氧化还原反应中物质的性质、氧化还原反应的性质、氧化还原反应的本质是什么?

2021-09-09 08:49:36 0阅读

氧化-还原反应 (oxidation-reduction reaction, 也作redox reaction)是化学反应前后,元素的氧化数有变化的一类反应。 氧化还原反应的实质是电子的得失或共用电子对的偏移。 氧化还原反应是化学反应中的三大基本反应之一(另外两个为(路易斯)酸碱反应与自由基反应) 。 自然界中的燃烧,呼吸作用,光合作用,生产生活中的化学电池,金属冶炼,火箭发射等等都与氧化还原反应息息相关。研究氧化还原反应,对人类的进步

氧化-还原反应 (oxidation-reduction reaction, 也作redox reaction)是化学反应前后,元素的氧化数有变化的一类反应。 氧化还原反应的实质是电子的得失或共用电子对的偏移。 氧化还原反应是化学反应中的三大基本反应之一(另外两个为(路易斯)酸碱反应与自由基反应) 。 自然界中的燃烧,呼吸作用,光合作用,生产生活中的化学电池,金属冶炼,火箭发射等等都与氧化还原反应息息相关。研究氧化还原反应,对人类的进步具有极其重要的意义。 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。

什么是自发的氧化还原反应?

自发进行的氧化还原反应是指不需要外接持续的条件(如持续的温度改变)就能发生氧化还原反应的反应叫自发的氧化还原反应,例如原电池。氧化还原反应 是化学反应前后,元素的氧化数有变化的一类反应。氧化还原反应的实质是电子的得失或共用电子对的偏移。 氧化还原反应是化学反应中的三大基本反应之一,自然界中的燃烧,呼吸作用,光合作用,生产生活中的化学电池,金属冶炼,火箭发射等等都与氧化还原反应息息相关。研究氧化还原反应,对人类的进步具有极其重要的意义。氧化还原反应前后,元素的氧化数发生变化。根据氧化数的升高或降低,可以将氧化还原反应拆分成两个半反应:氧化数升高的半反应,称为氧化反应; 氧化数降低的反应,称为还原反应。

复分解反应为什么不是氧化还原反应?

氧化还原反应的实质是电子的得失或偏移,笼统地讲就是元素化合价发生变化。复分解反应的表达式AB CD=AD CB,举个酸碱中和的例子 NaOH HCl===NaCl H2O,只是离子交换位置,而没有改变化合价,所以不能称其为氧化还原反应。

一、复分解反应

1、与非氧化性酸发生的复分解反应

Na2S2O3 H2SO4 = Na2SO4 S↓ SO2 ↑ H2O;Na2S2O3 2HCl = 2NaCl S↓ SO2↑ H2O

2、与盐发生的复分解反应

Na2S2O3 BaCl2= BaS2O3↓ 2NaCl 有白色沉淀

2AgNO3 Na2S2O3=2NaNO3 Ag2S2O3↓

二、氧化还原反应:与氧化剂反应时会发生逐级氧化 S→SO2→H2SO4

1、少量的氯水-----通少量氯气有乳白色或淡黄色沉淀

6Na2S2O3 4Cl2=8NaCl 5S↓ 5SO2↑ 2Na2SO4;Na2S2O3 Cl2+H2O= Na2SO4 S↓ 2 HCl

(理解为 S 2Cl2+2H2O= 2HCl SO2 ; SO2 Cl2+2H2O= 2HCl H2SO4)

2、过量的氯水

Na2S2O3 4Cl2+5H2O=2NaCl+2H2SO4 6HCl; 或Na2S2O3 4Cl2 5H2O=8HCl 2NaHSO4

3、与过氧化氢(过量时)的反应

Na2S2O3 4H202 2HCl = 2H2SO4 2NaCl H2O

硫代硫酸钠过量时,发生上述反应后,剩余的硫代硫酸钠会与盐酸继续反应:

Na2S2O3 2HCl =2NaCl SO2↑ S↓ H2O Na2S2O3 4NaClO H2O=4NaCl 2NaHS。

高一氧化还原反应的所有规律?

