第十章氧化还原反应 Redox reactions第一节氧化反应和还原反应 Oxidation and reduction学习目标 Learning objectives：∙根据氧元素或氢元素的转移，阐释什么是氧化还原反应？∙根据电子的转移，阐释什么是氧化还原反应？∙什么是半反应方程式？大纲参考：3.2.4氧化还原反应 Redox reactions“Redox”这个词是氧化还原反应的简写。
从传统角度讲，氧化还原反应指的是有氧气参加的反应。
例如，在下述反应中：铜被氧化为氧化铜。
反应中的氧气称为氧化剂。
氧化反应的逆反应-还原反应指的是移除氧的反应。
例如，在下述反应中：氧化铜被还原，氢气是还原剂。
通常采用氢气移除氧元素，因此有氢气参加的反应称为还原反应。
例如，在下述反应中：氯气被还原，原因在于加入了氢气。
还原反应的逆反应，即移除氢元素的反应也称为氧化反应。
科学探索 How Science Works氧化还原反应 Redox reactions将许多明显无关的氧化还原反应配平，这些例子很好地证明了大量的观察现象可利用科学理论进行解释。
学习建议 Study tip记住采用加电子的方式而非减电子的方式书写半反应方程式。
电子的得失：氧化还原反应 Gaining and losing electrons: redox reactions如果我们描述上述反应中电子的得失，那么我们可以得到一个整体概念。
当某物质被氧化，这种物质失去电子；而当某物质被还原，这种物质得到电子。
由于氧化还原反应通常涉及到电子的转移，因此氧化还原反应也称为电子转移的反应。
通过将氧化还原反应分割成两个半反应方程式，我们可以看到电子的得失。
半反应方程式 Half equations例1 Example 1让我们再看看铜和氧气反应生成氧化铜的方程式：氧化铜是一种离子化合物，因此我们可以采用（Cu2+ + O2-）（代替CuO）的配平符号方程式显示氧化铜中的离子：接下来，我们看看铜。
铜失去两个电子，因此铜被氧化。
这是一个半反应方程式。
通过采用加电子而非减电子的方式书写半反应方程式，即：而非接下来看看氧气。
氧气得到两个电子，因此氧气被还原：如果我们将两个半反应方程式加在一起，那么我们能得到原始方程式。
注意，电子的数量相互抵消。
例2 Example 2氧化铜与镁发生反应生成氧化镁和铜：我们采用氧化铜（Cu2++ O2-）和氧化镁（Mg2++O2-）书写反应方程式，展示反应中的离子。
看看铜的电子得失。
铜得到两个电子，因此铜被还原。
看看镁的电子得失。
镁失去两个电子，因此镁被氧化。
注意O2-离子不参与反应，O2-离子被称为旁观离子。
如果我们将这两个半反应方程式加在一起，那么我们得到：这是氧化还原反应的离子方程式。
我们现在采用的氧化和还原的定义如下：氧化反应是失去电子的反应；还原反应是得到电子的反应。
通过这个定义，镁会被任何能移除镁原子电子的物质（不只是氧）氧化，剩下一个阳离子。
例如，氯会还原镁：看看镁的电子得失，镁失去电子，因此受到氧化。
再看看氯的电子得失，氯得到电子，因此受到还原。
将这两个半反应方程式加在一起，半反应方程式中的电子相互抵消，得到：你能发现，在方程式上加上箭头代表电子的转移，有助于追踪电子的得失，如图1所示。
Loss of 2 electrons 失去两个电子gain of 2 electrons 得到两个电子Magnesium is oxidized.镁被氧化。
Copper ions are reduced. 铜离子被还原。
图1 书写电子转移方程式有助于追踪电子的得失。
在一个化学方程式中，如果一种物质被氧化（失去电子），那么另外一种物质必然会被还原（得到电子）。
氧化剂和还原剂 Oxidising and reducing agents根据上述反应，氧化剂和还原剂的定义如下：∙还原剂失去电子，它们是给电子体。
∙氧化剂得到电子。
提示 HintOIL RIG的短语给出了能轻易记住的氧化反应和还原反应的定义。
问题小结 Summary questions1、在下述反应方程式中：A哪些元素得到电子？B 哪些元素失去电子？C 哪些元素被氧化？D 哪些元素被还原？E 书写这些氧化还原反应的半反应方程式。
F 什么是氧化剂？G 什么是还原剂？第二节氧化态 Oxidation states学习目标 Learning objectives：∙什么是氧化态？∙如何计算氧化态？大纲参考：3.2.4氧化态 Oxidation states我们采用氧化态的概念表明在氧化还原反应中，哪些物质受到氧化，哪些物质受到还原。
氧化态也称为氧化数。
氧化态的定义 The idea of oxidation states某种化合物中每个元素都有某个氧化态。
在离子化合物中，与还没有结合形成化合物的元素相比，氧化态能简单地告知原子得失电子的数量。
在一个分子中，根据氧化态，我们知道不同电负性的元素之间电子的分配情况。
电负性更强的元素的氧化态为负。
∙所有单质的元素氧化态为零；∙氧化态为正表示该元素失去电子，因此被氧化。
例如，镁离子Mg2+的氧化态为+2。
∙氧化态为负表示该元素得到电子，因此被还原。
例如，氯离子Cl-的氧化态为-1。
∙为正数的氧化态的数量越大，该元素受到氧化越多。
为负数的氧化态的数量越大，该元素受到还原越多。
∙除了单质的氧化态为零以外，氧化态通常带有正号+或符号-。
