氧化反应和还原反应

你可能每天都在经历氧化还原反应，只是没意识到而已。切开的苹果变成褐色、铁会生锈、点燃天然气做饭，这些都是。 简单说，氧化还原反应就是化学反应的一种，它的核心是电子的转移。 有物质失去电子，就一定有物质得到电子，这两个过程是同时发生的，一个都不能少。

什么是氧化反应和还原反应？

最早对氧化反应的定义，就是物质和氧气结合的过程。 比如铁暴露在潮湿的空气里，会和氧气反应生成氧化铁，也就是铁锈。 这个过程里，铁就发生了氧化反应。但是，后来人们发现，很多没有氧气参与的反应，也存在类似的核心过程，那就是电子的转移。

所以，现在更准确的定义是：

氧化反应：物质失去电子的过程。

还原反应：物质得到电子的过程。

这两个反应就像硬币的两面，总是同时发生。一个物质失去电子被氧化了，那必然有另一个物质得到这些电子被还原了。 所以我们通常把它们合在一起，叫做氧化还原反应。

怎么判断一个反应是不是氧化还原反应？

一个直接的方法，就是看反应前后，有没有元素的“氧化数”发生变化。 氧化数可以理解为一个原子在化合物里“大概”带的电荷数，是个为了方便计算而设定的数值。

判断氧化数有几个基本规则：

在单质里，元素的氧化数是0。比如，铁（Fe）、氧气（O₂）里的原子氧化数都是0。

在一个化合物里，所有原子氧化数的总和是0。在离子里，就是这个离子带的电荷数。

有一些元素的氧化数比较固定，比如碱金属元素（像钠）通常是+1，碱土金属元素（像钙）通常是+2。 氧通常是-2（但在过氧化物里是-1），氢通常是+1（和金属在一起时是-1）。

如果在一个反应里，某个元素的氧化数升高了，说明它失去了电子，发生了氧化反应。 同时，肯定有另一个元素的氧化数降低了，说明它得到了电子，发生了还原反应。 只要有元素的氧化数发生变化，这个反应就是氧化还原反应。

举个例子，炼铁高炉里的一个核心反应是：Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂。

在反应物这边，Fe₂O₃里，氧的氧化数是-2，所以铁（Fe）的氧化数是+3。在CO里，氧是-2，所以碳（C）是+2。

在生成物这边，铁单质（Fe）的氧化数是0。CO₂里，氧是-2，所以碳（C）是+4。

你看，铁的氧化数从+3降到了0，降低了，说明它得到了电子，被还原了。 碳的氧化数从+2升到了+4，升高了，说明它失去了电子，被氧化了。 所以，这是一个典型的氧化还原反应。

生活中的氧化还原反应

氧化还原反应其实无处不在。

• 燃烧：我们烧饭用的天然气、冬天生的火，本质上都是剧烈的氧化还原反应。 燃料里的碳和氢被氧化，空气里的氧气被还原，同时放出大量的光和热。
• 生锈：铁制品放在外面时间长了就会生锈，这是铁被空气中的氧气慢慢氧化的过程。
• 食物变质：切开的苹果放一会儿就变黄，也是因为苹果里的酚类物质被空气中的氧气氧化了。 食品包装里有时会放一小包“抗氧化剂”，就是为了减缓食物的氧化。 维生素C、维生素E就是常见的抗氧化剂。
• 漂白和消毒：漂白剂（比如次氯酸钠）就是一种强氧化剂，它能把有色物质氧化成无色物质，达到漂白的效果。 同样的原理，它也能破坏细菌的结构，起到杀菌消毒的作用。
• 电池：我们用的各种电池，从普通干电池到手机里的锂电池，内部都在进行着氧化还原反应。简单来说，就是电池负极的物质被氧化，失去电子，电子通过外部电路流向正极，正极的物质得到电子，被还原。电子的流动就形成了电流。
• 新陈代谢：我们身体的能量来源，也离不开氧化还原反应。 我们呼吸吸入氧气，食物中的葡萄糖等营养物质在体内被一系列复杂的酶催化氧化，最终生成二氧化碳和水，同时释放出能量，供给我们的日常活动。 这个过程也叫“生物氧化”。 整个新陈代谢过程，就是无数个氧化和还原反应的集合。

氧化剂和还原剂

在氧化还原反应中，有两个关键角色：氧化剂和还原剂。

• 氧化剂：得到电子，导致其他物质被氧化的物质。它自己在反应中被还原，氧化数降低。 常见的氧化剂有氧气、臭氧、高锰酸钾等。
• 还原剂：失去电子，导致其他物质被还原的物质。它自己在反应中被氧化，氧化数升高。 常见的还原剂有氢气、一氧化碳、活泼的金属（比如钠、锌、铁）等。

用前面炼铁的例子（Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂）来说：

Fe₂O₃ 得到了电子（铁的氧化数降低），把CO给氧化了，所以Fe₂O₃是氧化剂。

CO 失去了电子（碳的氧化数升高），把Fe₂O₃给还原了，所以CO是还原剂。

有个简单的记忆方法：氧化剂，氧化别人，还原自己；还原剂，还原别人，氧化自己。

总结一下，氧化还原反应是化学里最基础也最重要的一类反应。它的本质就是电子的转移，表现为元素氧化数的升降。从我们呼吸的每一口气，到驱动现代社会的能源，背后都有它的身影。理解了它，很多生活中的现象也就有了科学的解释。