氧化还原反应实质

  发生了电子的转移。(即在离子化合物中是电子的得失,在共价化合物里是电子的偏移)

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规律

  感受氧化还原反应的实质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:

  复分解反应不是氧化还原反应

  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一定是氧化还原反应 

  有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应,但有单质参与的反应不一定是氧化还原反应(如石墨变成金刚石,氧气变臭氧)。复分解反应则一定不是氧化还原反应。

  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(例如一氧化碳还原氧化铜),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:

  还原剂(反应物)→失电子或共用电子对偏离→化合价升高→被氧化→发生氧化反应→生成氧化产物

  还原反应:

  氧化剂(反应物)→得电子或共用电子对偏向→化合价降低→被还原→发生还原反应→生成还原产物

  氧化还原反应的具体规律是:

  1.守恒律:氧化还原反应中,得失电子总数相等,化合价升降总值守衡

  2.强弱律:反应中满足:氧化性:氧化剂>氧化产物

  还原性:还原剂>还原产物

  3.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。

  4.转化律:同种元素不同价态间发生归中反应时,元素的化合价只接近而不交叉,最多只能达到同种价态5.优先律:在同一氧化还原反应中,氧化剂遇多种还原剂时,先和最强还原剂反应

  6.归中律:不同价态的同种元素,其较高价态与较低价态均转化为中间价态,不得交错升降。

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永恒规律

  当某元素为最高价时,它只能做氧化剂。

  当某元素为最低价次时,它只能做还原剂。

  当某元素为中间价次时,它既能做氧化剂,又能做还原剂。对于绝大多数氧化还原反应,还原剂的还原性大于还原产物的还原性,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。也有少部分例外,如氯酸分解为氧气 氯气 高氯酸,其中生成物中的氧化产物高氯酸的氧化性高于反应物氯酸

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类型

  根据氧化剂跟还原剂的反应方式,氧化还原反应一般可以分成三种类型:分子间的氧化还原反应、分子内的氧化还原反应和自身氧化还原反应。

  (1)分子间的氧化还原反应

  这是一种最普遍的氧化还原反应。反应中,电子的得失或电子对的偏移发生在两种不同物质的分子之间。

  例如:(2)分子内的氧化还原反应

  在这类反应中,电子的转移发生在同一分子内的不同原子之间。

  例如:

  (3)自身氧化还原反应

  在这类反应中,电子的转移发生在同一分子里的同种价态、同种元素的原子上。这种反应又称为歧化反应。

  例如:

  在氧化还原反应的方程式里,有的箭号不跨过等号(又称单线桥),有的箭号跨过了等号(又称双线桥)。在许多书刊上,这两种表示方法都有采用。箭号不跨过等号的,一般用于表示电子转移的方向和数目,它表明了多少个电子从还原剂中某元素的原子转移给氧化剂中某元素的原子,电子数前不用标出“得到”或“失去”。箭号跨过了等号的,一般用于表示发生氧化还原的元素本身得、失电子的变化,在电子数前要标明“得到”还是“失去”。这两种方法,仅仅是表示形式不同,它们都是用于表示氧化还原反应中电子得失(或转移)情况的。

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记法

  氧化还原反应概念还原剂 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1: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:升失氧还氧,降得还氧还

  解释:1.化合价升高,失去电子,发生氧化反应,充当还原剂,生成物具有比反应物中的氧化剂氧化性弱的氧化性。

  2.化合价降低,得到电子,发生还原反应,充当氧化剂,生成物具有比反应物中的还原剂还原性弱的还原性。

  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),真实面目被氧化的是还原剂,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),真实面目被还原的是氧化剂,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

  记法5:

  升高、失去、被氧化、氧化反应、还原剂,

  降低、得到、被还原、还原反应、氧化剂。(注:升高、失去指化合价升高或降低,失去、得到指电子得失)

  记法6:

  失升氧化还原剂,得降还原氧化剂。

  失电子,化合价升高,被氧化,是还原剂;得电子,化合价降低,被还原,是氧化剂。

  记法7:

  升失氧,降得还。若问剂,两相反。

  记法8:

  高价氧化低价还,中间价态两边转。

  解释:高价化合物做氧化剂,低价化合物做还原剂,中间价态的化合物,可能做氧化剂,也可能做还原剂

  记法9:氧得低,还失高。

  解释:氧化剂得到电子化合价降低,还原剂失去电子化合价升高。

  记法10:失升氧还

  记法11:升失氧,降得还,说价性,两相反。

  记法12:失升氧,得降还;氧化剂,被还原。

  氧化剂,会氧化。还原后,还原产(物)。

  记法13:升失氧,降得还,剂相反。

  解释:“剂”指氧化剂与还原剂。

  记法14:氧化剂把别人氧化,本身还原;还原剂把别人还原,本身氧化

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范例——氢气与氯气

  氢气与氯气的化合反应,其总反应式如下:

