一、氧化还原反应的基本概念
1. 氧化还原反应的本质 : 有电子转移 (得失)
氧化还原反应概念图
2. 氧化还原反应的特征 : 元素化合价的变化
应用: 在化学方程式中标出各物质组成元素的化合价,只要有一种元素的化合价发生了变化,即可说明该反应是氧化还原反应。
口诀:升失氧氧还原剂,降得还还氧化剂 (化合价上升,失电子,发生氧化反应,被氧化得到氧化产物,在反应中做还原剂;化合价下降,得电子,发生还原反应,被还原得到还原产物,在反应中做氧化剂)。
3.化学反应的分类
我们把化学反应按是否发生电子转移分成两大类:氧化还原反应和非氧化还原反应。下面我们来介绍氧化还原反应与四种基本反应类型的关系:
①置换反应
置换反应是单质与化合物反应生成新单质和新化合物,该过程一定伴随着电子得失,故 一定是氧化还原反应 。如我们熟悉的
Fe + CuSO4 == FeSO4 + Cu,
铁失2个电子生成亚铁离子,同时,铜离子得两个电子生成铜单质。
②复分解反应
与置换反应性质完全相反地,复分解反应是两种化合物互相交换成分,并不存在电子转移,故 一定不是氧化还原反应 。如
HCl + NaOH == NaCl + H2O.
③化合反应和分解反应
而 化合反应和分解反应既可能是氧化还原反应 ,如:
C + O2 =点燃= CO2;
2H2O2 =(MnO2)= 2H2O + O2↑;
又可能是非氧化还原反应 ,如:
CaO + H2O == Ca(OH)2 ;
2NaHCO3 =△= Na2CO3 + H2O + CO2↑.
④当然,我们可以将上述关系用Venn图表示:
4.有关氧化还原的判断
①判断氧化性和还原性
I. 元素处于最高价态时 , 只有氧化性 ;
II. 元素处于最低价态时 , 只有还原性 ;
III. 元素处于中间价态时 , 既有氧化性又有还原性 。
②判断氧化剂和还原剂
I. 常见的氧化剂及其对应的还原产物
i. 活泼非金属单质
ii. 具有处于高价态元素的化合物
iii.其他
II. 常见的还原剂及其对应的氧化产物
i. 活泼的金属单质
ii. 活泼的非金属单质
iii.具有处于低价态元素的化合物
III.特殊情况
i. 在氧化还原反应中,氧化剂和还原剂可能是同一种物质,氧化产物和还原产物也可能是同一种物质,如歧化反应和部分归中反应。
Cl2 + 2NaOH == NaCl + NaClO + H2O
Fe + 2FeCl3 == 3FeCl2
ii. 大多数物质在反应中做氧化剂还是还原剂并不是一成不变的(包括上述列举也是如此)。通常取决于其与其他物质性质的关系。
2KMnO4 + 5H2O2 + 2H2SO4 == K2SO4 + MnSO4 + 5O2↑ + 2H2O
iii.同一种氧化剂对应的还原产物不是一成不变的,同理,同一种还原剂对应的氧化产物也不是一成不变的。通常会受反应浓度、反应酸碱度等因素影响。
5.电子转移的表示方法
①单线桥法
②双线桥法
二、氧化性还原性的强弱规律
1.氧化性还原性与元素周期表的关系
2.氧化性还原性与金属活动性的关系
3.氧化还原反应规律
在一个反应中:
4.氧化还原表
氧化还原反应表如下图所示,表中含有部分常见的氧化剂和还原剂供查表使用。
深蓝底色部分表示还原剂,从左到右还原性依次递减;浅蓝底色部分表示氧化剂,从左到右氧化性逐渐递增。表中任一还原剂可被其正下方及正下方右侧所有氧化剂氧化;任一氧化剂可以氧化其正上方及正上方左侧所有还原剂(如下图,溴可以氧化所有黄色底色的还原剂)。
②表格用途
③样例
问题1 :硝酸能否氧化氯离子?
回答1 :查表知硝酸可以氧化其正上方及正上方左侧所有还原剂,氯离子不在该范围,故硝酸不能将其氧化。
问题2 :碘化亚铁和少量氯气的反应方程式为?
回答2 :显然碘离子和亚铁离子均可以被氯气氧化,查表知碘离子的还原性高于亚铁离子,故当氯气不足时,碘离子优先与氯气反应。故反应方程式为:
Cl2 + 2I- == 2Cl- + I2 .
三、氧化还原反应方程式的配平
1.正向配平
此处我们使用氨的催化氧化的反应作为例子进行讲解:
①写出反应物和生成物的化学式,并标出变价元素的化合价
③根据升降价求最小公倍数,使化合价升降总数相等
④观察法,根据已配平的物质将其他物质配平
⑤根据原子守恒检查无误后完成配平
当遇到歧化反应时,正向配平似乎并不容易。于是我们采取逆向思维,原理和正向配平完全一致。此处我们使用氯气和氢氧化钠的反应作为例子:
3.整体配平
当遇到一种物质中有两种元素变价时,可以进行整体配平。此处我们使用硫化亚铜和硝酸的反应作为例子:
①和正向配平一样,写出反应物和生成物的化学式,并标出变价元素的化合价;列出反应前后同种元素化合价的升降变化;根据升降价求最小公倍数,使化合价升降总数相等
② 观察法,根据已配平的物质将其他物质配平
此处 注意 :由于产物硝酸铜的硝酸根直接来自于硝酸并未变价,故①中已配平的10个硝酸不含硝酸铜中的硝酸根。换言之,硝酸铜中的硝酸根需要额外增加硝酸来提供!于是配平如下: