氧化是指失去电子，还原是指获得电子。一个完整的反应将有 0 个电子的净变化，这意味着方程式的一部分中失去的电子数量将等于另一部分中获得的电子数量。换句话说，将有一个被还原的部分和一个被氧化的部分。总的来说，这被称为氧化还原反应。

氧化还原半反应方程式

每个完整的反应都可以分解成它的组成部分，即氧化部分和还原部分。在半反应中，电子作为反应的一部分参与。我们将考虑镁和氧气反应生成氧化镁。由于这是一种离子化合物，它将有一个阴离子 (O^2-) 和一个阳离子 (Mg²⁺)。第一步将是形成这些离子。

Mg → Mg²⁺ + 2e^-

O₂ + 4e^- → 2O^2-

如前所述，电子得失必须平衡。在这种情况下，我们将使整个氧化反应（涉及镁的反应）加倍

2Mg → 2Mg²⁺ +4e^-

如果我们把这些半反应结合起来，我们就会得到完整的方程式

2Mg + O₂ → 2MgO

氧化和还原有几个助记符，如 OILRIG (Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain)，以及 LEO GER (Lose Electrons: Oxidation, Gain Electrons: Reduction)。

氧化数

通过使用氧化数很容易看出哪个元素被氧化，哪个元素被还原，氧化数是根据一些你必须学习的规则来分配的。

原子或单原子离子的氧化数与电荷相同

物种	氧化数
Au	0
Au⁺	+1
Au⁺³	+3
Au^-	-1

将每种化合物都视为由离子组成。将共价键视为断裂，两个电子分配给电负性更高的原子。如果两个相同的原子以共价键结合，则将键的电子分配给每个原子一个。

物种	氧化数
H₂	0
HCl	+1 (H) 和 -1 (Cl)
H₂O	+1 (H) 和 -2 (O)
O₂	0

因此

离子中所有氧化数的总和为离子的电荷。
化合物中所有氧化数的总和为 0。
未与任何物质结合的元素的氧化数为 0。
在化合物中，观察到以下规则
- 第一族元素总是形成 +1 离子，第二族元素总是形成 +2 离子。
- 氟总是 -1
- 氧总是 -2，除非在过氧化物（氧化数为 -1）或氧氟化物（氧化数为 +1）中
- 氢总是 +1，除非在氢化物中，例如氢化钠 (NaH)（氧化数为 -1）

我们可以根据上面的观察快速分配氧化态

NaHSO₄

Na 将是 +1（第一族元素只形成 +1 离子）。

H 将是 +1（它不是氢化物）。

O 将是 -2。

氧化数的总和总是为 0，(1+1+(4*-8)=-6，所以 S 必须是 +6。

氧化数降低时发生还原，氧化数升高时发生氧化。变化将是半方程式中涉及的电子数。记住，当某物质被中和或沉淀时，它不是氧化还原反应。

氧化剂是使某物质氧化（它夺取其电子，从而被还原）的物质。相反，还原剂是使某物质还原（它失去电子，从而被氧化）的物质。

原子可以具有 0 的氧化数，例如在 Ni(CO)₄ 中，由于键的配体性质。

反应性

金属的反应性与其失去外层电子的难易程度有关。这意味着反应性序列中较高的金属将在离子反应中取代序列中较低的金属。反应性序列中较高的金属也是更好的还原剂，因为它们更容易失去外层电子。如周期性所学，电负性随序列的下降而增加。以下是反应性序列，其中更好的还原剂是

反应性序列

K, Na, Li, Sr, Ca, Mg Al, C, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au, Pt

伏打电池

半电池是金属与含有自身离子的溶液接触（例如，Zn 在 Zn²⁺ 溶液中）。伏打电池是当两个半电池通过导线和盐桥连接在一起时。电子在其中一个半电池的氧化过程中释放出来，然后在另一个半电池的还原过程中使用。这种电子流是伏打电池的电流，其方向是从更活泼的金属到更不活泼的金属（从 Zn 到 Cuas）。盐桥用于允许离子转移，以消除半电池中电荷的积聚。在许多简单情况下，这可能像多孔杯一样。

电解

电力可用于迫使非自发氧化还原反应发生。这在电解池中进行。电力通过电解质。如果电极是惰性的，如石墨，而电解质是熔融化合物，那么产物将是每个化合物的氧化和还原形式。阳极（正极）是氧化发生的地方，因为负离子被吸引并失去电子。因此，电子流是从正极到负极（在我看来这似乎不合逻辑 - 负极应该被吸引？）。

如果电解质是水溶液，那么情况将更加复杂，因为电极上也可能生成氧气和氢气。金属在反应性序列中的位置越低，获得电子的能力就越强（电负性高）。因此，如果氢的位置低于金属，它将在阴极上优先于其他阳离子被还原。这意味着铜和银是唯一能在阴极上优先于氢被还原的金属离子。然而，如果一种离子的浓度高于另一种离子，则该离子将被放电。例如，在稀氯化钠溶液中，优先释放出氧气，因为它的浓度更高。

如果电极是由电解质中的一种金属离子制成的，例如存在铜电极，而电解质是 CuSO4，那么正极被氧化，而负极被还原。这意味着金属离子的浓度保持不变，因为它以相同的速率被去除和沉积。

电解精炼

阳极由不纯金属制成，阴极 = 纯金属片，

电解质是该金属的化合物。

例如，铜：阳极上的氧化会产生铜 (II) 离子，并释放出 2 个电子

在阴极上，不纯的铜 (II) 与阳极产生的 2 个电子结合生成铜金属。杂质会沉到底部，可以将其去除。

影响离子放电的因素

持续时间 - 时间越长，从一个电极传递到另一个电极的电子就越多。
电流 - 电流越大，可用的电子就越多，产物就越多
离子的电荷 - 具有 2+ 电荷的离子需要 2 摩尔的电子/摩尔的产物，因此电荷越小，产物/电子流就越多。

要找到产生了多少 = 电流 * 时间 / 96500 = 电子摩尔数。然后，你可以算出每摩尔产物需要多少摩尔的电子，因此可以找到将产生多少产物以及重量。

标准电极电势

标准电极电势 E0（在 IB 数据手册中可以找到表格）是通过使用氢电极计算出来的。氢电极是指在标准条件下，当它通过外部电路和盐桥与标准氢电极相连时产生的电动势。 (所有溶液的浓度必须为 1.0 mol/dm3，所有气体的压力必须为 100kPa，所有物质必须是纯净的，温度为 298K。)

氢电极

氢电极由 H 半电池组成，其中包含 1 个大气压的 H2 气体，温度为 298K，1.0 mol/dm3 的氢离子浓度，并使用 Pt 电极。其电势被指定为 0V。

如果另一个半电池中的金属在金属活动性顺序中高于氢，那么这些金属会失去电子到氢，电极电势为负值。如果半电池中含有低于氢的金属，那么电子将从 H 流向金属，产生正值。

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E0cell 是电池中电极电势的差值。如果电池在标准电池符号中用右侧的还原反应表示（金属/离子||离子/金属），那么 E0 将是左侧减去右侧。事实上，最简单的记忆方法是始终用较大的正值减去较小的负值。你通常应该得到一个正值，因为正的 E0 意味着负的吉布斯自由能，这意味着反应是自发的。

电子始终从更负的半电池流向更正的半电池。因此，你始终可以判断哪个半电池发生氧化反应，哪个半电池发生还原反应。

HL 内容

第 19 章是第 10 章的 HL 附加内容。