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第11章 氧化还原反应与应用电化学
11.1 考点归纳
一、基本概念
1.原子价与氧化数
(1)原子价:原子价是表示元素原子能够化合或置换一价原子(H+)或一价基团(OH-)的数目。(离子化合物中离子价数即为离子的电荷数,共价化合物中某原子的价数即为该原子形成的共价单键数目。)
(2)氧化数:元素的氧化数是指某元素的一个原子的荷电数。该荷电数是假定把每一化学键的电子指定给电负性更大的原子而求得的,原子价与氧化数这两个概念是有区别的。
(3)确定氧化数的规则:
①单质中,元素的氧化值为零;
②在单原子离子中,元素的氧化值等于该离子所带的电荷数;
③在大多数化合物中,氢的氧化值为+1;只有在金属氢化物中氢的氧化值为-1;
④通常,氧在化合物中的氧化值为-2;但是在过氧化物中,氧的氧化值为-1,在氧的氟化物中,如OF2和O2F2中,氧的氧化值分别为+2和+1;
⑤在所有的氟化物中,氟的氧化值为-1;
⑥碱金属和碱土金属在化合物中的氧化值分别为+1和+2;
⑦在中性分子中,各元素氧化值的代数和为零;在多原子离子中,各元素氧化值的代数和等于离子所带电荷数。
⑧共价型化合物中,共用电子对偏向于电负性大的原子,两原子的形式电荷数即为它们的氧化数。如CO2,C氧化值为+4,O的氧化值为-2。
氧化数可为整数,也可是分数或小数。
氧化剂中某元素的原子得到电子,其氧化值降低;还原剂中某元素的原于失去电子,其氧化值升高。
氧化还原电对:在半反应式中,同一元素的两种不同氧化数物种组成了氧化还原电对。用符号表示为:氧化型/还原型。氧化型或还原型物质必须是能稳定存在的。
2.氧化还原反应类型
(1)氧化还原反应是化学反应过程中,元素的原子或离子在反应前后氧化数发生了变化的一类反应。
(2)假如氧化数的升高和降低都发生在同一个化合物中,这种氧化-还原反应被称为自氧化-还原反应。
(3)在氧化还原反应中,氧化数升高的物质称为还原剂,本身被氧化,其反应产物为氧化产物;氧化数降低的物质称为氧化剂,本身被还原,其反应产物为还原产物。
(4)某一种单质或化合物,既是氧化剂又是还原剂,这类氧化-还原反应称为歧化反应,是自氧化-还原反应的一种特殊类型。
在氧化还原电对中,氧化数高的物质叫氧化型物质,氧化数低的物质叫还原型物质。
二、氧化还原方程式的配平
1.氧化数法
(1)氧化数的定义
氧化数是指元素原子在其化合态中的形式电荷数。它可由假设把每个键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。
(2)确定原子氧化数的几条规则
①在单质中,元素原子的氧化数为零;
②H的氧化数一般为+1,只有在活泼金属的氢化物(如NaH、CaH2)中,H的氧化数为-1;
③O的氧化数一般为-2,但在氟化物(如O2F2、OF2)中,氧的氧化数分别为+1、+2,在过氧化物(如H2O2、Na2O2)中,氧的氧化数为-1;
④在中性分子中,各元素原子的氧化数的代数和为零;在复杂离子中,各元素原子氧化数的代数和等于离子的总电荷数。
(3)配平方法
①配平原则
a.元素原子氧化数升高的总数等于元素原子氧化数降低的总数;
b.反应前后各元素的原子总数相等。
②配平步骤
a.写出未配平的反应方程式;
b.找出元素原子氧化数降低值与元素原子氧化数升高值;
c.各元素原子氧化数的变化值乘以相应系数,使其符合第一条原则;
d.用观察法配平氧化数未改变的元素原子数目。
2.离子-电子法(或半电池法)
(1)配平原则
①反应过程中氧化剂所夺得的电子数必须等于还原剂失去的电子数;
②反应前后各元素的原子总数相等。
(2)配平步骤
①写出未配平的离子反应方程式;
②将反应分解为两个半反应方程式,并使两边相同元素的原子数相等;
③用加、减电子数方法使两边电荷数相等;
④根据第一条原则,用适当系数乘以两个半反应方程式,然后将两个半反应方程式相加、整理,即得配平的离子反应方程式。
(3)经验规则
表11-1 不同介质条件下配平氧原子数的经验规则
3.无机物与有机物之间发生的氧化还原反应方程式的配平
(1)半反应法
①[H]半反应法
步骤如下:
a.写出两个未配平的半反应式,每个半反应用H+(酸性介质中)或OH-(碱性介质中)配平电荷数;
b.用H2O配平氧原子数,用[H]配平氢原子数,得到两个配平的半反应;
c.根据还原剂失去的氢[H](即有效氢原子)等于氧化剂所接受的氢[H]的原则,两式相加即得配平了的总反应式。
②[O]半反应法
配平半反应,配平电荷数与上法同。氢原子个数是用H2O配平,最后用[O]配平半反应的氧原子数。
(2)氧化数法
①写出未配平的半反应;
②配平半反应,算出化合物中氧化数有变化的原子的总氧化数及其变化值;
③根据氧化剂氧化数降低总数与还原剂氧化数升高总数相等的原则,再用H+或OH-和H2O配平电荷数和氢氧原子个数。
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