基本定义氧化还原反应(oxidation-reduction reaction, 也作redox reaction)是在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。在反应过程中有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应。这种反应可以理解成由两个半反应构成,即氧化反应和还原反应。此类反应都遵守电荷守恒。在氧化还原反应里,氧化与还原必然以等量同时进行。两者可以比喻为阴阳之间相互依靠、转化、消长且互相对立的关系。有机化学中也存在氧化还原反应。
规律因为氧化还原反应中会发生电子转移,也就是元素的化合价会发生变化,可以得知:
复分解反应都不是氧化还原反应[1]。
置换反应一定是氧化还原反应
化合和分解反应不一定是氧化还原反应
有单质参加的化合反应大部分是氧化还原反应(有例外,例如石墨在一定条件下变成金刚石,还包括其他同素异形体之间的转换。)
有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应
对于不属于上述四种基本反应类型的化学反应,有属于氧化还原反应的(例如碳还原氧化铜),也有不属于氧化还原反应的(例如氧气在一定条件下反应变成臭氧)
归中反应,歧化反应可以看作是特殊的氧化还原反应。
氧化反应:
具有氧化性←氧化剂(反应物)—(失氧)→被还原→发生还原反应→化合价降低→得eˉ或共同电子对偏向→生成还原产物(具有还原性)
还原反应:
具有还原性←还原剂(反应物)—(得氧)→被氧化→发生氧化反应→化合价升高→失eˉ或共同电子对偏离→生成氧化产物(具有氧化性)
概念反应的本质是电子有转移(或电子偏移),其特征为化合价的升降。化合价升高,即失电子的半反应是氧化反应;氧化数降低,得电子的反应是还原反应。化合价升高的物质还原对方,自身被氧化,因此叫还原剂,其产物叫氧化产物;化合价降低的物质氧化对方,自身被还原,因此叫氧化剂,其产物叫还原产物。即:
还原剂 + 氧化剂 ---> 氧化产物 + 还原产物
一般来说,同一反应中还原产物的还原性比还原剂弱,氧化产物的氧化性比氧化剂弱,这就是所谓“强还原剂制弱还原剂,强氧化剂制弱氧化剂”。
总结:氧化剂发生还原反应,得电子,化合价降低,有氧化性,被还原,生成还原产物。
还原剂发生氧化反应,失电子,化合价升高,有还原性,被氧化,生成氧化产物。
记法:氧化还原不可分,得失电子是根本。失电子者被氧化,得电子者被还原。
失电子者还原剂,得电子者氧化剂。氧化剂 还原剂,相依相存永不离。
记法2:升失氧,降得还
解释:1.化合价升高,失去电子,氧化反应。
2.化合价降低,得到电子,还原反应。
记法3:升失被氧还
降得被还氧
解释:1.化合价升高、失去电子、被氧化做还原剂。
2.化合价降低、得到电子、被还原做氧化剂。
记法4:
剥下伪装的外套(失去电子),真实面目被还原的是还原剂,还原剂当然发生氧化反应,电子为负价,失去电子负负得正,化合价升高
披上伪装的外套(得到电子),真实面目被氧化的是氧化剂,氧化剂当然发生还原反应,电子为负价,得到电子正负得负,化合价降低
范例氢气与氯气的化合反应
氢气与氯气的化合反应,其总反应式如下:
H2 + Cl2 → 2HCl
我们可以把它写成两个半反应的形式:
氧化反应:
H2 → 2H+ + 2e-
还原反应:
Cl2 + 2e- → 2Cl-
单质总为0价。第1个半反应中,氢元素从0价被氧化到+1价;同时,在第2个半反应中,氯元素从0价被还原到-1价. (本段中,“价”指氧化数)
两个半反应加合,电子数削掉:
H2 → 2H+ + 2e-
+ 2e- + Cl2 → 2Cl-
---------------------
H2 + Cl2 → 2H+ + 2Cl-
最后,离子结合,形成氯化氢:
2H+ + 2Cl- → 2HCl
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配平碳与硝酸起反应的化学方程式
解∶1,写出反应物和生成物的化学式
C+HNO3→NO2+CO2+H2O
2,列出元素的化合价的变化
在反应物这边 在生成物这边 变化量
C化合价 0 +4 升高4
N化合价 +5 +4 降低1
3,使化合价的升高和降低的总数相等
C+4HNO3→4NO2+CO2+H2O
4,配平其它物质的系数
C+4HNO3=4NO2↑+CO2↑+2H2O
再如工业炼铁的反应:
Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2
这个反应中,三氧化二铁是氧化剂,而一氧化碳是大家熟悉的还原剂.三氧化二铁中的氧元素给了一氧化碳,使后者氧元素含量增加变为二氧化碳.铁由3价变为单质0价(降低,为氧化剂),而碳由2价变为4价(升高,为还原剂)
另外,复分解反应一定不是氧化还原反应.因为复分解反应中各元素的化合价都没有变化.例如:
Na2CO3+CaCl2=2NaCl+CaCO3↓其中钠元素保持1价,碳酸根保持-2价,氯元素保持-1价,而钙元素保持2价.
