氧化剂与还原剂

在每一个氧化还原反应中，始终存在两类密切配合、不可或缺的“角色”——一个负责“抢夺”电子，另一个则“慷慨”地提供电子。这两者通常总是成对出现，缺一不可。化学家把能够“抢夺”电子、使其他物质失去电子的物质称为氧化剂，而能够“提供”电子、使其他物质得到电子的物质称为还原剂。

认清和区分氧化剂与还原剂，是分析和书写氧化还原反应的核心能力之一。只有明确了谁是电子的“接收者”，谁是“给予者”，我们才能准确判断反应过程，正确配平化学方程式，推断产物类型，从而深刻理解这一类反应的本质。例如在金属和非金属的反应、金属与某些酸的反应、电池放电和充电过程中，均能见到氧化剂和还原剂的“身影”。此外，部分物质在不同反应条件下还能兼具两种角色（即既可以作为氧化剂，又可以作为还原剂），这也是理解高阶氧化还原过程的基础。

因此，掌握了如何识别这些角色，就等于抓住了氧化还原反应分析和应用的“钥匙”，为后续学习打下坚实基础。

从一个实验说起

把一枚打磨光亮的铁片放入蓝色的硫酸铜溶液中，静置几分钟后，铁片表面出现红色的固体，溶液蓝色逐渐变浅。这个变化的本质是铁原子把自己的电子“交给”了铜离子：

$\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$

铁失去了电子，被氧化；铜离子得到了电子，被还原。这两个过程同时发生，缺一不可。这就是氧化剂与还原剂最直观的体现。

氧化剂

在氧化还原反应中，得到电子（化合价降低）的物质，称为氧化剂。氧化剂得到电子后，自身发生还原反应，生成还原产物。

上面铁与硫酸铜的反应中，$\text{CuSO}_4$（准确说是其中的 $\text{Cu}^{2+}$）是氧化剂，它得到铁提供的电子，从 $\text{Cu}^{2+}$ 变成 $\text{Cu}$，化合价从 降低到 。

再看一个常见例子——氢气还原氧化铜：

$\text{CuO} + \text{H}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$

$\text{CuO}$ 中铜的化合价从 $+2$ 降低到 $0$，$\text{CuO}$ 得到电子，是这个反应中的氧化剂，生成的 $\text{Cu}$ 是还原产物。

下表列出了化学中常见的氧化剂：

例题1： 在反应 $\text{MnO}_2 + 4\text{HCl}(\text{浓}) \xrightarrow{\Delta} \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$ 中，指出氧化剂。

逐一整理各元素反应前后的化合价变化：

Mn 化合价降低，$\text{MnO}_2$ 得到电子，是该反应的氧化剂；Cl 化合价升高，$\text{HCl}$（其中参与氧化的部分）是还原剂。

解析： 注意本反应中并非所有的 HCl 都作还原剂。4 mol HCl 中，2 mol 的 Cl 化合价从 $-1$ 升高到 $0$（生成 $\text{Cl}_2$，参与氧化还原），另外 2 mol 的 Cl 化合价保持 $-1$ 不变（生成 $\text{MnCl}_2$，只是提供 ）。判断时要以化合价是否真正改变为标准。

还原剂

在氧化还原反应中，失去电子（化合价升高）的物质，称为还原剂。还原剂失去电子后，自身发生氧化反应，生成氧化产物。

铁与硫酸铜反应中，$\text{Fe}$ 是还原剂，它失去 2 个电子，化合价从 $0$ 升高到 $+2$，生成 $\text{Fe}^{2+}$（即 $\text{FeSO}_4$ 中的铁）， 是氧化产物。

另一个典型例子——工业炼铁：

$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \xrightarrow{\text{高温}} 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$

CO 中碳的化合价从 $+2$ 升高到 $+4$（$\text{CO}_2$ 中），CO 失去电子，是这个反应的还原剂，生成的 $\text{CO}_2$ 是氧化产物。

常见还原剂汇总如下：

例题2： 在反应 $3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{高温}} \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2$ 中，指出还原剂及其化合价变化。

整理各元素反应前后的化合价：

Fe 化合价升高，失去电子，Fe 是该反应的还原剂，生成的 $\text{Fe}_3\text{O}_4$ 是氧化产物；$\text{H}_2\text{O}$ 是氧化剂，生成的 $\text{H}_2$ 是还原产物。

解析： $\text{Fe}_3\text{O}_4$ 中含有 $\text{Fe}^{2+}$ 和 $\text{Fe}^{3+}$，平均化合价为 ，是一个混合价态的氧化物。判断 Fe 的化合价确实升高（），因此 Fe 作还原剂的结论不变。

四个核心概念的对应关系

分析氧化还原反应时，会用到四个密切相关的概念：氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。这四个概念之间有固定的对应关系。

如何在反应中找到氧化剂和还原剂

判断一个反应中氧化剂和还原剂的步骤如下：

第一步，标出反应方程式中各元素在反应前后的化合价。

第二步，找到化合价升高的元素，该元素所在的反应物就是还原剂。

第三步，找到化合价降低的元素，该元素所在的反应物就是氧化剂。

例题3： 分析以下反应中的氧化剂与还原剂。

$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl}$

$\text{Cl}_2$ 是氧化剂，Na 是还原剂；生成的 $\text{NaCl}$ 中，Na 部分对应氧化产物，Cl 部分对应还原产物。

解析： 这是没有氧气参与的典型氧化还原反应。Na 把 1 个电子直接交给 Cl，发生了完整的电子转移，每 2 个 Na 原子转移 2 个电子给 $\text{Cl}_2$ 中的 2 个 Cl 原子，电子守恒。

