氧化加成和还原消除反应

氧化还原反应，是指在反应过程中，反应物之间有电子转移的化学反应。氧化还原反应是一种非常重要的反应，在生产生活中应用十分广泛。例如：化学电源、煤炭燃烧、火箭发射等都与氧化还原反应息息相关。

5．1．1　氧化还原反应的基本概念

不同元素的原子相互化合后，在化合物中会处于各自不同的化合状态，为了便于理解氧化还原反应，人们提出了氧化数的概念。在单质或化合物中，假设把每个化学键中的电子指定给所连接的两原子中电负性较大的一个原子，这样所得的某元素一个原子的电荷数就是该元素的氧化数。即氧化数是表征元素在化合状态时的形式电荷数。对于一些单原子离子，如Fe3＋、Mg2＋、Cl－等，电荷数即为氧化数，但是，对于一些化合物，特别是结构比较复杂的化合物，氧化数的确定会比较困难。为了解决这些困难，人们总结出一些规则来确定氧化数。现在化学界普遍接受的规则是：

①在单质中，元素的氧化数为零。

②在离子化合物中，元素的氧化数等于该元素离子所带的电荷数。

③在结构已知的共价化合物中，元素的氧化数是把电子对指定给电负性较大的原子所带的电荷数。例如，在CO2中，氧原子的氧化数为－2，碳的氧化数为＋4。在中性原子中所有元素的氧化数总和为零。

④分子或复杂离子的总电荷数等于其中各元素氧化数的代数和。

⑤对几种元素的氧化数有下列规定：a．氧在化合物中的氧化数一般为－2，在过氧化物中，如H2O2和Na2O2等，氧的氧化数为－1，在氟氧化物中，如O2F2和OF2，其氧化数为＋1和＋2。b．氢的氧化数一般为＋1，在金属氢化物中H为－1。c．碱金属的氧化数是＋1，碱土金属的氧化数为＋2，氟是电负性最大的元素，它的氧化数全部为－1。

例题5．1　计算K2Cr2O7中铬的氧化数。

解：已知O的氧化值为－2，K的氧化值为＋1，假设Cr的氧化值为x，根据中性原子中所有元素的氧化数总和为零的规定，则

1×2＋2x＋（－2）×7＝0

x＝＋6

所以，K2Cr2O7中铬的氧化数是＋6。

例题5．2　计算Fe2O3中铁的氧化数。

解：已知O的氧化值为－2，假设Fe的氧化值为x，根据中性原子中所有元素的氧化数总和为零的规定，则

2x＋（－2）×3＝0

x＝＋3

所以，Fe2O3中铁的氧化数是＋3。

在化学反应中，元素失去电子氧化数升高的过程称为氧化，得到电子氧化数降低的过程称为还原。氧化还原的过程伴随着电子的转移和氧化数的变化。氧化和还原两种反应是相互依存、同时发生的。

在氧化还原反应中，获得电子氧化数降低的物质称为氧化剂，失去电子氧化数升高的物质称为还原剂。化合物中某元素具有高氧化数，元素的氧化数可以降低，容易被还原，可作为氧化剂，氧化剂具有氧化性；如化合物中某元素具有低氧化数，则氧化数可以升高，容易被氧化，可作为还原剂，还原剂具有还原性；如化合物中某元素具有中间氧化数时，其氧化数既可升高又可降低，则某该元素既可作氧化剂又可作还原剂。

5．1．2　氧化还原反应方程式配平

氧化还原反应方程式往往比较复杂，配平的方法也很多，在此主要介绍两种：氧化数法和离子电子法。

1）氧化数法

氧化数法的配平原则：

①氧化还原反应中氧化数升高的总数等于降低的总数。

②反应前后各元素的原子个数相等。

下面以浓HNO3把Cu氧化成Cu（NO3）2，而自身被还原成NO2为例，说明氧化数法配平氧化还原反应方程式的步骤。

①写出化学反应方程式。

②计算出氧化剂中氧化数的降低值和还原剂中氧化数的升高值，根据氧化数降低值和升高值相等的原则将氧化剂和还原剂的氧化值乘以适当的系数（找最小公倍数）。

③配平所有原子的原子数，使方程两边各原子的总数相等。