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氧化還原反應(yīng)是一類重要的化學(xué)反應(yīng)。它不僅在工農(nóng)業(yè)和日常生活中具有重要意義，而且在人體內(nèi)進(jìn)行的一系列化學(xué)反應(yīng)中，有許多是氧化還原反應(yīng)。本章將在氧化還原反應(yīng)的基礎(chǔ)上，著重討論如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、電極電位和電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生及其應(yīng)用等有關(guān)知識(shí)。

*節(jié)　

　　一、的概念

　　（一）元素的氧化數(shù)

　　元素的氧化素是指分子中各原子所表現(xiàn)出來(lái)的形式電荷數(shù)。確定元素氧化數(shù)的原則是：

　　1．在單質(zhì)的氧化數(shù)為零。

　　2．在簡(jiǎn)單離子中，元素的氧化數(shù)等于該離子所帶的電荷數(shù)。例如，Na+中Na的氧化數(shù)為+1，S2-中S的氧化數(shù)為-2。

　　3．氧在化合物中的氧化數(shù)為-2（過(guò)氧化物如H2O2中，氧的氧化數(shù)為-1，氫在化合物中的氧化數(shù)為+1，（金屬氫化物如CaH2中，氫的氧化數(shù)為-1）。

　　4．分子中各元素氧化數(shù)的代數(shù)和等于零。

　　在離子化合物中元素的氧化數(shù)和它的化合價(jià)是一致的；在共價(jià)化合物中元素的氧化數(shù)與它的共價(jià)有所不同。氧化數(shù)有正、負(fù)之分，而共價(jià)則無(wú)正、負(fù)。元素的化合價(jià)只能是整數(shù)，而元素的氧化數(shù)可是整數(shù)彵可是分?jǐn)?shù)。

　　例1：求Na2S4O6中S的氧化數(shù)。

　　解：設(shè)Na2S4O6中S的氧化數(shù)為x：

　　2×1+4x+6×（-2）=0

　　4x=10

　　x=+（5/2）

　　即Na2S4O6中S的氧化數(shù)為+（5/2）。

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　　在化學(xué)發(fā)展的初期，氧化是指物質(zhì)與氧化合的過(guò)程，還原是指物質(zhì)失去氧的過(guò)程。例如，汞與氧化合生成的。

　　2Hg+O2­→2HgO

　　相反地，加熱分解成汞和氧時(shí)，失去氧被還原成汞。

　　2HgO→2Hg+O2­

　　以后的概念擴(kuò)大了，認(rèn)為物質(zhì)失去氫的過(guò)程也是氧化，與氫結(jié)合的過(guò)程則是還原。這種去氫氧化（即脫氫氧化），加氫還原的概念，在有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)中應(yīng)用較為廣泛。例如，乙醇脫氫被氧化成乙醛。

丙酮加氫被還原成異丙醇。

　　然而，這些概念不能應(yīng)用到?jīng)]有氫和氧參加的反應(yīng)上，也沒(méi)有指出反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

　　現(xiàn)在認(rèn)為，反應(yīng)的特征是在反應(yīng)前后某些元素的氧化數(shù)有了改變，其實(shí)質(zhì)是物質(zhì)之間有電子的得失。因此，有些反應(yīng)雖然沒(méi)有氧或氫參加，但由于有氧化數(shù)的改變，即有電子的得失，所以也是反應(yīng)。例如，鋅與銅離子的反應(yīng)。

Zn+Cu2+→Zn2+Cu

　　反應(yīng)中，每個(gè)鋅原子失去兩個(gè)電子，變?yōu)殇\離子，氧化數(shù)由零升高到+2，鋅被氧化是還原劑；每個(gè)銅離子接受兩個(gè)電子，變?yōu)殂~，氧化數(shù)由+2降低到零，銅離子被還原是氧化劑。

Zn-2e-→Zn2+　　　?。ㄑ趸磻?yīng)）

Cu2+＋2e-→Cu　　?。ㄑ趸磻?yīng)）

　　我們把物質(zhì)失去電子（元素的氧化數(shù)升高）的過(guò)程稱為氧化；物質(zhì)得到電子（元素的氧化數(shù)降低）的過(guò)程稱為還原。在任何化學(xué)反應(yīng)中，若有得到電子的物質(zhì)，必然有失去電子的物質(zhì)，且得失電子總數(shù)相等，因而氧化與還原必定同時(shí)發(fā)生。

　　二、氧化劑與還原劑的共軛關(guān)系

　　在反應(yīng)中，還原劑被氧 化，生成與之共軛的氧化劑。

　　同理，在反應(yīng)中，氧化劑被還原，生成與之共軛的還原劑。

　　因此，氧化劑與還原劑的共軛關(guān)系可用下式表示：

　　一種還原劑要失去電子表現(xiàn)出可被氧化的性質(zhì)，只有在能得到電子可被還原的另一種氧化劑的存在下才能實(shí)現(xiàn)，即

例如，在 Zn +Cu2+＝Cu+Zn2+反應(yīng)中，還原劑1Z失去電子，氧化數(shù)升高，其產(chǎn)物為氧化化劑１Zn2+；氧化劑２Cu2+得到電子，氧化數(shù)降低，其產(chǎn)物為還原劑２Cu。這樣Zn與Zn2+，Cu2+與 Cu構(gòu)成了如下兩個(gè)共軛的電對(duì)：

　　Zn2+/Zn Cu2+/Cu

（氧化劑）（還原劑） （氧化劑）（還原劑）

　　在電對(duì)中，氧化數(shù)高的物質(zhì)為氧化型物質(zhì)，氧化數(shù)低的物質(zhì)為還原型物質(zhì)。如果還原劑越強(qiáng)（失去電子的能力越大），則其共軛的氧化劑越弱（得到電子的能力越小）；如果氧化劑越強(qiáng)，則其共軛的還原劑越弱。例如，在MnO-4/Mn2+電對(duì)中，MnO4是一個(gè)強(qiáng)氧化劑，Mn2+是一個(gè)弱還原劑。反應(yīng)是按較強(qiáng)的氧化劑和較強(qiáng)的還原劑相互作用方向進(jìn)行的。

　　三、氧化還反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系

　　在反應(yīng)中，氧化劑與還原劑之間是按一定化學(xué)計(jì)量關(guān)系相互作用的。對(duì)于任何一個(gè)反應(yīng)：

aA+bB===dD+eE

　　當(dāng)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，amol（氧化劑）恰與bmol（還原劑）*作用，也就是說(shuō)對(duì)于一個(gè)能定量進(jìn)行的反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式中氧化劑與還原劑物質(zhì)的系數(shù)比，就是反應(yīng)中氧化劑與還原劑相互作用的物質(zhì)的量之比，即

nA：nB=a：b （6-1）

　　如果已知氧化劑或還原劑物質(zhì)的量，通過(guò)上式可以計(jì)算出還原劑或氧化劑物質(zhì)的量。例如，2KMnO4+5H2O2+3H2SO4====2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2

　　從反應(yīng)式中知，2mol KMnO4與5mol H2O2*作用，若已知KMnO4物質(zhì)的量，可以求出H2O 2物質(zhì)的量。

　　又如，Cr2O2-7+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，從反應(yīng)中知，Cr2O2-7與Fe2+反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為1/6，即有

　　若已知Cr2O2-7物質(zhì)的量，可求出Fe2+物質(zhì)的量。