氧化还原反应的概念与规律
氧化还原反应是一类重要的化学反应,其中蕴涵着“对立统一”等哲学思想。
氧化还原反应是一类工具性的知识,学习初期宁慢、勿错。
不建议记什么“升失氧降得还”的口诀,因为“氧”“还”的含义说不清楚,“氧”是指氧化反应呢还是氧化剂呢。
建议用模板,如记住氧气是氧化剂,再从电子得失家督分析其反应过程中行为,再回到要求你判断的题目。工具嘛,用熟了就明白了。
氧化还原反应中有一些重要的规律,有的比较容易理解,如“有氧化必有还原”、“氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数”等,而有的规律如果不加深入思考则较难理解。
1.如何理解“在自发的氧化还原反应中,总是氧化剂的氧化性>氧化产物的氧化性、还原剂的还原性>还原产物的还原性”?
根据氧化还原反应的有关概念可知,氧化还原反应可用如下简化模型表示:
也就是说,还原剂失去电子后变为氧化产物,而氧化剂得到电子后则变为还原产物。反过来也可以这么想,还原剂就是携带有电子的氧化产物:还原剂 = 氧化产物·电子;而还原产物则是携带有电子的氧化剂:还原产物 = 氧化剂·电子。于是上式变为:
氧化剂 + 氧化产物·电子 = 氧化剂·电子 + 氧化产物
这样一来,自发的氧化还原反应就可看作是氧化剂跟氧化产物争夺电子的过程。结果如何呢?反应向右进行了,氧化产物“乖乖地”把自己携带的电子“交给”了氧化剂。说明氧化剂的夺电子能力的确比氧化产物要强。同理可理解还原剂的还原性比还原产物强。
2.如何理解同一元素原子间发生氧化还原时的“化合价不交叉规则”?
学习中你遇到过这样的问题吧?“在反应KClO3 + 6HCl = KCl + 3H2O+ 3Cl2↑中,每得到 3 mol Cl2,转移了几摩尔电子?”答案是 5 mol而不是6 mol。即产物KCl中的氯元素不是来自KClO3 而是来自盐酸——同一元素原子间发生氧化还原时,要遵守“化合价不交叉规则”。
什么叫化合价不交叉?为什么化合价不能交叉?让我们以上述反应为例做一分析:根据氧化还原反应中电子“有得必有失”的原则可知,上述反应中,HCl中-1价的氯被氧化,而KClO3 中+5价的氯被还原。现在我们假设+5价氯是一步步被还原的,它所得的每一个电子都来自HCl,而HCl中的-1价氯失去一个电子则变为0价(Cl2中的氯原子),当+5价的氯连续得5个电子后,它本身也变为了0价(Cl2中的氯),这时该0价的氯原子还会不会继续获得1个电子变为-1价(KCl中的氯)呢?肯定是不会的,因为下列电子转移的结果与转移前是完全一样的——都是一个-1价氯原子和一个0价氯原子,没有意义。
所以上述假设并不成立,也就是说,KClO3 中+5价的氯只被还原到0价就不会再被还原。也就是说反应过程中不会有下列化合价交叉的现象发生:
需要提醒大家注意的是,氧化还原反应学习过程中,有些看似合理的“伪规律”,如“元素的化合价越高,对应化合物的氧化性越强”。下边我们对其做一剖析。
首先,不同元素之间是无法根据化合价高低判断氧化性强弱的,如+1价的Ag+ 具有非常强的氧化性,而+5价的磷元素氧化性却并不突出。
其次,同一元素也不是化合价越高氧化性越强。比如,HClO与HClO4相比,前者氯元素只是+1价而后者氯元素是+7价,但前者的氧化性极强而后者则氧化性不太强。再比如,SO2 中硫元素为+4价,它可以氧化H2S气体,而稀硫酸中硫元素为+6价,却不能氧化H2S。
我们说,化合价高只是提供了物质具备氧化性的一个条件,它是否能显示出氧化性,还要看该价态的物质在反应条件下是否稳定。就像我们知道的一样,鸡蛋很脆弱,但经过严密包装后,也可以做到从高楼上扔下而保持完好。HClO氧化性比HClO4强就是这个原因。
再如,同样是H2SO4,浓硫酸具有强氧化性而稀硫酸则氧化性很弱,主要是由于稀硫酸中硫酸分子发生了电离,硫元素主要以具有正四面体结构的SO42-(水合离子)形式存在,与硫酸分子相比,该结构相当稳定、不易被破坏。