计算氧化态的规则Rules for finding oxidation states根据下述规则，你可以计算得出氧化态。
1、未结合的元素的氧化态为0；2、某些元素在所有化合物中的氧化态都相同，其他元素具有相同的氧化态。
表1给出了这些元素的氧化态。
表1 部分元素的通常氧化态4、配离子内氧化态的总数等于离子的电荷数，例如NH4+或者SO42-；5、某化合物中电负性最强的元素通常具有负的氧化态。
如何计算化合物中元素的氧化态Working out oxidation states of elements in compounds从正确的化学式开始，寻找已知氧化态的元素。
然后推断任何其他元素的氧化态。
某些举例如下所示。
五氯化磷PCl5我们知道氯的一个氧化态为-1，为了使氧化态总数为零，因此磷的氧化态一定为+5。
氨气NH3已知氢的氧化态为+1，为了使氧化态总数为零，因此氮的氧化态为-3。
并且氮的电负性强于氢，因此氢的氧化态一定为正。
硝酸HNO3已知每个氧原子的氧化态为-2，因此3个氧原子的氧化态为-6。
已知氢原子的氧化态为+1。
因此为了使氧化态总数为零，氮的氧化态一定为+5。
注意不同化合物中氮的氧化态不同。
注意，氮的氧化态为正数，原因在于氮与电负性更强的元素氧结合在一起。
硫化氢H2S已知氢的氧化态为+1，为了使氧化态总数为零，硫的氧化态一定为-2。
硫酸根离子SO42-已知每个氧原子的氧化态为-2，四个氧原子的氧化态为-8。
因此，为了使氧化态总数等于离子化合物的电荷数，硫的氧化态一定为+6。
注意不同化合物中硫的氧化态不同。
黑色氧化铜 CuO已知氧的氧化态为-2，因此为了使氧化态总数为零，铜的氧化态一定为+2。
红色氧化亚铜Cu2O已知氧的氧化态为-2，因此为了使氧化态总数为零，每个铜原子的氧化态一定为+1。
我们必须采用罗马数字的氧化态数区别含不同氧化态金属元素的相似化合物。
因此，黑色氧化铜是氧化铜（II），红色氧化亚铜是氧化亚铜（I）。
这些化合物如图1所示。
图1 铜的两种氧化物问题小结 Summary questions1、计算出如下化合物中每种元素的氧化态。
A PbCl2B CCl4C NaNO32、在下述反应中：反应前后的氧的氧化态分别为多少？3、在下述反应中：反应前后的氧的氧化态分别为多少？4、在下述反应中：反应前后的铁的氧化态分别为多少？5、请说出如下元素的氧化态：A PO43-中的磷PB NO3-中的氮NC NH4+中的氮N第三节氧化还原反应方程式 Redox equations学习目标 Learning objectives:∙如何利用半反应方程式配平方程？∙如何根据氧化还原反应方程式推断半反应方程式？大纲参考：3.2.4我们从章节10.1中已经了解到可以根据元素的电子转移，计算出氧化还原反应中被氧化和还原的元素的氧化态。
记住“氧化反应是失去电子的反应（oxidation is loss of electrons OIL），而还原反应是得到电子的反应（reduction is gain of electrons RIG）”。
我们还可以利用氧化态理解氧化还原反应。
当某种元素被还原时，该元素会得到电子，其氧化态会下降。
在下述反应中，铁被还原，因为铁元素在反应前后氧化态从+3下降到+2，而碘被氧化：即使在复杂的化学反应中，当我们将元素的氧化态代入方程式后，我们也可以看到哪些元素被氧化，哪些元素被还原：碘酸根离子IO3-中的碘被还原（碘的氧化态从+5下降到0），亚硫酸氢根离子HSO3-中的硫被氧化（硫的氧化态从+4上升到+6）。
所有其他原子的氧化态没有发生改变。
配平氧化还原反应Balancing redox reactions我们可以利用氧化态的概念配平氧化还原反应的方程式。
为了配平反应方程式：∙方程式两边各种元素原子的数量必须相同；∙方程式两边的总电荷数量必须相同。
例1：每个铝原子失去三个电子被氧化。
反应中，得到电子的数量必须等于失去电子的数量。
这意味着铝原子与铁原子数量相同。
（氧离子是旁观离子）。
我们得到两个铁原子，因此我们还必须有两个铝原子。
因此，配平方程式如下：图1热剂反应的演示实验例2：水溶液 Example 2: aqueous solutions:有时在水溶液中，某些物质会参与氧化还原反应，不过既不会被氧化也不会被还原。
我们必须分别配平方程式。
包括水分子、氢离子H+（酸溶液）和氢氧根离子OH-（碱溶液）。
氧化态只能帮助我们配平发生氧化或还原反应的物质。
假设我们想配平如下方程式，在这个方程式中，酸溶液中深紫色的高锰酸根离子（VII）能与亚铁离子Fe2+发生反应，产生浅桃红的锰离子Mn2+和铁离子Fe3+。
未配平的方程式为：1、书写上述各元素的氧化态。
2、说出被氧化和被还原的物质的名称。
锰从+7还原为+2，因此锰必须得到5个电子。
（注意，这个方程式并没有配平。
）铁从+2氧化到+3价，因此必须失去一个电子。
为了配平发生转移的电子的数量，上述离子方程式必须乘以5：因此，我们知道对于每个高锰酸根离子MnO4-，有5个亚铁离子Fe2+。
3、在未配平的方程式中，利用本信息配平氧化还原反应方程式：[注意，本方程式还没有配平。
]4、配平既没有氧化也没有还原的其他原子。
为了用光方程式左边的四个氧原子，我们需要在方程式右边加上4个水分子，因此在方程式左边需要加上8个氢离子。
