氧化还原反应

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常见化合价

金属元素

1. 只有一种正价价态
   • +1: $\mathrm{Li}$ 、$\mathrm{Na}$ 、$\mathrm{K}$ 、$\underset{\mathrm{铷}}{\mathrm{Rb}}$ 、$\underset{\mathrm{铯}}{\mathrm{Cs}}$ 、$\mathrm{Ag}$.
   • +2: $\underset{\mathrm{铍}}{\mathrm{Be}}$ 、$\mathrm{Mg}$ 、$\mathrm{Ca}$ 、$\mathrm{Ba}$、$\mathrm{Zn}$.
   • +3: $\mathrm{Al}$
2. 有多种正价价态
   • $\mathrm{Fe}$：$\underset{\mathrm{亚}\mathrm{铁}\mathrm{离}\mathrm{子}}{\mathrm{Fe}{\phantom{A}}^{2+}}$ 、$\underset{\mathrm{铁}\mathrm{离}\mathrm{子}}{\mathrm{Fe}{\phantom{A}}^{3+}}$ 、$\underset{\mathrm{高}\mathrm{铁}\mathrm{酸}\mathrm{根}}{\stackrel{+6}{\mathrm{Fe}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}}$(紫色，强氧化性，自然界无).
   • $\mathrm{Cu}$：$\mathrm{Cu}{\phantom{A}}^{2+}$:(溶液中稳定)
     • $\mathrm{Cu}{\phantom{A}}^{+}$:
       • 水中不稳定：$2\mathrm{Cu}{\phantom{A}}^{+}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}=\mathrm{Cu}{\phantom{A}}^{2+}+\mathrm{Cu}{\phantom{A}}_{(\mathrm{s})}$；
       • 存在于难溶物：$\mathrm{Cu}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$:砖红；$\mathrm{Cu}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$:黑；白色：$\mathrm{CuCl}$、$\mathrm{CuBr}$、$\mathrm{CuI}$、$\mathrm{CuCN}$.
   • $\mathrm{Sn}$：$\underset{\mathrm{不}\mathrm{稳}\mathrm{定}}{\mathrm{Sn}{\phantom{A}}^{2+}}\stackrel{\mathrm{转}\mathrm{变}}{\to }\mathrm{Sn}{\phantom{A}}^{4+}$.
   • $\mathrm{Pb}$：$\mathrm{Pb}{\phantom{A}}^{2+}\stackrel{\mathrm{转}\mathrm{变}}{\leftarrow }\underset{\mathrm{不}\mathrm{稳}\mathrm{定}}{\mathrm{Pb}{\phantom{A}}^{4+}}$.

非金属元素

1. 最外层电子数=7(ⅦA(17)族)
   • $\mathrm{F}$：$\mathrm{H}\stackrel{-1}{\mathrm{F}}$ 吸电子能力强==>无正价
   • $\mathrm{Cl}$：$\mathrm{ClO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$(氯酸根):$\underset{\mathrm{次}\mathrm{氯}\mathrm{酸}}{\mathrm{H}\stackrel{+1}{\mathrm{Cl}}\mathrm{O}}$、$\underset{\mathrm{亚}\mathrm{氯}\mathrm{酸}}{\mathrm{H}\stackrel{+3}{\mathrm{Cl}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2}$、$\underset{\mathrm{氯}\mathrm{酸}}{\mathrm{H}\stackrel{+5}{\mathrm{Cl}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3}$、$\underset{\mathrm{高}\mathrm{氯}\mathrm{酸}}{\mathrm{H}\stackrel{+7}{\mathrm{Cl}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4}$.
   • $\mathrm{Br}$：
   • $\mathrm{I}$：
2. 最外层电子数=6
   • $\mathrm{O}$: 无正价 :$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{-2}{\mathrm{O}}$ $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{-1}{\mathrm{O}{\phantom{A}}_2}$(由过氧根 $\mathrm{O}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{2-}$)
   • $\mathrm{S}$: $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{-2}{\mathrm{S}}$、$\stackrel{+4}{\mathrm{S}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$(亚硫酸$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3$)、$\stackrel{+6}{\mathrm{S}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$($\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4$)
3. 最外层电子数=5
   • $\mathrm{N}$: -3 -2 -1 +2 +3 +4 +5
   • $\mathrm{P}$: -3
4. 最外层电子数=4
   • $\mathrm{C}$: -4~+4
   • $\mathrm{Si}$: 常见: +4

