离子反应

这是一个关于离子反应的思维导图，氧化还原反应是在反应前后元素的氧化数（或化合价）具有相应的升降变化的化学反应。这种反应可以理解成由两个半反应构成，即氧化反应和还原反应。

离子反应

• 氧化还原反应的概念
  • 氧化反应
    • 定义：物质失去电子（化合价升高）的反应。
      • 例如：在反应 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃中，铁（Fe）从 0 价升高到 +3 价，失去电子，发生了氧化反应
        • 还原反应
          • 定义：物质得到电子（化合价降低）的反应
            • 例如：在上述反应中，氯（Cl₂）从 0 价降低到 -1 价，得到电子，发生了还原反应
              • 氧化剂
                • 定义：在反应中失去电子（化合价升高）的物质
                  • 例如：在反应 H₂ + CuO = Cu + H₂O 中，氢气（H₂）从 0 价升高到 +1 价，是还原剂
• 氧化还原反应的特征
  • 氧化还原反应的特征是化合价的升降。在氧化还原反应中，元素的化合价会发生变化，有的升高，有的降低。通过观察化合价的变化，可以判断一个反应是否为氧化还原反应
• 氧化还原反应的实质
  • 氧化还原反应的实质是电子的转移（得失或偏移）。在氧化还原反应中，氧化剂得到电子，还原剂失去电子，电子从还原剂转移到氧化剂
    • 例如，在反应 2Na + Cl₂ = 2NaCl 中，钠原子（Na）失去一个电子变成钠离子（Na⁺），氯原子（Cl）得到一个电子变成氯离子（Cl⁻），电子从钠原子转移到氯原子
• 氧化还原反应与四大基本反应类型的关系
  • 化合反应与氧化还原反应
    • 有单质参加的化合反应一定是氧化还原反应。例如：2H₂ + O₂ = 2H₂O，反应中氢元素和氧元素的化合价发生了变化，是氧化还原反应
      • 没有单质参加的化合反应不一定是氧化还原反应。例如：CaO + H₂O = Ca(OH)₂，反应中各元素的化合价都没有变化，不是氧化还原反应
        • 分解反应与氧化还原反应
          • 有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应。例如：2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑，反应中氧元素的化合价发生了变化，是氧化还原反应
            • 没有单质生成的分解反应不一定是氧化还原反应。例如：CaCO₃ = CaO + CO₂↑，反应中各元素的化合价都没有变化，不是氧化还原反应
              •  置换反应与氧化还原反应
                • 置换反应一定是氧化还原反应。因为置换反应是一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，在这个过程中，一定有元素的化合价发生变化。例如：Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu，反应中铁元素和铜元素的化合价发生了变化，是氧化还原反应
                  • 复分解反应与氧化还原反应
                    • 复分解反应一定不是氧化还原反应。因为复分解反应是两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应，在这个过程中，各元素的化合价都没有变化。例如：HCl + NaOH = NaCl + H₂O，反应中各元素的化合价都没有变化，不是氧化还原反应
• 氧化性、还原性强弱的判断
  •  根据氧化还原反应方程式判断
    • 氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性；还原剂的还原性强于还原产物的还原性
      • 例如：2FeCl₃ + Cu = 2FeCl₂ + CuCl₂，在这个反应中，氧化剂是 FeCl₃，氧化产物是 CuCl₂，所以氧化性：FeCl₃ > CuCl₂；还原剂是 Cu，还原产物是 FeCl₂，所以还原性：Cu > FeCl₂
        • 根据金属活动性顺序判断
          • 金属越活泼，其还原性越强；对应的阳离子氧化性越弱
            • 例如：在金属活动性顺序表中，K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au，所以还原性：K > Fe > Cu；氧化性：Cu²⁺ > Fe²⁺ > K⁺
• 氧化还原反应的配平
  • 步骤
    • 标变价：标出反应前后元素化合价发生变化的元素的化合价
      • 列变化：列出化合价升高和降低的数值
        • 求总数：求化合价升高和降低的总数的最小公倍数
          • 配系数：根据最小公倍数，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数
            • 查守恒：检查方程式两边各元素的原子个数和电荷总数是否相等
              • 以反应 KMnO₄ + HCl = KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O 为例
                • 标变价：Mn 元素从 +7 价降低到 +2 价，Cl 元素从 -1 价升高到 0 价
                  • 列变化：Mn 元素化合价降低 5，Cl 元素化合价升高 1×2 = 2（因为一个 Cl₂分子中有两个 Cl 原子）
                    • 求总数：5 和 2 的最小公倍数是 10
                      • 配系数：为了使化合价升降总数相等，在 KMnO₄和 MnCl₂前面配 2，在 Cl₂前面配 5，得到 2KMnO₄ + HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + H₂O。然后根据原子守恒，确定 HCl 的系数为 16，H₂O 的系数为 8，即 2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O
• 氧化还原反应的应用
  • 氧化还原反应在电池中的应用
    • 原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两个不同的电极上进行，电子通过外电路从负极流向正极，形成电流
      • 例如，铜锌原电池中，锌（Zn）失去电子发生氧化反应，是负极；铜（Cu）得到电子发生还原反应，是正极。反应方程式为：Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu
        •  氧化还原反应在金属冶炼中的应用
          • 金属冶炼的实质是将金属从其化合物中还原出来。常用的还原方法有热还原法、电解法等
            • 例如，用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁，反应方程式为：Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂，在这个反应中，一氧化碳（CO）是还原剂，将氧化铁（Fe₂O₃）中的铁还原出来
              •  氧化还原反应在环境保护中的应用
                • 氧化还原反应可以用于处理废水、废气中的有害物质。例如，用氯气处理含有氰化物（CN⁻）的废水，反应方程式为：2CN⁻ + 8OH⁻ + 5Cl₂ = 2CO₂ + N₂ + 10Cl⁻ + 4H₂O，在这个反应中，氯气（Cl₂）将氰化物氧化为无害的物质