氧化还原反应

引入

为什么 $2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2=2\mathrm{NaCl}$ 这种反应也叫氧化还原反应？

如果只从“得氧、失氧”理解，很多没有氧元素参与的反应就解释不了。真正更稳定的判断标准，是看元素化合价是否发生变化，再进一步追到背后的电子转移。

所以氧化还原反应不是某一类“有氧气参与”的反应，而是一类以电子转移为本质的反应。

正文

定义

氧化还原反应是指反应前后有元素化合价发生变化的化学反应。本质是反应过程中发生了电子转移或电子偏移。

核心判断

判断一个反应是不是氧化还原反应，最直接的方法是看反应前后元素化合价是否改变。

判断对象	说明	例子
有元素化合价升高	发生氧化反应	$\mathrm{Zn}\to \mathrm{Zn}{}^{2+}$，锌元素化合价由 $0$ 升高到 $+2$
有元素化合价降低	发生还原反应	$\mathrm{Cu}{}^{2+}\to \mathrm{Cu}$，铜元素化合价由 $+2$ 降低到 $0$
化合价没有变化	不是氧化还原反应	$\mathrm{HCl}+\mathrm{NaOH}=\mathrm{NaCl}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

只要有元素化合价变化，就一定同时存在化合价升高和降低。因为电子不会凭空消失，也不会凭空产生。

氧化和还原

氧化和还原是一对同时发生的过程，不能单独存在。

过程	化合价变化	电子变化	对应说法
氧化反应	化合价升高	失去电子	被氧化
还原反应	化合价降低	得到电子	被还原

可以用一句话记忆：升失氧，降得还。

• 化合价升高，失去电子，发生氧化反应。
• 化合价降低，得到电子，发生还原反应。

这里的“失去电子”不一定都是完全失电子形成离子。在共价化合物中，更准确地说是电子对发生偏移。为了方便判断，中学化学通常用化合价变化来表示电子转移方向。

氧化剂和还原剂

氧化剂和还原剂描述的是反应物的作用，不是某种物质永远固定的身份。

概念	自身变化	作用	例子
氧化剂	得电子，化合价降低，被还原	使其他物质被氧化	$\mathrm{Cl}{}_2$ 在 $2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2=2\mathrm{NaCl}$ 中是氧化剂
还原剂	失电子，化合价升高，被氧化	使其他物质被还原	$\mathrm{Na}$ 在 $2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2=2\mathrm{NaCl}$ 中是还原剂

容易混淆的地方在于：氧化剂自身被还原，还原剂自身被氧化。

氧化剂和还原剂的名字，是根据它“让别人发生什么变化”命名的，不是根据它自己发生什么变化命名的。

用例子拆开看

以锌和硫酸铜反应为例：

$$\mathrm{Zn}+\mathrm{CuSO}{}_4=\mathrm{ZnSO}{}_4+\mathrm{Cu}$$

实际发生化合价变化的是 $\mathrm{Zn}$ 和 $\mathrm{Cu}{}^{2+}$：

元素	反应前	反应后	变化	结论
$\mathrm{Zn}$	$0$	$+2$	化合价升高	失电子，被氧化，是还原剂
$\mathrm{Cu}$	$+2$	$0$	化合价降低	得电子，被还原，是氧化剂

可以写成电子转移过程：

$$\mathrm{Zn}\to \mathrm{Zn}{}^{2+}+2\mathrm{e}{}^{-}$$ $$\mathrm{Cu}{}^{2+}+2\mathrm{e}{}^{-}\to \mathrm{Cu}$$

合起来就是锌把电子转移给铜离子。锌失电子，所以锌被氧化；铜离子得电子，所以铜离子被还原。

和其他反应类型的关系

氧化还原反应和化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应不是同一套分类标准。

反应类型	是否一定是氧化还原反应	说明
化合反应	不一定	有单质参加生成化合物时通常是氧化还原反应，如 $2\mathrm{H}{}_2+\mathrm{O}{}_2=2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$
分解反应	不一定	有单质生成时通常是氧化还原反应，如 $2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}{}_2=2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+\mathrm{O}{}_2\uparrow$
置换反应	一定是	单质和化合物反应生成新的单质和化合物，必然有化合价变化
复分解反应	一定不是	离子互换成分，元素化合价通常不变

所以不能只看反应形式，还要回到化合价变化。

判断步骤

遇到一个反应，可以按这个顺序处理：

1. 标出反应物和生成物中各元素的化合价。
2. 找出化合价发生变化的元素。
3. 化合价升高的一方：失电子、被氧化、作还原剂。
4. 化合价降低的一方：得电子、被还原、作氧化剂。
5. 检查得失电子数是否相等。

这套步骤的重点不是机械背概念，而是把“化合价变化”和“电子转移”对应起来。

引出

氧化还原反应继续往下，会引出几个更具体的问题：氧化性和还原性强弱如何比较？氧化还原反应方程式如何配平？原电池为什么可以把氧化还原反应转化为电流？

其中最实用的一条线索是：物质反应后如果元素变价，就说明它在反应中表现出了氧化性或还原性。