特别价态转化

1. $\mathrm{Mn}$:
   • $\mathrm{K}\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ 氧化性强 紫
     • 强酸性环境 $\mathrm{Mn}{\phantom{A}}^{2+}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}$ 浅粉色
     • 中性 $\stackrel{+4}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}_{(\mathrm{s})}$ 黑
     • 强碱性 $\stackrel{+6}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}$ 绿
2. $\mathrm{Cr}$:
   • $\underset{\mathrm{铬}\mathrm{酸}\mathrm{根}}{\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}}$
     • $\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}\underset{\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}}{\stackrel{\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}}{\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}}}\underset{\mathrm{重}\mathrm{铬}\mathrm{酸}\mathrm{根}}{\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}2\mathrm{O}{\phantom{A}}_7{\phantom{A}}^{2-}}$(不变价转化)

$$\begin{array}{}\mathrm{CrO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}\\ \mathrm{Cr}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_7{\phantom{A}}^{2-}\end{array}\}\stackrel{\mathrm{还}\mathrm{原}\mathrm{剂}}{\to }\{\begin{array}{l}\mathrm{强}\mathrm{酸}\mathrm{性}\mathrm{Cr}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{+}{\phantom{A}}_{(\mathrm{aq})}\\ \mathrm{中}\mathrm{性}\mathrm{Cr}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}_{(\mathrm{s})}\\ \mathrm{弱}\mathrm{酸}\mathrm{性}\mathrm{Cr}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3{\phantom{A}}_{(\mathrm{s})}\end{array}$$

3. $\mathrm{H}$:
   • 得点子能力差, 共用电子对偏移 => +1价:
     • 与大多数非金属
   • 吸引1e⁻ => 形成稳定的两层结构 -1价:
     • 金属 eg: $\mathrm{NaH}$, $\mathrm{LiH}$, $\mathrm{AlH}{\phantom{A}}_3$
     • 部分非金属 eg: $\mathrm{SiH}{\phantom{A}}_4$, $\mathrm{BH}{\phantom{A}}_3$
4. $\mathrm{O}$:
   • $\underset{\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{钾}}{\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}}$
   • $\underset{\mathrm{过}\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{钾}}{\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\stackrel{-1}{\mathrm{O}}2}$
   • $\underset{\mathrm{超}\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{钾}}{\mathrm{K}\stackrel{-\frac{2}{1}}{\mathrm{O}}2}$
   • $\underset{\mathrm{臭}\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{钾}}{\mathrm{K}\stackrel{-\frac{3}{1}}{\mathrm{O}}3}$

Title

$\mathrm{P}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$ 写作 $\mathrm{P}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_{10}$, 实际上, $\mathrm{P}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$ 是最简比, $\mathrm{P}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_{10}$ 才表示了其结构.

氧化还原反应

定义：凡是有元素化合价升降的化学反应称之为氧化还原反应。

特征：反应过程中元素化合价发生变化

本质：电子的转移（电子得失或共用电子对偏移）

电子的转移

1. 电子的得失

• $2\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{Cl}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{△}}{=}2\mathrm{NaCl}$

2. 共用电子对偏移

氧化剂具有氧化性 -> 发生还原反应 (被还原) -> 得到e⁻/电子对偏向 -> 降价

还原剂具有还原性 -> 发生氧化反应 (被氧化) -> 失去e⁻/电子对偏离 -> 升价

还原产物: 还原剂发生氧化反应得到的产物 (化合价提升的产物)

氧化产物: 还原剂发生氧化反应得到的产物 (化合价降低的产物)

$$\stackrel{0}{\underset{\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{剂}}{\mathrm{Fe}}}+\stackrel{+2}{\underset{\mathrm{还}\mathrm{原}\mathrm{剂}}{\mathrm{Cu}}}\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4=\stackrel{+2}{\underset{\mathrm{还}\mathrm{原}\mathrm{产}\mathrm{物}}{\mathrm{Fe}}}\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4+\stackrel{0}{\underset{\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{产}\mathrm{物}}{\mathrm{Cu}}}$$

氧化反应类型

一般氧化还原反应

自身氧化还原反应

歧化反应: 反应后产物中的某相同元素有着多种化合价

归中反应: 反应后产物中由反应前的有着多种化合价回归为相同一价态

部分氧化还原反应

四大基本反应类型和氧化还原反应间的关系

双线桥\单线桥

配平

原则:电子守恒\质量守恒\电荷守恒

步骤

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Kesager

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