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与电化学的关系每一个氧化还原反应都可以做成一个原电池。其中发生氧化反应的一极为阳极,即外电路的负极;还原反应的一极为阴极,即外电路的正极。两个电极之间有电势差(电化学上通常叫电动势),因此反应可以进行,同时可以用来做功。
氧化还原反应的两个性质还原性:失电子的能力
氧化性;得电子的能力
例:一物质还原性很强=失电子的能力强
一个反应中,具有还原性的物质:1、还原剂2、还原产物
一个反应中,具有氧化性的物质:1、氧化剂2、氧化产物
金属性在本质上就是还原性,而还原性不仅仅表现为金属的性质。
非金属性在本质上就是氧化性,而氧化性不仅仅表现为非金属单质的性质。
一个粒子的还原性越强,表明它的氧化性越弱;粒子的氧化性越强,表明它的还原性越弱。
即在金属活动性顺序表中,排在前面的金属还原性强,排在后面的金属离子氧化性强
如:在元素周期表中,非金属性最强的非金属元素氟,它的氧化性最强,因此氟元素无正价。反之,金属性越强的元素,它的还原性也就越强。
一切氧化还原反应之中,还原剂的还原性>还原产物的还原性
一切氧化还原反应之中,氧化剂的氧化性>氧化产物的氧化性
还原性的强弱只与失电子的难易程度有关,与失电子的多少无关。
金属得电子不一定变为0价 例:2Fe+Cu=2Fe2+ + Cu2+,Fe3+—Fe2+
氧化还原反应的表示方法一.双线桥法
表明反应前后同一元素原子间的电子转移情况
1.双线桥法的基本步骤
(1)标价态:正确标明氧化反应前后同一元素的化合价,判断其升降.
(2)连双线:一条线由氧化剂中化合价降低的元素指向还原产物中的相应元素,另一条线由还原剂中化合价升高的元素指向氧化产物中的相应元素
(3)注得失:标出"失去"或"得到"的电子总数,注明该元素"被氧化"或"被还原"
2.注意事项
(1)箭头,箭尾指向化合价变化的同种元素
(2)必须注明"得到"或"失去"字样
(3)还原剂失去电子总数和氧化剂得到电子数总数相等
二.单线桥法
表明反应前后不同元素原子间的电子转移情况
1.单线桥法的基本步骤
(1)标价态:正确标明氧化反应前后同一元素的化合价,判断其升降,进而确定得失电子的元素.
(2)连单线:连接等式左边的氧化剂与还原剂,箭头指向氧化剂
(3)注得失:标出转移的电子总数
2.注意事项
(1)不需标明"得"或"失"
(2)箭头表示电子转移的方向
氧化还原反应方程的配平快速配平氧化还原反应
氧化还原反应的配平是正确书写氧化还原反应方程式的重要步骤,它是中学化学教学中要培养学生的一项基本技能,同时氧化还原反应的配平也一直是高考考查的热点。考查氧化还原反应配平的试题,一般其难度都不低,因此,掌握较好的解题方法,快速、准确地进行配平是解决这类问题的关键。下面介绍两种简单、通用、快速、准确的配平方法。
一、电子守恒法
1、配平原理
发生氧化还原反应时,还原剂失去电子、氧化剂得到电子。因为整个过程的本质好比是还原剂把电子给了氧化剂,在这一失一得之间,电子守恒。故根据还原剂失去电子的数目和氧化剂得到电子的数目相等,结合二者化合价的改变情况,可以分别把氧化剂、还原剂的计量数计算出来,这样整个氧化还原反应就顺利配平了。
2、方法和步骤
①标出发生变化的元素的化合价,并确定氧化还原反应的配平方向。
在配平时,需要确定先写方程式那边物质的计量数。有时先写出方程式左边反应物的计量数,有时先写出方程式右边生成物的计量数。一般遵循这样的原则:
自身氧化还原反应→ 先配平生成物的计量数;
部分氧化还原反应 → 先配平生成物的计量数;
一般的氧化还原反应→既可先配平生成物的计量数,也可先配平反应物的计量数。
②列出化合价升降的变化情况。当升高或降低的元素不止一种时,需要根据不同元素的原子个数比,将化合价变化的数值进行叠加。
③根据电子守恒配平化合价变化的物质的计量数。
④根据质量守恒配平剩余物质的计量数。最终并根据质量守恒检查配平无误。
二、待定系数法
1、配平原理
质量守恒定律告诉我们,在发生化学反应时,反应体系的各个物质的每一种元素的原子在反应前后个数相等。通过设出未知数(如x、y、z等均大于零)把所有物质的计量数配平,再根据每一种元素的原子个数前后相等列出方程式,解方程式(组)。计量数有相同的未知数,可以通过约分约掉。
2、方法和步骤
对于氧化还原反应,先把元素化合价变化较多的物质的计量数用未知数表示出来,再利用质量守恒吧其他物质的计量数也配平出来,最终每一个物质的计量数都配平出来后,根据某些元素的守恒,列方程解答。
快速配平七步法:
步骤一:分析化合价升降
步骤二:交换升降价数的系数
步骤三:过桥(双线桥)
步骤四:找到没有参加氧化还原反应的元素,并加入系数中.除(氧、氢)
步骤五:配平氢
步骤六:检查氧是否平
步骤七:完善(加反应条件、加等号、加上下箭头、约公约数)