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還原性
圖片來自無憂文檔

還原性( reducibility ),是指在化學反應原子、分子或離子失去電子的能力。物質含有的粒子失電子能力越強,物質本身的還原性就越強;反之越弱,而其還原性就越弱。[1]

判斷方法

化學方程式

氧化劑(氧化性)+還原劑(還原性)→還原產物+氧化產物氧化性:氧化劑>氧化產物還原性:還原劑>還原產物這條規則對於任何環境下的任何ΔG<0的反應(即在該環境下可自發進行的反應)都成立,沒有任何例外的情況。氧化劑--得電子--化合價降低--被還原--發生還原反應--還原產物還原劑--失電子--化合價升高--被氧化--發生氧化反應--氧化產物

不可根據同一個反應中的氧化劑,還原劑判斷自發進行的反應中氧化劑的氧化性可以弱於甚至是遠弱於還原劑(中學認為氧化劑氧化性一定強於還原劑,然而這種認知實際上完全錯誤,氧化劑氧化性與還原劑的氧化性無任何關係)例如:過氧化氫的氧化性遠強於氯氣,且其將氯氣氧化為高氯酸是可以自發進行的(標準電極電勢差超過0.2,氧化還原反應就可以完全進行):(標準電極電勢:H2O2—1.77—H2O,Cl2—1.36—Cl-,ClO4-—1.39—Cl2)然而二者的反應卻是前者被氧化:H2O2 + Cl2 → 2HCl + O2這是因為氧化還原反應大都存在動力學障礙

金屬活動性順序

對於金屬還原劑來說,金屬單質的還原性強弱一般與金屬活動性順序相一致,即越位於後面的金屬,越不容易失電子,還原性越弱。金屬活動性順序(常見元素):K>Ca>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Cr>Fe>Ni>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Ag>Pt>Au

金屬陽離子在25℃,pH=0的水溶液中氧化性的順序Li+<Cs+<Rb+<K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Mn2+<Zn2+<Cr3+<Fe2+<Ni2+<Sn2+<Pb2+<(H+)<Cu2+<Fe3+<Hg22+<Ag+<Hg2+<Pt2+<Au3+

注意Fe,Sn,Pb,Hg分別對應Fe2+、Sn2+、Pb2+,Hg22+不是Fe3+、Sn4+、Pb4+、Hg2+(尤其是Hg,很多中學教輔都誤以為其對應汞離子)

非金屬活動性順序(常見元素)

25℃,pH=0的水溶液中:F2>Cl2>O2>Br2>I2>S8

25℃,pH=14的水溶液中:F2>Cl2>Br2>I2>O2>S8

原子(或單質)氧化性逐漸減弱,對應陰離子還原性增強25℃,pH=0的水溶液中還原性:H2S>I->Br->H2O>Cl->HF25℃,pH=14的水溶液中還原性:S2->I->Br->OH->Cl->F-補充:非金屬氧化性順序一般教材中常忽略Fe3+,而着重Fe,因此添加它的順序:Cl2>Br2>Fe3+>I2>S8 [2]

反應條件

當不同氧化劑分別於同一還原劑反應時,如果氧化產物價態相同,可根據反應條件的難易來判斷。反應越容易,該氧化劑氧化性就強。

譬如:16HCl(濃)+2KMnO4→2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2(g)

4HCl(濃)+MnO2—(加熱)→ MnCl2+2H2O+Cl2(g)

4HCl(g)+O2—(加熱,CuCl2催化劑)→ 2H2O+2Cl2(g)

氧化性:KMnO4>MnO2>O2 但也不一定正確,因為氧化性更強的物質可能因為動力學障礙導致反應反而更困難,也有可能是反應可逆程度較大導致平衡向ΔG>0的方向移動

氧化產物的價態高低

當含有變價元素的還原劑在相似的條件下作用於不同的氧化劑時,可根據氧化產物價態的高低來判斷氧化劑氧化性強弱,如:

2Fe+3Cl2—(點燃)→ 2FeCl3

Fe+S —(加熱)→ FeS

氧化性:Cl2>S

但也不一定正確,例如:F2隻能將Os氧化到+6價,O2則能氧化到+8價

元素周期表

主族元素(從上到下)非金屬原子(或單質)氧化性逐漸減弱,對應陰離子還原性逐漸增強。金屬原子還原性逐漸增強,對應陽離子氧化性逐漸減弱

同周期的主族元素(從左到右)單質還原性逐漸減弱,氧化性逐漸增強陽離子氧化性逐漸增強,陰離子還原性逐漸減弱。

同周期的主族元素最高價氧化物的水化物(只能從左到右,不可上下或斜向比較)酸性越強,對應元素氧化性越強鹼性越強,對應元素還原性越強

原電池的電極反應兩種不同的金屬構成的原電池的兩極。負極金屬是電子流出的極,正極金屬是電子流入的極。其還原性在一般情況下:負極金屬>正極金屬(反例:鐵和銅在濃硝酸中)

物質的濃度大小具有氧化性(或還原性)的物質濃度越大,其氧化性(或還原性)越強,反之則越弱。

元素化合價價態高低一般來說,變價元素位於最高價態時只有氧化性,處於最低價態時只有還原性,處於中間價態時,既有氧化性又有還原性。一般處於最高價態時,氧化性最強,隨着化合價降低,氧化性減弱還原性增強 [1] 。但也存在反例,例如:酸性水溶液中,0到最高價,氯硫磷氧化性隨化合價下降反而而增強

舉例

1、C是還原劑 CuO是氧化劑

2、C是還原劑 SiO2是氧化劑

參考文獻