中文名：氧化还原反应

外文名：oxidation-reductionreaction

别名：氧化-还原反应

适用领域：化学反应与化学方程

应用学科：化学

实质：电子的得失或共用电子对的偏移

定义：元素的氧化数有变化的一类反应

双线桥法

单线桥法

氧化还原半反应式

为了将氧化还原反应与电子得失相联系起来，并简化研究，可以将氧化还原反应拆成两个半反应。于是所有氧化还原反应便可以表述为两个半反应的加和。例如有半反应：

将所有半反应根据统一规定来改写，便成为氧化还原半反应式，其书写有以下要求：

1、反应式的左边总是氧化型物质（元素的氧化数高的物质），右边总是还原型物质（元素的氧化数低的物质）。反应中的得失电子数在反应式左边写出，用+/e^-表示；

2、半反应式必须配平；

3、在溶液中，物质须写成在此溶剂中的主要存在形态，例如水中，强酸需要写成酸根的形式；

4、反应式中有且仅有一种元素的氧化数可以发生改变。

半反应式从左到右，是氧化剂得到电子，生成其共轭还原剂的过程，即还原反应；从右到左，是还原剂失去电子，生成其共轭氧化剂的过程，即氧化反应。半反应中的氧化型物质与还原型物质互称共轭氧化剂/还原剂，这种反应关系则被称为氧化还原共轭关系。通常可以使用氧化还原反应电对来表示一组共轭的氧化还原剂，例如MNO₄^{-/Mn2+，其左边为氧化型物质，右边为还原型物质。}

半反应式中，氧化数未发生改变的元素被称作非氧化还原组分，酸碱组分、沉淀剂、络合剂等一般都属于这一范畴。

燃烧

燃烧是物质迅速氧化，产生大量光和热的过程，其本质是一种剧烈的氧化还原反应。

酒精测试

K₂Cr₂O₇是一种橙红色具有强氧化性的化合物，当它在酸性条件下被还原成三价铬时，颜色变为绿色。据此，当交警发现汽车行驶不正常时，就可上前阻拦，并让司机对填充了吸附有K₂Cr₂O₇的硅胶颗粒的装置吹气。若发现硅胶变色达到一定程度，即可证明司机是酒后驾车。这时酒精被氧化为醋酸：

工业炼铁

这个反应中，Fe₂O₃中的铁由Fe(III)变为Fe(0)（氧化数降低，为氧化剂），而CO中的碳由C(II)变为C(IV)（氧化数升高，为还原剂）。

复分解反应

大多数无机复分解反应都不是氧化还原反应，因为这些复分解反应中的离子互相交换，不存在电子的转移，各元素的氧化数没有变化。

例如有反应：

各元素氧化数保持不变。

然而，又存在下列反应：

这是典型的复分解反应，但在反应前后，硅的氧化数上升，氢的氧化数下降，属于氧化还原反应。所以，复分解反应与氧化还原反应间并无必然联系。

配平方法依据——反应历程

得失电子守恒法

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，得失电子数守恒。

2．方法和步骤

1、标出发生变化的元素的氧化数，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→ 先配平反应物的计量数；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、列出氧化数升降的变化情况。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，将氧化数变化的数值进行叠加。

3、根据电子守恒配平氧化数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。

氧化数升降法

基本原则

质量守恒、电子守恒、氧化数升降守恒。

基本步骤

1、标变价：写出反应物和生成物的化学式，标出变价元素的氧化数。

2、列升降：列出反应前后元素氧化数的升降变化值。

3、求总数：使氧化数升高和降低的总数相等。

4、配系数：用观察的方法配平其他物质的化学计量数，配平后，把单线改成等号。

5、查守恒：检查方程式两边是否“质量守恒”、“电荷守恒”和“元素守恒”。

在配平时，是先考虑反应物，还是先考虑生成物，一般有如下规律：

1、若氧化剂/ 还原剂中某元素的氧化数全部改变，配平宜从氧化剂、还原剂开始，即先考虑反应物。（正向配平）；若氧化剂/ 还原剂中某元素氧化数只有部分改变，配平宜从氧化产物、还原产物开始，即先考虑生成物。（逆向配平）

