氧化还原反应和氧化数

11．氧化还原反应和氧化数

关于氧化还原反应：对氧气和铁、镁、碳生成氧化铁、四氧化三铁、氧化镁、一氧化碳、二氧化碳的有氧参加的反应叫氧化，将碳和三氧化二铁反应生成铁和一氧化碳的反应叫还原。在电化学里，类似的例子还有铜放进硝酸银溶液里，铜溶解，析出银，并无氧参与。还原是物质获得电子的作用；氧化是物质失去电子的作用。因为电子有得者必有失者，这就是氧化还原反应。得电子者为氧化剂，自身被还原；失电子者为还原剂，自身被氧化。任一电极反应都包含着失去电子的氧化过程或得到电子的还原过程。

关于自放电的原因，实质就是阳极或者阴极存在共轭反应对。负极自放电：绒状铅氧化生成电子和硫酸铅，同时，氢离子消耗电子还原成氢气构成共轭反应。阳极自放电：（1）二氧化铅和氢离子、硫酸氢根离子反应，生成硫酸铅、水和氧气；（2）和板栅铅、银、锑等金属形成的局部短路电池。强调一点，阳极和阴极都存在自放电，单格电池容量取决于容量小的极板。

例如，修过17A·h电瓶的可能会发现这样一种现象，充电停止很长时间了，还会生成气体，甚至将密封橡皮帽崩起。其中一个原因，就是阴极的自放电，阴极铅和硫酸反应生成硫酸铅和氢气。

关于氧化数：用电子得失或偏移的方法来判断反应是否属于氧化还原反应，有时会很困难。因为有些化合物特别是复杂的化合物，它们的电子结构式不易给出，因而很难确定它在反应中是否有电子得失或偏移。为了避开这些困难，化学家们研究提出一个概念——氧化数。与电极电势类似，不仅含氧的有氧化数，不含氧的也有氧化数。氧化数可以视为分子中的个别原子吸引或放出电子的倾向。通常一个原子具有两个以上的氧化数，并非原子实际上带的电荷数。例如水分子，H为+1，O为-2，H、O并未带电荷。

一般规则：（1）元素态物质氧化数为零。例如C、H₂、O₂、S_B、P₄、Fe等氧化数为零。（2）化合物中各原子氧化数总和等于其所带的电荷数。例如:K₂Cr₂O₇、KMnO₄等于零，而SO₄²-、PO₄³-依次为-2、-3。（3）离子态物质的氧化数等于其所带的电荷数。例如：单原子离子K⁺、Ca²⁺、Al³⁺，氧化数依次为+1、+2、+3。（4）碱金属离子的氧化数为+l；碱土金属离子的氧化数为+2。

氧化数和化合价有一定联系，但又是互不相同的两个概念；在一些化合物中，两者数值往往相同，但在更多化合物中却不相同，并且氧化数可以是分数。

根据氧化数的概念，氧化数降低的过程为还原；氧化数升高的过程为氧化。氧化数升高的物质是还原剂，氧化数降低的物质是氧化剂。