氧化还原反应

理论发展

注：

氧化数又可以叫做氧化态，本词条使用前者。

氧化数即高中所说的化合价，这两者仅是叫法不同，部分表示方法有差别，其他并无区别，本词条中视为可以混用。

反应历程

反应中，发生氧化反应的物质，称为还原剂，生成氧化产物；发生还原反应的物质，称为氧化剂，生成还原产物。氧化产物具有氧化性，但弱于氧化剂；还原产物具有还原性，但弱于还原剂。用通式表示即为：

氧化-还原平衡

算得。

判别

类型

根据作为氧化剂的元素和作为还原剂的元素的来源，氧化还原反应可以分成两种类型：分子间氧化还原反应、分子内氧化还原反应。

分子间

在这类氧化还原反应中，氧化数的升高与降低发生在两种不同的物质中。

分子内

规律

强弱律：氧化性：氧化剂>氧化产物；还原性：还原剂>还原产物。

价态律：元素处于最高价态，只具有氧化性；元素处于最低价态，只具有还原性；处于中间价态，既具氧化性，又具有还原性。

转化律：同种元素不同价态间发生归中反应时，元素的氧化数只接近而不交叉，最多达到同种价态 。

优先律：对于同一氧化剂，当存在多种还原剂时，通常先和还原性最强的还原剂反应。

守恒律：氧化剂得到电子的数目等于还原剂失去电子的数目。

表示方法

双线桥法

标出各发生氧化还原反应的元素的氧化数。

画出如右图所示的线，其中一条由氧化剂中氧化数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氧化数升高的元素指向氧化产物中的相应元素。

标出“失去”或“得到”的电子数，格式为“得/失 发生氧化还原反应的原子数×单位原子得失的电子数"。

单线桥法

标出各发生氧化还原反应的元素的氧化数。

用一条如右图所示的线连接方程式左边的氧化剂与还原剂，箭头由失电子的还原剂指向得电子的氧化剂

标出电子转移的数量，格式为“发生氧化还原反应的原子数×单位原子转移的电子数"。

氧化-还原半反应式

。

反应式的左边总是氧化型物质（元素的氧化数高的物质），右边总是还原型物质（元素的氧化数低的物质）。反应中的得失电子数在反应式左边写出，用+/e-表示；

半反应式必须配平；

在溶液中，物质须写成在此溶剂中的主要存在形态，例如水中，强酸需要写成酸根的形式；

反应式中有且仅有一种元素的氧化数可以发生改变。

举例

燃烧

酒精测试

工业炼铁

复分解反应

例如有反应：

各元素氧化数保持不变。

然而，又存在下列反应：

这是典型的复分解反应，但在反应前后，硅的氧化数上升，氢的氧化数下降，属于氧化还原反应。所以，复分解反应与氧化还原反应间并无必然联系。

配平方法

得失电子守恒法

1．配平原理

标出发生变化的元素的氧化数，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→ 先配平反应物的计量数；

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。

列出氧化数升降的变化情况。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，将氧化数变化的数值进行叠加。

根据电子守恒配平氧化数变化的物质的计量数。

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。

氧化数升降法

基本原则

基本步骤

标变价：写出反应物和生成物的化学式，标出变价元素的氧化数。

列升降：列出反应前后元素氧化数的升降变化值。

求总数：使氧化数升高和降低的总数相等。

配系数：用观察的方法配平其他物质的化学计量数，配平后，把单线改成等号。

查守恒：检查方程式两边是否“质量守恒”、“电荷守恒”和“元素守恒”。

在配平时，是先考虑反应物，还是先考虑生成物，一般有如下规律：

若氧化剂/ 还原剂中某元素的氧化数全部改变，配平宜从氧化剂、还原剂开始，即先考虑反应物。（正向配平）；若氧化剂/ 还原剂中某元素氧化数只有部分改变，配平宜从氧化产物、还原产物开始，即先考虑生成物。（逆向配平）