2、自身氧化还原反应方程式，宜从生成物开始配平。（逆向配平）

3、同一反应物中有多种元素变价，可将该物质作为一个整体考虑，即求该物质的一个分子中各变价元素的氧化数升、降值的代数和。

【例】配平C + HNO₃ → NO₂ + CO₂ + H₂O：

1、写出反应物和生成物的化学式：C + HNO₃ → NO₂+ CO₂+ H₂O；

2、列出元素的氧化数的变化：

3、使氧化数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：

在一些特殊的方程式中，可以用以下三种处理方式，以配平常规方法难以配平甚至无法配平的方程式：

零价法

先令无法用常规方法确定氧化数的物质中各元素均为零价，然后计算出各元素氧化数的升降值，并使元素氧化数升降值相等，最后用观察法配平其他物质的化学计量数。

平均标价法

当同一反应物中的同种元素的原子出现两次且价态不同时，可将它们同等对待，即假定它们的氧化数相同，根据化合物中氧化数代数和为零的原则予以平均标价，若方程式出现双原子分子时，有关原子个数要扩大两倍。

整体标价法

当某一元素的原子或原子团（多见于有机反应配平）在某化合物中有数个时，可将它作为一个整体对待，根据化合物中元素氧化数代数和为零的原则予以整体标价。

离子/电子法

在水溶液中进行的氧化还原反应，可以用常用离子/电子法配平（又叫半反应法）。这种配平方法的优点是简单易行，且能判断出方程式中所缺少的一些物质。其配平原则是：反应过程中，氧化剂获得的电子总数等于还原剂失去的电子总数。现结合以下实例说明其配平步骤。

【例】在酸性介质中，KMnO₄与K₂SO₃反应生成MnSO₄和K₂SO₄，完成并配平方程式。

配平的具体步骤如下：

1、根据反应写出未配平的离子方程式：MnO₄^{-+ SO₃2-→ Mn2++ SO₄2-①}

2、写出两个半反应式，一个表示还原剂被氧化的反应，另一个表示氧化剂被还原的反应：氧化反应 SO₃^{2-→ SO₄2-式中产物的氧原子数较反应物中的多，反应又在酸性介质中进行，所以可在上式反应物中加H₂O，生成物中加H，然后进行各元素原子数及电荷数的配平，可得：SO₃2-+ H₂O → SO₄2-+ 2H++ 2e-②还原反应 MnO₄-→ Mn2+式中产物中的氧原子数减少，应加足够多的氢离子（氧原子减少数的2倍），使它结合为水，配平后得：MnO₄-+ 8H++ 5e-→ Mn2++ 4H₂O ③}

3、根据氧化剂和还原剂得失电子数相等的原则，在两个半反应式中各乘以适当的系数，即以②×5，③×2，然后相加得到一个配平的离子方程式。

4、写出完全的反应方程式：

待定系数法

1．配平原理

质量守恒定律说明，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，可以通过约分化简。

2．方法和步骤

对于氧化还原反应，先把元素氧化数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。

氧化还原性的强弱判定

物质的氧化性是指物质得电子的能力，还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力（与得失电子的数量无关）。

从方程式与元素性质的角度，氧化性与还原性的有无与强弱可用以下几点判定：

（1）从元素所处的价态考虑，可初步分析物质所具备的性质（无法分析其强弱）。最高价态——只有氧化性，如H₂SO₄、KMnO₄中的S、Mn元素；最低价态，只有还原性，如Fe、Cl^{-、S2-等；中间价态——既有氧化性又有还原性，如Fe2+、S、SO₂等。}

（2）根据氧化还原的方向判断：

氧化性：氧化剂>氧化产物；还原性：还原剂>还原产物。

（3）根据反应条件判断：

当不同的氧化剂与同一种还原剂反应时，如氧化产物中元素的价态相同，可根据反应条件的高、低进行判断，如是否需要加热，是否需要酸性条件，浓度大小等等。

需要注意的是，物质的氧化还原性通常与外界环境，其他物质的存在，自身浓度等紧密相关，通过以上比较仅能粗略看出氧化还原性大小。如欲准确定量地比较氧化还原性的大小，需要使用电极电势。

现实意义

在生物学中，植物的光合作用、呼吸作用是典型的氧化还原反应。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。

在工业生产中所需要的各种各样的金属，很多都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如生产活泼的有色金属要用电解或置换的方法；生产黑色金属和一些有色金属都是用在高温条件下还原的方法；生产贵金属常用湿法还原，等等。许多重要化工产品的合成，如氨的合成、盐酸的合成、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等，也都有氧化还原反应的参与。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，施入土壤的肥料的变化，如铵态氮转化为硝态氮等，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数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。

在能源方面，煤炭、石油、天然气等燃料的燃烧供给着人们生活和生产所必需的大量的能量。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。

由此可见，在许多领域里都涉及到氧化还原反应，认识氧化还原反应的实质与规律，对人类的生产和生活都是有意义的。

锌铜原电池