本章每个术语都遵循一个观念:电子从一种物质移到另一种物质,所以氧化与还原总是同时发生,而电解、电池、生锈与金属提取都只是同一次电子转移以不同方式布置而成。
氧化还原平衡的词汇,最好当作一个相互关联的故事来学,因为本章几乎每一个术语都回到同一个观念:电子从一种物质移到另一种物质。一旦这个观念清楚了,那长长的定义清单就不再是彼此分离的事实,而变成一条因果链,而正是把这条链的措辞准确地说出来,才能得分。
核心一对:氧化与还原。一切从氧化(失去电子)与还原(得到电子)开始。
记忆口诀 OIL RIG 帮你记住方向。这两者从不单独发生:一种物质失去的电子恰好就是另一种得到的电子,所以两者一起构成氧化还原反应。
学生最常把这一对弄混,所以稳妥的习惯是每次都跟着电子走。通过夺取电子而引起氧化的物质是氧化剂,它自身被还原;通过给出电子而引起还原的物质是还原剂,它自身被氧化。
这里的陷阱是,每种试剂自身变化的方向与它对别的物质所做的相反,这正是许多答案指错试剂的原因。
**记账工具:氧化数。**因为你不总能直接盯着电子,氧化数让你在纸上追踪它们。
氧化数升高标志氧化,下降标志还原,这一条规则即使不涉及氧也成立。Stock 命名法,例如铁(II) 与铁(III),只是把这个数字写进化合物的名称里。
一旦定好了氧化数,你就能把一次氧化还原变化拆成两个半反应式,一个表示失去电子、一个表示得到电子。把电子放在正确的一边,并在合并两个半边之前配平它们的数目,是支撑本章其余内容的技能,从电解到电池皆然。
**活性从哪里进来。**从活性顺序来看,置换反应就是氧化还原:较活泼的金属失去电子,把较不活泼的金属从它的化合物里挤出来。
活性顺序按金属原子失去电子的难易来排列金属,而与之密切相关的电化学序按离子放电的难易来排列离子。学生会混淆这两种次序,所以要记住:一个讲原子失去电子,另一个讲离子在电极上放电。
电解及其电极。电解质由直流电分解,也就是电解,它只有在离子能自由移动时才发生,无论是在熔融化合物中还是在水溶液中。
电流通过电极进出:在阳极发生氧化,在阴极发生还原,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。当有不止一种离子可以反应时,选择性放电决定是哪一种,把电化学序中的位置与浓度和电极种类一起权衡。
最后这个因素正是惰性电极(如碳,只传导电流)与活性电极(如铜,会溶解)之间的区别。这些观念应用于电镀和铜的提纯。
**电池与腐蚀。**伏打电池以相反的用途运行同一次电子转移:两种活性不同的金属之间的自发氧化还原反应产生电,较活泼的金属是负极。
电解池则相反,用电去强迫变化发生。本章接着转向生锈,即铁被氧化成水合氧化铁(III),它需要水和氧气两者。
生锈是更广义的腐蚀观念的一个例子,可以通过牺牲保护来防止,接上较活泼的金属,让它替铁被氧化,或通过镀锌,即在铁上镀锌,使锌既是屏障又是牺牲金属。
**这一切如何层层搭建。**按这个次序去读,这些术语就不是一份要死记的清单,而是从不同角度看到的同一个机制:电子离开一个地方、到达另一个地方,而整章讲的就是如何布置这个移动、如何测量它、如何加以利用。
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