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Redox Reactions : Oxidation reduction (or redox) reactions
相關課程
- 我們已經知道了什麽叫
- 氧化態和氧化數
- 以及在被氧化或被還原中的意義
- 那麽我們就來看看它是如何反應的
- 這集我們要學習的就是
- 氧化還原反應
- 就是反應中
- 某些物質會被氧化
- 也就是說
- 它們失去了電子
- 同時 某些會被還原
- 也就是說它們得到了電子
- 又或者是它搶了其他原子的電子
- 這種反應還可以這樣表示
- 因爲還原反應的縮寫是R-E-D
- 氧化反應的縮寫是ox
- 所以人們把這兩個縮寫合起來
- 把這種反應叫做氧化還原反應
- 這聽起來像是很高深的化學
- 但它只是一類反應
- 其中某些物質會被氧化
- 而當某些物質被氧化
- 另一些物質就會被還原
- 那麽我們來看幾個好了
- 那麽這裡有一個燃燒的方程式
- 這個是甲烷
- 甲烷是一種燃料
- 我們可以燃燒甲烷來驅動發動機
- 它是一種碳氫化合物
- 我們用的絕大多數燃料都是碳氫化合物
- 也就是
- 碳原子通過不同的成鍵方式
- 與不同數量的氫原子連接
- 如果給該反應足夠的熱量…
- 給反應足夠的激化能
- 和氧氣(O2)
- 燃燒反應就會發生
- 該反應會生成二氧化碳(CO2)和水(H2O)
- 而我這裡沒有講…
- 放出的熱量比你加進去的還要多
- 所以這是一個放熱反應
- 它放出的熱量比吸收的要多
- 這個問題我會在以後
- 關於吸熱和放熱反應中講
- 好啦
- 我們關心的是氧化和還原
- 那麽我們來看看什麽物質被氧化了
- 又是什麽物質被還原了
- 那麽我們來看看它們的氧化數
- 或者氧化態
- 甲烷中 1個碳原子與4個氫原子成鍵
- 誰是供體 誰是受體？
- 我們來查閱一下元素周期表
- 碳在這裡
- 氫在這裡
- 碳的電負度更大
- 碳的位置
- 鄰近電負度最大的三種元素
- 這些家夥的電負度最大了
- 我們常會忽略惰性氣體
- 因爲它們根本不會發生反應
- 它們總是安於
- 它們的8電子飽和
- 而這些元素則很願意得電子
- 它們都是小分子
- 它們的最外層電子靠近原子核
- 它們的電子排布很接近飽和
- 所以它們渴望電子
- 碳也差不多
- 元素周期表中 碳比氫
- 離右側更近
- 所以當碳原子和氫原子成鍵時
- 碳原子會是吸引電子的
- 在這種情況下 把它寫在下面吧
- 如果碳原子吸引電子
- 那麽氫原子的電子就會被搶走
- 記住 這只是一種假設
- 真實情況是 只奪走部分
- 但是如果你要挑挑揀揀
- 其實每個氫都失去了1個電子
- 所以每個氫原子的氧化數
- 都是+1
- 每個氫分別提供了1個電子
- 所以碳肯定得到了4個電子
- 因此碳的氧化數是-4
- 它得4個電子 所以化合價會下降4
- 所以碳原子是帶負電荷的
- 好啦
- 那麽氧氣中的氧的氧化數是多少？
- 這裡 氧只與它自己成鍵
- 沒有理由一個氧原子可以把
- 另一個氧原子的電子給搶過來
- 所以氧原子的氧化態爲0
- 它們平等共享電子 而不是相互搶奪
- 而那是它們本來就有的電子
- 接下來 燃燒反應發生了以後
- 氧化數變成了多少呢？
- 二氧化碳中 2個氧原子與1個碳原子成鍵
- 現在我們知道 某種程度上
- 氧化反應的命名是與氧有關的
- 因爲氧是電負度最大的元素之一
- 幾乎所有東西都會
- 奉獻電子與氧成鍵
- 我們也知道
- 氧傾向於得2個電子
- 如果它獲得1個 它會變到這樣
- 如果獲得2個 它就會變到這裡