例题4： 分析以下反应中的氧化剂与还原剂，并指出氧化产物和还原产物。

$\text{Cu} + 2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{浓}) \xrightarrow{\Delta} \text{CuSO}_4 + \text{SO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$

解析： 稀硫酸与铜不反应，但浓硫酸可以与铜反应，原因正是浓硫酸中 S 处于 $+6$ 价高位，具有强氧化性，能得到电子变为 $+4$ 价的 $\text{SO}_2$。这是浓硫酸与稀硫酸在氧化性上最典型的区别。

同一物质中的氧化剂与还原剂

有些反应中，氧化剂和还原剂是同一种物质，这类反应称为歧化反应。

氯气溶于水的反应是一个典型例子：

$\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCl} + \text{HClO}$

$\text{Cl}_2$ 中一半的 Cl 化合价降低，另一半升高，同一物质既是氧化剂又是还原剂。这种现象在含有中间价态元素的物质（如 $\text{Cl}_2$、$\text{H}_2\text{O}_2$、 等）中较为常见。

例题5： 过氧化氢分解反应如下，判断是否为歧化反应。

$2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow$

整理 $\text{H}_2\text{O}_2$ 中 O 元素在反应前后的化合价去向：

同一物质（$\text{H}_2\text{O}_2$）中的同一元素（O），一部分化合价降低，另一部分升高，属于歧化反应，$\text{H}_2\text{O}_2$ 既是氧化剂又是还原剂。

解析： $\text{MnO}_2$ 在此反应中是催化剂，加快了反应速率，但自身化合价未发生变化，不是氧化剂也不是还原剂。歧化反应中电子守恒仍然成立：O 化合价降低 $1$ 的个数等于升高 $1$ 的个数。

氧化性与还原性的强弱

不同的氧化剂“抢夺”电子的能力不同，不同的还原剂“提供”电子的能力也不同。这种能力的强弱，称为氧化性和还原性。

氧化性越强的物质，越容易得到电子；还原性越强的物质，越容易失去电子。

判断强弱的方法之一是根据反应能否发生。强氧化剂能把弱氧化剂对应的还原产物“抢走”，形成一个置换关系。以下是经常用到的一组结论：

$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$

$\text{Br}_2 + 2\text{KI} \rightarrow 2\text{KBr} + \text{I}_2$

氯气能把溴置换出来，溴又能把碘置换出来，说明氧化性：$\text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2$。

氧化性和还原性强弱还与金属活动性密切相关。金属越活泼，越容易失去电子，还原性越强；对应生成的金属阳离子，越不容易重新得到电子，氧化性越弱。

例题6： 已知下列两个反应能发生：

$\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$

$\text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag}$

根据上述信息，比较 Fe、Cu、Ag 的还原性强弱，以及 $\text{Fe}^{2+}$、$\text{Cu}^{2+}$、$\text{Ag}^+$ 的氧化性强弱。

练习题

选择题

计算题

第5题 铝与盐酸反应的方程式为：

$2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\uparrow$

（1）指出该反应中的氧化剂和还原剂，并说明 Al 化合价的变化。

（2）将 $5.4\text{ g}$ 铝（相对原子质量为 27）与足量盐酸充分反应，计算生成 $\text{H}_2$ 的物质的量，以及转移的电子的物质的量。

第6题 已知反应：

$2\text{FeCl}_3 + \text{Cu} \rightarrow 2\text{FeCl}_2 + \text{CuCl}_2$

（1）指出该反应中的氧化剂和还原剂，分别写出相关元素的化合价变化。

（2）若将 $9.6\text{ g}$ 铜（相对原子质量为 64）与足量 $\text{FeCl}_3$ 溶液反应，计算生成 $\text{FeCl}_2$ 的物质的量，并说明转移了多少物质的量的电子。

由方程式比例关系，$2\text{ mol Al}$ 生成 $3\text{ mol H}_2$，则：

$n(\text{H}_2) = \frac{3}{2} \times n(\text{Al}) = \frac{3}{2} \times 0.2\text{ mol} = 0.3\text{ mol}$

每个 Al 原子化合价从 $0$ 升高到 $+3$，失去 3 个电子，因此转移电子的物质的量为：

$n(\text{转移电子}) = 3 \times n(\text{Al}) = 3 \times 0.2\text{ mol} = 0.6\text{ mol}$

答： 生成 $\text{H}_2$ 为 $0.3\text{ mol}$，转移电子为 $0.6\text{ mol}$。

（2）铜的物质的量：

$n(\text{Cu}) = \frac{m}{M} = \frac{9.6\text{ g}}{64\text{ g/mol}} = 0.15\text{ mol}$

由方程式，$1\text{ mol Cu}$ 生成 $2\text{ mol FeCl}_2$，则：

$n(\text{FeCl}_2) = 2 \times n(\text{Cu}) = 2 \times 0.15\text{ mol} = 0.3\text{ mol}$

每个 Cu 原子失去 2 个电子（化合价 $0 \rightarrow +2$），转移电子的物质的量为：

$n(\text{转移电子}) = 2 \times n(\text{Cu}) = 2 \times 0.15\text{ mol} = 0.3\text{ mol}$

答： 生成 $\text{FeCl}_2$ 为 $0.3\text{ mol}$，转移电子为 $0.3\text{ mol}$。