自身氧化还原反应方程式，宜从生成物开始配平。（逆向配平）

同一反应物中有多种元素变价，可将该物质作为一个整体考虑，即求该物质的一个分子中各变价元素的氧化数升、降值的代数和。

【例】试配平C + HNO3 → NO2 + CO2 + H2O：

写出反应物和生成物的化学式：C + HNO3 → NO2+ CO2+ H2O；

列出元素的氧化数的变化：

元素

反应物

生成物

变化量

C

0

+4

+4

N

+5

+4

-1

3.使氧化数的升高和降低的总数相等：C + 4HNO3 → 4NO2 + CO2 + H2O；

。

在一些特殊的方程式中，可以用以下三种处理方式，以配平常规方法难以配平甚至无法配平的方程式：

零价法

先令无法用常规方法确定氧化数的物质中各元素均为零价，然后计算出各元素氧化数的升降值，并使元素氧化数升降值相等，最后用观察法配平其他物质的化学计量数。

平均标价法

当同一反应物中的同种元素的原子出现两次且价态不同时，可将它们同等对待，即假定它们的氧化数相同，根据化合物中氧化数代数和为零的原则予以平均标价，若方程式出现双原子分子时，有关原子个数要扩大两倍。

整体标价法

当某一元素的原子或原子团（多见于有机反应配平）在某化合物中有数个时，可将它作为一个整体对待，根据化合物中元素氧化数代数和为零的原则予以整体标价。

离子/电子法

【例】在酸性介质中，KMnO4与K2SO3反应生成MnSO4和K2SO4，完成并配平方程式。

配平的具体步骤如下：

根据反应写出未配平的离子方程式

MnO4-+ SO32-→ Mn2++ SO42-①

写出两个半反应式，一个表示还原剂被氧化的反应，另一个表示氧化剂被还原的反应：

氧化反应 SO32-→ SO42-

式中产物的氧原子数较反应物中的多，反应又在酸性介质中进行，所以可在上式反应物中加H2O，生成物中加H，然后进行各元素原子数及电荷数的配平，可得：

SO32-+ H2O → SO42-+ 2H++ 2e-②

还原反应 MnO4-→ Mn2+

式中产物中的氧原子数减少，应加足够多的氢离子（氧原子减少数的2倍），使它结合为水，配平后得：

MnO4-+ 8H++ 5e-→ Mn2++ 4H2O ③

根据氧化剂和还原剂得失电子数相等的原则，在两个半反应式中各乘以适当的系数，即以②×5，③×2，然后相加得到一个配平的离子方程式。

写出完全的反应方程式：

待定系数法

1．配平原理

2．方法和步骤

对于氧化还原反应，先把元素氧化数变化较多的物质的计量数用未知数表示出来，再利用质量守恒把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。

应用与意义

氧化还原性的强弱判定

物质的氧化性是指物质得电子的能力，还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力（与得失电子的数量无关）。

（1）从元素所处的价态考虑，可初步分析物质所具备的性质（无法分析其强弱）。最高价态——只有氧化性，如H2SO4、KMnO4中的S、Mn元素；最低价态，只有还原性，如Cl-、S2-等；中间价态——既有氧化性又有还原性，如Fe、S、SO2等。

（2）根据氧化还原的方向判断：

氧化性：氧化剂>氧化产物；还原性：还原剂>还原产物。

（3）根据反应条件判断：

当不同的氧化剂与同一种还原剂反应时，如氧化产物中元素的价态相同，可根据反应条件的高、低进行判断，如是否需要加热，是否需要酸性条件，浓度大小等等。

需要注意的是，物质的氧化还原性通常与外界环境，其他物质的存在，自身浓度等紧密相关，通过以上比较仅能粗略看出氧化还原性大小。如欲准确定量地比较氧化还原性的大小，需要使用电极电势。

现实意义

在工业生产中所需要的各种各样的金属，很多都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如生产活泼的有色金属要用电解或置换的方法；生产黑色金属和一些有色金属都是用在高温条件下还原的方法；生产贵金属常用湿法还原，等等。许多重要化工产品的合成，如氨的合成、盐酸的合成、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等，也都有氧化还原反应的参与。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等等也都是氧化还原反应。

在农业生产中，施入土壤的肥料的变化，如铵态氮转化为硝态氮等，虽然需要有细菌起作用，但就其实质来说，也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的氧化数的变化直接影响着作物的营养，晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。

由此可见，在许多领域里都涉及到氧化还原反应，认识氧化还原反应的实质与规律，对人类的生产和生活都是有意义的。

与电化学的关系