对于高中氧化还原反应的详尽讲解.

对于高中氧化还原反应的详尽讲解.
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对于高中氧化还原反应的详尽讲解.
氧化还原反应
科技名词定义
中文名称：氧化还原反应英文名称：oxidation-reduction reaction;redox定义：电子从还原剂转移到氧化剂的过程,是化学上及生物化学上最常见的化学反应之一.代谢中的氧化还原反应有：脱氢氧化、脱电子氧化或直接加氧等.氧化与还原是同时进行的.所属学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；新陈代谢（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
百科名片
氧化还原反应 (oxidation-reduction reaction, 也作redox reaction)是在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应.在反应过程中有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应.这种反应可以理解成由两个半反应构成,即氧化反应和还原反应.此类反应都遵守电荷守恒.在氧化还原反应里,氧化与还原必然以等量同时进行.两者可以比喻为阴阳之间相互依靠、转化、消长且互相对立的关系.有机化学中也存在氧化还原反应.
目录
规律
永恒规律
概念
记法
范例——氢气与氯气
范例——碳与硝酸
范例——工业炼铁
范例——复分解反应
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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离与偏向）

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规律
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

感受氧化还原反应的实质
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）.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eˉ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（具有还原性：化合价降低趋势）
还原反应：
氧化剂（反应物）→得eˉ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（具有氧化性：化合价升高趋势）
氧化还原反应的具体规律是：
1、守衡律：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
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永恒规律
当某元素为最高价次时,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[迄今为止没有发现氟气(单质氟,即F2)具有还原性].
还原剂的还原性一定大于还原产物的还原性,氧化剂的氧化性一定大于氧化产物的氧化性.
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概念
反应的本质是电子有转移(或电子偏移）,其特征为化合价的升降.化合价升高,即失电子的半反应是氧化反应；化合价降低,得电子的反应是还原反应.化合价升高的物质还原对方,自身被氧化,因此叫还原剂,其产物叫氧化产物；化合价降低的物质氧化对方,自身被还原,因此叫氧化剂,其产物叫还原产物.
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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）,真实面目被还原的是还原剂,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）,真实面目被氧化的是氧化剂,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.
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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 → 2H+ + 2e-
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:
2H+ + 2Cl- → 2HCl
编辑本段
范例——碳与硝酸
解∶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)
编辑本段
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.
编辑本段
与电化学(electrochemistry)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.
编辑本段
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
氧化还原反应的两个性质
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：2Fe+Cu=2Fe2+ + Cu2+,Fe3+—Fe2+
编辑本段
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:正确标明氧化反应前后同一元素的化合价,判断其升降.
(2)连双线: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
(3)注得失:标出"失去"或"得到"的电子总数,注明该元素"被氧化"或"被还原"
2.注意事项
(1)箭头,箭尾指向化合价变化的同种元素
(2)必须注明"得到"或"失去"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:正确标明氧化反应前后同一元素的化合价,判断其升降,进而确定得失电子的元素.
(2)连单线:连接等式左边的氧化剂与还原剂,箭头指向氧化剂
(3)注得失:标出转移的电子的总数
2.注意事项
(1)不需标明"得"或"失"
(2)箭头表示电子转移的方向
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配平方法——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→ 先配平生成物的计量数；
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.
编辑本段
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
编辑本段
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+FeS2+囗____——Cu2S+SO4+Fe+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.
氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的意义
我们所需要的各种各样的金属,都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的.如制造活泼的有色金属要用电解或置换的方法；制造黑色金属和别的有色金属都是在高温条件下用还原的方法；制备贵重金属常用湿法还原,等等.许多重要化工产品的制造,如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等,主要反应也是氧化还原反应.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,植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应.
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态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.
我们通常应用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应,否则就不可能把化学能变成电能,把电能变成化学能.
人和动物的呼吸,把葡萄糖氧化为二氧化碳和水.通过呼吸把贮藏在食物的分子内的能,转变为存在于三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键的化学能,这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需要的能量.煤炭、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大量的能.
由此可见,在许多领域里都涉及到氧化还原反应,我们引导学生学习和逐步掌握氧化还原反应对他们今后参加生产和生活都是有意义的.