一、氧化還原反應的基本概念
1.氧化還原反應的本質:有電子轉移(得失)
氧化還原反應概念圖
2.氧化還原反應的特征:元素化合價的變化
應用:在化學方程式中标出各物質組成元素的化合價,隻要有一種元素的化合價發生了變化,即可說明該反應是氧化還原反應。
口訣:升失氧氧還原劑,降得還還氧化劑(化合價上升,失電子,發生氧化反應,被氧化得到氧化産物,在反應中做還原劑;化合價下降,得電子,發生還原反應,被還原得到還原産物,在反應中做氧化劑)。
3.化學反應的分類
我們把化學反應按是否發生電子轉移分成兩大類:氧化還原反應和非氧化還原反應。下面我們來介紹氧化還原反應與四種基本反應類型的關系:
(1)置換反應
置換反應是單質與化合物反應生成新單質和新化合物,該過程一定伴随着電子得失,故一定是氧化還原反應。如我們熟悉的:Fe CuSO4 == FeSO4 Cu,鐵失2個電子生成亞鐵離子,同時,銅離子得兩個電子生成銅單質。
(2)複分解反應
與置換反應性質完全相反地,複分解反應是兩種化合物互相交換成分,并不存在電子轉移,故一定不是氧化還原反應。如:HCl NaOH == NaCl H2O.
(3)化合反應和分解反應
而化合反應和分解反應既可能是氧化還原反應,如:
C O2 =點燃= CO2;
2H2O2 =(MnO2)= 2H2O O2↑;
又可能是非氧化還原反應,如:
CaO H2O == Ca(OH)2 ;
2NaHCO3 =△= Na2CO3 H2O CO2↑.
(4)當然,我們可以将上述關系用Venn圖表示:
氧化還原反應與四種基本反應關系圖
4.有關氧化還原的判斷
(1)判斷氧化性和還原性
①元素處于最高價态時,隻有氧化性;
②元素處于最低價态時,隻有還原性;
③元素處于中間價态時,既有氧化性又有還原性。
(2)判斷氧化劑和還原劑
① 常見的氧化劑及其對應的還原産物
i. 活潑非金屬單質
ii. 具有處于高價态元素的化合物
iii.其他
②常見的還原劑及其對應的氧化産物
i. 活潑的金屬單質
ii. 活潑的非金屬單質
iii.具有處于低價态元素的化合物
(3)特殊情況
①在氧化還原反應中,氧化劑和還原劑可能是同一種物質,氧化産物和還原産物也可能是同一種物質,如歧化反應和部分歸中反應。
歸中反應發生規律圖
為了更加直觀的理解什麼叫做“不能價态交叉”,我們來看二氧化硫和硫酸反應的方程式進行理解:
H2S H2SO4 == S↓ SO2 2H2O
我們很容易看出硫化氫的S為-2價,硫酸的S為 6價;硫單質的S為0價,二氧化硫的S為 4價。那麼請看下圖:
二氧化硫和硫酸反應變價分析圖
那麼由此我們得知,硫化氫是還原劑,硫酸是氧化劑;硫單質是氧化産物,二氧化硫是還原産物。
②大多數物質在反應中做氧化劑還是還原劑并不是一成不變的(包括上述列舉也是如此),通常取決于其與其他物質性質的關系。
2KMnO4 5H2O2 2H2SO4 == K2SO4 MnSO4 5O2↑ 2H2O;
③同一種氧化劑對應的還原産物不是一成不變的,同理,同一種還原劑對應的氧化産物也不是一成不變的。通常會受反應濃度、反應酸堿度等因素影響。
5.電子轉移的表示方法
(1)單線橋法
(2)雙線橋法
二、氧化性還原性的強弱規律
1.氧化性還原性與元素周期表的關系
2.氧化性還原性與金屬活動性的關系
3.氧化還原反應規律
在一個反應中:
4.氧化還原表
氧化還原反應表如下圖所示,表中含有部分常見的氧化劑和還原劑供查表使用。
(1)表格特性
深藍底色部分表示還原劑,從左到右還原性依次遞減;淺藍底色部分表示氧化劑,從左到右氧化性逐漸遞增。表中任一還原劑可被其正下方及正下方右側所有氧化劑氧化;任一氧化劑可以氧化其正上方及正上方左側所有還原劑(如下圖,溴可以氧化所有黃色底色的還原劑)。
(2)表格用途
(3)樣例
問題1:硝酸能否氧化氯離子?
回答1:查表知硝酸可以氧化其正上方及正上方左側所有還原劑,氯離子不在該範圍,故硝酸不能将其氧化。
問題2:碘化亞鐵和少量氯氣的反應方程式為?
回答2:顯然碘離子和亞鐵離子均可以被氯氣氧化,查表知碘離子的還原性高于亞鐵離子,故當氯氣不足時,碘離子優先與氯氣反應。故反應方程式為:Cl2 2I- == 2Cl- I2。
三、氧化還原反應方程式的配平
1.正向配平
此處我們使用氨的催化氧化的反應作為例子進行講解:
(1)寫出反應物和生成物的化學式,并标出變價元素的化合價。
(2)列出反應前後同種元素化合價的升降變化。
(3)根據升降價求最小公倍數,使化合價升降總數相等。
(4)觀察法,根據已配平的物質将其他物質配平。
(5)根據原子守恒檢查無誤後完成配平。
2.逆向配平
當遇到歧化反應時,正向配平似乎并不容易。于是我們采取逆向思維,原理和正向配平完全一緻。此處我們使用氯氣和氫氧化鈉的反應作為例子:
3.整體配平
當遇到一種物質中有兩種元素變價時,可以進行整體配平。此處我們使用硫化亞銅和硝酸的反應作為例子:
(1)和正向配平一樣,寫出反應物和生成物的化學式,并标出變價元素的化合價;列出反應前後同種元素化合價的升降變化;根據升降價求最小公倍數,使化合價升降總數相等。
(2)觀察法,根據已配平的物質将其他物質配平。
此處注意:由于産物硝酸銅的硝酸根直接來自于硝酸并未變價,故(1)中已配平的10個硝酸不含硝酸銅中的硝酸根。換言之,硝酸銅中的硝酸根需要額外增加硝酸來提供!于是配平如下:
(3)根據原子守恒檢查無誤後完成配平。
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