的减少是所有化学反应,其中反应物的端部向上获得电子中的一个的原子; 通过这种方式还可以看到:减少了空缺或电子“不适”感。当一个物种捐赠原子时,原子会获得电子。也就是说,它会生锈。
这种反应本身不可能发生:如果一个物种接受电子,则另一个必须放弃它们。否则,物质将一无所有,从而在从真空中获得电子后还原原子。因此,它是氧化还原(还原/氧化)半反应。
减少银树。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
课堂上可以看到的还原反应的一个示例性例子是铜的金属表面与硝酸银的水溶液AgNO 3之间的反应。
在溶液中,发现银为带正电的Ag +阳离子。它们通过与形状像圣诞树的铜表面相互作用,从铜原子中夺取电子。发生这种情况时,铜会替代硝酸盐中的银;结果,形成硝酸铜Cu(NO 3)2。
Cu 2+阳离子与NO 3一起-使溶液呈蓝色。和银色,使圣诞树变白,仿佛被雪覆盖了。
减少了多少?
在还原中,已经说过一个物种会获得电子。如何用化学方程式验证这一点?例如,在Cu和AgNO 3之间的反应方程式中,您如何知道还原何时发生?为了验证这一点,有必要确定氧化数或氧化态。
假定处于自然状态的元素的氧化态为零,因为假定它们既没有丢失也没有获得电子。因此,固体金属具有零氧化态。因此,银从+1(Ag +)变为0(Ag)。金属离子的电荷等于其氧化态。
另一方面,电子来自铜:从0(Cu)到+2(Cu 2+)。的硝酸根阴离子,NO 3 - ,而两种金属交换的电子保持不变; 因此,等式可以写成:
2Ag + +铜=> 2Ag + Cu 2+
注意电荷和原子都是平衡的。
这就是化学还原的组成:电子的获得使原子的氧化态不如电子的氧化态强。
氧值
氧是非常负电性和氧化性的原子,因此当原子与它们形成化合物(如氧化物)时,它们具有正氧化态。与原子相互作用的氧数越多,其氧化态就越正;还是一样,更生锈。
因此,当化合物具有较少的氧原子时,据称其氧化较少;相反,当其具有较少的氧原子时,则认为其氧化程度较低。也就是说,原子损失的电子更少。
一氧化碳和二氧化碳就是一个典型的例子。对于CO,碳的氧化态为+2;而对于CO 2,其氧化态为+4。
因此,如果在反应中将CO 2转化为CO,则据说发生还原。因为碳现在与一种氧气相互作用,而不是两种。对于相反的反应,CO转化为CO 2,我们说的是碳的氧化。
这适用于所有原子,尤其是其金属氧化物中的金属;例如,CrO 2(Cr 4+)和CrO 3(Cr 6+)。
在化学方程式中,一种物质失去氧气而另一种物质吸收氧气,据说发生了氧转移。
电负原子
您始终可以通过将氧化态更改为较小的正值来确定是否存在还原。正如刚刚解释的那样,即使不进行数学运算也可以快速判断结果的方法是观察化合物中的氧原子是否减少。
对于任何其他比获得或失去电子的原子带负电的原子,也会发生同样的情况。
例如,如果CF 4以变为CH 4的方式反应,则认为发生了还原。因为氟比氢原子更具负电性。结果,碳在CH 4中的氧化程度比在CF 4中的少,这与说碳已被还原的说法相同。
例子
减少有机化学
CF 4和CH 4的例子反映了有机反应中发生的情况,其中原子的部分电荷的减少被视为电子增益。当考虑减少氧化官能团时,这非常适用。
例如,考虑组ROH,RCHO和COOH。第一个对应于醇,其中碳与氧(C-OH)结合;第二个是醛基,其中碳与氧形成双键,并且还与氢键合(C = OH);第三是羧基。
在羧基中,碳与一个O形成双键,与另一个O形成单键(HO-C = O)。
因此,如果将羧酸转化为醇,则会发生还原反应:
RCOOH => ROH
金属提取
化学还原在从矿物中提取金属的过程中极为重要。一些反应是:
HgS + O 2 => Hg + SO 2
硫化汞还原为金属汞。
Cu 2 S + O 2 => 2 Cu + SO 2
硫化铜还原为金属铜。
2ZnS + 3O 2 => 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C => Zn + CO(注意O的转移)
硫化锌首先被还原成一氧化碳,然后还原成金属形式。
Fe 2 O 3 + 3CO => 2Fe + 3CO 2
三氧化二铁还原为金属铁。
WO 3 + 3H 2 => W + 3H 2 O
三氧化钨被还原为金属钨。
作为练习,可以在还原之前确定金属的氧化数。
参考文献
- 惠特顿,戴维斯,佩克和斯坦利。(2008)。化学。(第8版)。圣智学习。
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