- 它結構上就達到了
- 8價電子
- 所以氧的典型氧化數是-2
- 那麽 在這種情況下
- 每個氧原子的
- 氧化數是-2
- 而整個二氧化碳分子是中性的
- 所以全部加起來爲0
- 這裡有兩個氧原子
- 每個氧原子的氧化數是-2
- 所以加起來是-4
- 那麽碳一定是+4
- 也就意味著碳失去了4個電子
- 對吧？
- 其實它也只有4個電子可以失去了
- 它有4個價電子
- 在它的第二電子層
- 也就是價殼
- 所以碳的氧化數是+4
- 現在我們來分析一下水(H2O)
- 我們已經做過很多次了
- 當每個氫原子都給出1個電子
- 氫原子的氧化數是+1
- 每個氧原子得到2個電子
- 這裡只有1個氧原子
- 所以這是-2
- 那麽到底反應發生了什麽？
- 什麽被氧化 什麽被還原？
- 碳元素
- 它從氧化數爲-4
- 變成了氧化數爲+4
- 我先把碳的變化寫下來吧
- 碳從得到4個電子的
- 氧化數爲-4的碳
- 變成了
- 被拿走了4個電子的+4的碳
- 類似失去了4個電子
- 所以在反應進程中
- 這孩紙一定是給出了8個電子
- 因爲兩者相差了8個電子
- 所以加8個電子
- 那麽碳是發生了什麽呢？
- 碳是被氧化還是被還原？
- 它的化合價是升高的
- 也就是它沒有被還原
- 從另一種角度
- 你也可以說碳失去了電子
- 也就是說碳是被氧化了
- 被氧化
- 現在我們來看看氧本身
- 氧 方程左邊有4個
- 所以這裡我們寫4個氧原子
- 它們的氧化數都是0
- 從氧化數來看 它們是中性的
- 在方程右邊 有兩個
- 然後總共有4個氧原子
- 它們的氧化數是多少呢？
- 它們都是-2
- 所以這每個氧一定都得了電子
- 讓我重新寫這個方程式
- 我擦掉一些吧
- 爲了好一點 我把這個移開
- 後移一點
- 我來填充這裡 看起來舒服些
- 填充
- 好了
- 這裡有4個氧化態是0的氧
- 變成了氧化態爲-2的氧
- 所以每個氧都得到了2個電子
- 這有4個氧 所以我們需要8個電子
- 所以氧的變化是？
- 它的氧化數變小
- 或者說這假設的價態變小了
- 也就是它的化合價降低了
- 所以氧被還原了
- 被還原
- 是什麽還原了氧呢？
- 是碳 還原了氧
- 那麽是什麽氧化了碳呢？
- 是氧 氧化了碳
- 一如往常
- 氧傾向於氧化東西
- 什麽叫做氧化劑呢？
- 氧化劑就是氧化別人的東西
- 所以這裡 氧氣就是氧化劑
- 那什麽叫做還原劑呢？
- 還原劑就是還原別人的東西
- 這裡 碳就是還原劑
- 那麽你看看這氧化還原反應中
- 碳被氧化
- 它失去了8個電子
- 從這個變成了這個
- 相應地 氧發生了還原反應
- 它的化合價總共降低了8
- 每個氧都降了2
- 所以氧的氧化數減小
- 我們再來看幾個例子吧
- 我寫的這兩個
- 都只是類似附注
- 這個叫做半反應
- 因爲這個只表示了碳的反應
- 而這個就只表示了氧的反應
- 我確實忽略了某些東西
- 我忽略氫的變化
- 我建議你們像我這樣子
- 不把氫寫在式子中 不過你會看到
- 氫既沒有被氧化也沒有被還原
- 在方程式的兩邊
- 所有氫的氧化態始終是+1
- 我們再做一個
- 這裡是另一個燃燒的反應
- 這就是興登堡事故\N【譯者注：指1937年德國飛艇“興登堡”號訪問美國時，\N在紐澤西上空因氫燃料爆炸而機毀人亡的事件】
- 他們往氣球裏充滿氫氣
- 因爲他們想要讓氣球漂浮起來
- 因爲氫氣是一種非常輕的氣體
- 不幸的是
- 在有氧氣的情況下出現了一點火星
- 然後它就爆炸了
- 實際上
- 氫氣也是一種火箭的燃料
- 如果裝有液態氫氣的話…
- 說實話 我並不認爲火箭裏的是液態氫
