氧化与还原

氧化与还原是氧化还原反应的两个方面。氧化表示失去电子，还原表示得到电子。如果一种粒子失去电子，另一种粒子就必须得到电子，因此这两个过程总是同时发生。

判断一个反应是否属于氧化还原反应，最快的方法是问一个问题：哪种粒子失去了电子，哪种粒子得到了电子？如果反应中没有把电子明确写出来，就用氧化数来追踪变化。

用一句话区分氧化和还原

先记住这条规则：氧化是失去电子，还原是得到电子。

下面这两个半反应能很清楚地说明这种规律：

$$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^-$$

锌失去两个电子，所以锌被氧化。

$$\mathrm{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$$

铜离子得到两个电子，所以铜被还原。

氧化数如何帮助你判断氧化还原反应

很多氧化还原反应不会把电子写成单独的粒子。在这种情况下，氧化数是一种记账工具，能帮助你追踪哪个原子实际上在失去电子密度，哪个原子实际上在得到电子密度。

如果一个原子的氧化数升高，这个原子就被氧化。如果一个原子的氧化数降低，这个原子就被还原。

即使原子处在化合物中，这个方法同样适用。此时氧化数通常只是一个形式上的计算值，而不是原子真正带有的电荷。

例题：锌与铜离子

考虑下面这个反应

$$\mathrm{Zn} + \mathrm{Cu}^{2+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + \mathrm{Cu}$$

先看氧化数。锌在 $\mathrm{Zn}$ 中从 $0$ 变为在 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 中的 $+2$，所以锌被氧化。铜在 $\mathrm{Cu}^{2+}$ 中从 $+2$ 变为在 $\mathrm{Cu}$ 中的 $0$，所以铜被还原。

你也可以直接看电子转移：

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

把这两个半反应相加后，电子会相互抵消，这就说明整个反应确实是氧化还原反应。

这个例子也说明了两种试剂的作用：

• 锌是还原剂，因为它提供电子并使别的粒子发生还原。
• 铜离子是氧化剂，因为它接受电子并使别的粒子发生氧化。

氧化还原反应中的常见错误

把氧化理解成“加氧”

这个简化说法在一些熟悉的反应中是成立的，但它并不是完整定义。即使反应中没有出现氧，只要有电子失去，或者氧化数升高，这个过程仍然是氧化。

忘记氧化和还原一定同时发生

一种粒子不可能单独失去电子，除非另一种粒子同时得到这些电子。如果一个反应看起来只发生了氧化或只发生了还原，那说明信息还不完整。

混淆氧化剂和还原剂

氧化剂本身被还原，还原剂本身被氧化。这两个名称描述的是它们对另一种粒子所起的作用。

氧化与还原的应用场景

氧化还原的概念在电池、腐蚀、燃烧、电解和细胞代谢中都非常重要。在每一种情况下，关键问题都是一样的：电子从哪里出发，最后又到了哪里？

这就是为什么氧化还原在化学课程中经常出现。它把反应分类、氧化数、配平方法以及真实的能量转移体系联系在一起。

试着分析一个类似反应

来看这样一个反应

$$\mathrm{Mg} + \mathrm{Cl}_2 \rightarrow \mathrm{MgCl}_2$$

你可以自己试一遍：先标出氧化数，判断谁被氧化、谁被还原，然后再指出氧化剂和还原剂。