂的过渡状态。在这种过渡状态中，氧、硫、氮、氯等元素的离子、原子或分子之间以桥的形式把配合物的离子连接起来，从而提供了电子在两个金属离子之间的转移途径。该机理将人们对氧化还原反应机理的认识提高到一个新的层次，同时对理解金属配合物在催化反应中的作用也很有帮助。

## 氧化还原反应化学方程式的配平
简单的氧化还原反应的化学方程式可以用观察的方法来配平。复杂的则要用电子转移或化合价升降来配平，原则是氧化剂和还原剂得失电子的总数相等，具体表现为元素的化合价升高和降低的总数相等。示例：配平以下离子方程式。

![图片](/uploads/2025-10/e49b91.jpg)
 
 配平步骤：
①  标出化合价有变化的元素，以元素化合价升高和降低总数相等为原则，乘以适当的系数。
 ![图片](/uploads/2025-10/1be881.jpg)

②  配平氧化剂、还原剂、还原产物和氧化产物。
 ![图片](/uploads/2025-10/6481bf.jpg)
 
③  配平其他物质。

![图片](/uploads/2025-10/cf8072.jpg)
 
 `例`过氧化氢 $\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2\right)$ 被认为是一种绿色氧化剂。
（1）在该化合物中，氧的化合价是多少？
（2）写出过氧化氢分子的电子式。
（3）在稀酸条件下，过氧化氢可将 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 氧化，而它本身被还原成水。

解（1）写出过氧化氢发生还原反应的半反应式。
（2）写出化学方程式并加以配平。
（1）过氧化氢中氢的化合价为 +1 ，化合物里各元素的正负化合价代数和等于零，因此氧的化合价为 -1 。
（2）过氧化氢的氧与氧、氧与氢分别共用一对电子，其电子式如下：
 ![图片](/uploads/2025-10/c15ca6.jpg)
 
 （3）过氧化氢氧化 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 时得到电子，其半反应式为： $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2+2 \mathrm{H}^{+}+ 2 \mathrm{e}^{-}=2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}, \mathrm{Fe}^{2+}$ 反应后被氧化成 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 。从得失电子平衡的角度分析，一个双氧水分子得到两个电子，而一个 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 失去一个电子。因此，一个双氧水分子与两个 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 反应，其余物质可观察配平。

$$
\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2+2 \mathrm{Fe}^{2+}+2 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+2 \mathrm{Fe}^{3+}
$$

科数题库(单机版) 会议室预约系统(book)

今日还可看 0 篇未注册用户每天查看4篇，注册用户每天8篇，开通VIP会员无限制查看。

免费注册

《高等数学》难点解析

高数教程 泰勒公式切线与法线切平面与法平面驻点·拐点·极值点·零点间断点渐进线瑕积分欧拉方程伯努利方程 Abel 收敛定理偏导数的几何意义偏导数的几何意义梯度数量场与向量场多元函数极值拉格朗日算子通量与散度环流量与旋度格林公式高斯公式斯托克斯公式三大公式比较傅里叶级数极坐标微元点法式方程变上限定积分 X型计算面积 Y型计算面积微分的意义渐近线间断点 y''+py'+qy=f(x)方程高斯黎曼傅里叶变换(复数) 拉普拉斯变换(复数)

《线性代数》难点解析

线代教程 近世代数对数学的整体思考线性的意义矩阵乘法(列视角) 矩阵乘法(行视角) 矩阵左乘矩阵右乘逆矩阵求解方程组阶梯形矩阵的求法方程组解的判定四阶行列式的计算线性变换的意义线性空间向量组的等价线性空间的几何意义基础解系的求法施密特正交化特征值与特征向量的意义矩阵相似的几何意义矩阵可对角化的理解秩的意义(向量版) 秩的意义(方程版) 二次型的意义

《概率论与数理统计》难点解析

概率教程 置信区间与上a分位数概率中的“取”与“放” 贝叶斯公式全概率公式泊松分布指数分布伽玛分布二维密度图的意义卷积的意义相关系数的意义 k阶矩是与矩母函数卡方分布的作用单正态区间估计理解假设检验理解切比雪夫不等式中心极限定理

上一篇：难溶电解质的沉淀溶解平衡

下一篇：电池

本文对您是否有用？有用 (0) 无用 (0)