  H2 Cl2=2HCl氧化还原反应范例我们可以把它写成两个半反应的形式:

  氧化反应:

  H2-2e-→2H

  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,电子数消掉:

  H2→2H 2e-

  2e- Cl2→2Cl-

  H2 Cl2→2H 2Cl-

  最后,离子结合,形成氯化氢:

  H2 Cl2→2HCl

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范例——碳与硝酸

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

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范例——工业炼铁

  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)

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范例——复分解反应

  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原电池的负极,在金属做两极时,活泼性较强的金属常做负极;发生还原反应的一极为原电池的正极,在金属做两极时,活泼性较弱的金属常做正极。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。

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两个性质

  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:2Fe3 Cu=2Fe2 Cu2 ,Fe3 —Fe2

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表示方法——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

  明确标出各发生氧化还原反应的元素化合价。 

  (2)连双线

  连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。一律在线上标出升降变化,如“化合价升高”“化合价降低”,不可标为“升价”或“降价”。

  (3)注得失

  一律标出“失去”或“得到”的电子数,格式为“得或失发生氧化还原反应的原子数×单位原子得失电子数"和该元素“被氧化”或“被还原”。

2.注意事项

  (1)箭头,箭尾一律指向化合价变化的同种元素

  (2)一律注明"得"或"失"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

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表示方法——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

  明确标明发生氧化还原反应的元素的化合价

  (2)连单线

  连接方程式左边的氧化剂与还原剂,箭头一律指向氧化剂

  (3)注得失

  标出转移的电子的总数,这里不用像双线桥那样,仅需直接标出电子总数

2.注意事项

  (1)不得标明"得"或"失",否则是错的

  (2)箭头表示电子转移的方向,指向氧化剂

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配平方法——得失电子守恒法

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。

  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。

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配平方法——离子/电子法

  在水溶液中进行的氧化还原反应,除用化合价升降法配平外,一般常用离子/电子法配平。其配平原则是:反应过程中,氧化剂获得的电子总数等于还原剂失去的电子总数。现在结合以下实例说明其配平步骤。

  在酸性介质中,KMnO4与K2SO3反应生成MnSO4和K2SO4,配平此化学方程式。

  配平的具体步骤如下:

  (1)根据反应写出未配平的离子方程式

  MnO4 SO3→Mn SO4①

  (2)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SO3→SO4

  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:

  SO3 H2O→SO4 2H 2e-②

  还原反应MnO4→Mn

  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,配平后则得:

  MnO4 8H 5e-→Mn 4H2O③

  (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。

  (4)写出完全的反应方程式:

  5K2SO3 2KMnO4 3H2SO4=6K2SO4 2MnSO4 3H2O

  化合价升降法是一种适用范围较广的配平氧化还原反应方程式的方法。离子?电子法虽然仅适用于溶液中离子方程式的配平,但它避免了化合价的计算。在水溶液中进行的较复杂的氧化还原反应,一般均用离子-电子法配平。这两种配平方法可以相互补充。

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配平方法——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。

  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)

  配平方法:化合价升降法

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配平的注意事项

  1:“集合原子”应做到优先配平。

  2:先拆后合的拆项配平法中,需要拆的项是那些在反应中化合价既升高又降低(既作氧化剂又作还原剂)的物质。

  3:整体法配平法中,选择把哪第个化合价升降过程“捆绑”作为一个过程是关键,选择时一定要把在反应中存在固定物质的量之比的升降过程过程进行“捆绑”,不存在固定物质的量之比的升降过程就不能进行“捆绑”。如S KNO3 C——K2S CO2 N2

  4:离子反应配平:关键在于能否充分利用“电荷守恒”

  5:缺项配平:注意两点:★如果是化学后应方程式其缺项一般为:水、酸、碱。如果是离子反应方程式其缺项般为:水、H、OH。★在离子反应方程式配平其缺项时如有两种可能如(H2O、H)或(H2O、OH),还应考虑离子共存的问题如:

  Cu(2 ) FeS2 囗____——Cu2S SO4(2-) Fe(2 ) 囗____

  可有两种选择:(14.5.12H2O、7.3.5.24H )或(14.5.24OH-、7.3.5.12H2O)后一种配平由于OH与Cu不能共存所以不正确。

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