- 好吧 我並不是十分了解火箭科學
- 將來我會做一集關於這個的
- 而現在我們討論的是氧化態
- 這裡的氫原子的氧化態是多少？
- 氫處於遊離態
- 氧化態是0
- 兩個氫原子之間成鍵
- 不可能它們之間
- 相互搶奪電子
- 兩個氧原子之間成鍵
- 和氧氣同理 氧化態爲0
- 當它們燃燒後生成了水
- 它們氧化數如何變化呢？
- 這種問題做好幾次了
- 氧的氧化態是-2
- 每個氫的氧化態是+1
- 我們把兩個半反應寫出來吧
- 有兩個氫原子滿足於
- 於電中性的狀態
- 然後組成了氫氣H2
- 或者我們也可以用4個氫原子表示
- 它們變成了兩個氫分子
- 因爲實際上這裡有4個氫原子
- 而它的氧化態爲+1
- 所以每個氫都要失去1個電子
- 那麽這裡有多少個氫呢？
- 一共是4個
- 所以我們必須失去4個電子
- 這個就是關於氫的半反應
- 接下來
- 同理 寫出氧的半反應
- 這兒有一些氧氣
- 方程式的左側 氧氣的氧化態是中性的
- 方程式的右側 它變成了兩個氧原子
- 我這樣來表示吧 2O
- 每個氧原子的氧化態是-2
- 所以每個氧都得到了2個電子
- 每個都得到了2個電子 一共得4個
- 那麽什麽被氧化？
- 被氧化意味著
- 失去電子
- 氫氣被氧化了 被氧氣氧化了
- 什麽物質被還原了呢？
- 氧氣被氫氣還原了
- 如果把這兩個半反應相加
- 如果你把這部分作爲方程式的左邊
- 把這部分作爲方程式的右邊
- 你會發現
- 把方程式兩邊的電子約去
- 那麽就可以得到初始的式子
- 只是保證用的術語是正確的
- 什麽是氧化劑？
- 氧化劑氧化別人
- 氧氣是氧化劑
- 什麽是還原劑？
- 還原劑是氫氣
- 我們再舉一個例子
- 這個是鐵(Fe)跟氫氯酸(HCl)的反應
- 氫氯酸(HCl)是溶液狀態的
- 反應生成了氯化亞鐵（FeCl2)和氫氣（H2）
- 我們來分析一下氧化數的變化
- 這次我會寫得快一點
- 鐵(Fe)是單質
- 所以鐵(Fe)的氧化態爲0
- 氫原子與氯原子相連 氯是鹵素
- 鹵素有很強的吸電子的能力
- 它們傾向於吸引1個電子
- 鹵素的典型氧化態是-1
- 所以氯的氧化態是-1
- 那麽氫的氧化態就是+1
- 加一起 就得到了中性的化合物
- 好了
- 現在輪到另一邊了
- 這時氯的氧化態是多少？
- 呐 和上面一樣
- 氯喜歡得到1個電子
- 所以它的氧化態是-1
- 這裡有兩個氯(Cl)
- 而整個化合物是中性的
- 所以鐵(Fe)的氧化態一定是+2
- 氫氣呢？
- 氫氣是遊離態
- 所以氫是中性的
- 氫氣的氧化態是0
- 那麽什麽被氧化？
- 中性的鐵原子(Fe)
- 失去了2個電子
- 使它帶正電荷
- 所以這裡要加上失去的兩個電子
- 所以鐵(Fe)被氧化了
- 而氫發生了什麽呢？
- 氫從兩個+1價的氫
- 實際上
- 它們變成了兩個中性的氫
- 所以這兩個氫一定是
- 得到了2個電子
- 它的化合價降低了
- 也就是被還原了
- 氫是被什麽還原的？
- 它們是被鐵(Fe)還原的
- 而鐵是被什麽氧化的？
- 它是被氫氧化的
- 氯(Cl)元素呢？
- 左邊氯的氧化數是-1
- 右邊氯的氧化數還是-1
- 氯(Cl)在氧化還原反應中始終如一
- 好啦 我想你理解多重點了
- 你可以分析相似的很多反應了
- 不過這樣可以使你更加明白
- 氧化還原反應的實質
- 還有物質得失電子的情況
- 以後 這可以幫助我們
- 去更好地分析分子的結構
- 好了 我們下次課見吧
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