氧化与还原

氧化反应在我们周围经常发生。例如，切开的苹果过一段时间会变褐，削皮的土豆过一段时间也会改变颜色。这些变化是由于氧化引起的。同样，还原过程也发生在我们的日常生活中，例如光合作用，其中二氧化碳发生还原并转化为碳水化合物。

什么是氧化？

它是一个化学过程，可以通过以下四种不同的方式来理解或解释：

• 电子转移
• 氢转移
• 氧化数增加
• 就氧的转移或添加而言

所以，氧化是一个化学过程，其中以上四种过程中的任何一种都可以发生。例如：

i) 电子转移： 电子转移发生在像原子、元素或分子这样的化学物质的氧化过程中。例如，在下面的化学反应中，我们可以观察到电子的损失或电子的转移。 镁的氧化发生是因为它失去电子，而氧获得这些电子形成氧化镁。

2 Mg (s) + O₂ → 2 MgO (s)

在上述反应中，Mg 失去两个电子形成 Mg2+，氧获得 2 个电子形成 O2⁺。Mg2+ 与 O2- 结合形成 MgO 分子，其中氧和镁离子的相反电荷相互中和，形成一个中性分子。

在这种情况下，Mg 失去电子，这实际上是氧化。而氧获得电子，这实际上是还原。所以，如果一个元素获得电子，它就发生还原。

ii) 氧化数变化： 如果发生氧化，氧化态或氧化数会增加。例如，镁的氧化数从 0 增加到 +2。因为一个镁原子失去两个电子。类似地，当钠与氯反应生成氯化钠时。钠的氧化态或氧化数从 0 增加到 +1。

iii) 氧转移： 氧的转移或氧添加到物质中也表明发生了氧化。看下面的反应；

例如，2Mg + O₂ → 2MgO

起初，镁是单独的，与氧反应后，氧添加到镁中，从而发生了镁的氧化。因此，将氧添加到物质或反应物中的反应称为氧化反应。

iv) 氢转移： 被氧化的反应物会失去氢。例如，在下面的反应中，氨通过失去氢被溴氧化。

2NH₃ + 3Br₂ → N₂ + 6HBr

所以，从物质中去除氢也称为该物质的氧化。同样，在下面的反应中；

NH₃ → N₂ + H₂

氨分解前，氮与氢结合 (NH₃)。分解后，氢与氮分离形成 N2 和 H2。因此，在这种情况下，氨被氧化了，所以它是一个氧化反应。

不存在只发生氧化或还原的反应。因此，氧化和还原同时发生，并且这种同时发生的化学反应称为氧化还原反应。

例如；在下面的反应中，锌与硫酸铜反应生成硫酸锌和铜，这是一个氧化还原反应。

Zn + CuSO₄ (aq) → ZnSO₄ (aq) + Cu

起初，Zn 是单独的，但反应后，它与氧化合形成硫酸锌 (ZnSO₄)，而 Cu 离开了氧。我们可以说 Zn 增加了氧，所以它自身被氧化了。现在，CuSO4 转化为 Cu，所以硫酸铜正在发生还原。Zn 失去两个电子变成 Zn²⁺，所以它在这个反应中被氧化了。Cu2+ 通过获得两个电子转化为 Cu，所以它发生还原。因此，这是一个氧化还原反应，因为氧化和还原同时发生。

同样，下面的反应也是一个氧化还原反应，因为氧化和还原都在进行，正如下面的图所示。氧化铁正在被还原生成铁，而一氧化碳正在被氧化生成二氧化碳。

氧化示例

氧化在我们周围无处不在。氧化的常见例子如下：

1. 锈蚀

氧化会导致发生氧化的化学物质的性质发生变化。例如，铁的锈蚀，当它与氧气反应时。铁在氧化前是固态金属，但在氧化后，它变成铁锈，实际上是氧化铁。水也是铁锈所必需的，它充当电解质。

2. 水果

切开的苹果片暴露在空气中一段时间后会变褐。这是因为当苹果皮被去除时，细胞暴露在氧气中，并发生涉及氧化的化学反应，导致苹果片变色。

3. 火

当物质燃烧并产生火焰时，也涉及氧化。需要氧化剂才能引起燃烧或火焰。空气中的氧气是燃烧中最常见的氧化剂。除了这些卤素，过氧化氢也是一种良好的氧化剂。

4. 乙酸

当乙醇转化为乙酸时，发生醇的氧化。通常使用高锰酸钾与稀硫酸来氧化乙醇。在这个反应中，氧化涉及乙醇失去氢，变成乙醛。然后乙醛通过获得一个氧原子被氧化成乙酸，如下面的反应所示：

CH₃CH₂OH + O → CH₃CHO + O →CH₃COOH

5. 醇的生物氧化

酒精饮料的氧化也会发生在我们的体内。乙醇通过氧化在我们体内转化为乙酸。这个氧化过程由我们体内的酶催化。

还原

什么是还原？

还原是发生在所有氧化还原反应（如氧化）中的化学过程。与氧化一样，还原可以通过以下四种方式来理解或解释，下面将一一介绍。

i) 氧转移： 还原涉及氧的损失。失去氧的原子被认为是还原的。例如，在下面的化学反应中，氧化铜分子中的铜失去氧，从而被还原为单个铜原子。

CuO + Mg → Cu + MgO

类似地，在下面的反应中，Mg 在反应开始前或反应前与氧结合。反应后，Mg 与氧分离，因此 MgO 被还原。

MgO → Mg + O₂

同样，氧化铜通过失去氧被还原为铜，当它与氢气反应时。氢气被氧化生成水，如下所示；

CuO + H₂ → Cu + H₂O

ii) 电子转移： 还原涉及电子的获得。获得电子的原子或元素被认为是还原的。例如；

在下面的反应中，氧原子获得电子并形成氧离子 (O^-2)。因此，氧的还原发生，因为它从镁原子那里获得了电子。

2Mg (s) + O₂ (g) → 2MgO (s)

非金属离子的形成也涉及电解过程中的还原（电子的获得），例如；

Cl₂ +2e^- →2Cl-

类似地，正金属离子通过获得电子被还原为金属，例如；

Cu²⁺ + 2e^- →Cu

iii) 氢转移： 氢的转移也表明发生了还原。获得氢的化学物质被认为是还原的。例如，见下面的反应；

Mg + H₂ → MgH₂

Mg 最初是单独的，与氢气反应后，氢被添加到其中，因此镁被还原了。所以，将氢添加到物质中的反应称为还原反应。

类似地，醛和酮通过添加氢气被还原为伯醇和仲醇，如下所示；

CH₃CHO + 2H → CH₃CH₂OH

iv) 氧化数： 还原也涉及原子氧化态或氧化数的减少。我们可以说，化学物质的氧化数通过获得电子而降低。例如，在下面的反应中，氢的氧化数从 +1 降低到 0，因为 +1 > 0。

Zn (s) + 2H⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + H₂ (g)

类似地，在下面的反应中，铜 (Cu) 的氧化数从 +2 降低到 0。

CuO + Mg → Cu + MgO

Cu²⁺ + Mg → Cu + Mg²⁺

还原的常见例子

金属矿石： 氧化物金属矿石通过还原得到相应的金属。铁就是通过这种方法从铁矿石中提取的，其中一氧化碳被用作还原剂。看看下面的过程；

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

氧化和还原的区别