氧化数 - 定义、规则、计算、示例

氧化还原是一种涉及改变原子氧化态的化学过程。化学物质之间的实际或正式的电子转移由氧化还原反应定义，氧化还原反应通常包括一种物质（还原剂）经历氧化（失去电子），而另一种物质（氧化剂）经历还原（获得电子）。失去电子的化学物质被称为被氧化，而获得电子的化学物质被称为被还原。换一种方式：

The loss of electrons or a rise in the oxidation state of an atom, an ion, or specific atoms in a molecule is referred to as oxidation.

The gain of electrons or a drop in the oxidation state of an atom, an ion, or specific atoms in a molecule is referred to as reduction (a reduction in the oxidation state).

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氧化数

我们可以识别化学反应中的氧化物质、还原物质以及还原剂和氧化剂。根据氧化还原反应的概念，可以通过确定哪种材料将电子转移到其他化合物来完成这种识别。另一方面，这种关于电子损失和增益的解释仅适用于具有完全电子转移的离子化合物，不包括其他反应，例如：

N ₂ +O ₂ →2NO

H ₂ +Cl ₂ →2HCl

“When all other atoms in a molecule leave as ions, the oxidation number determines the leftover charge that an atom has or seems to have.”

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术语氧化数和氧化态通常可以互换。这是因为电负性的周期性质量是基于氧化数的股票符号。通过评估其周围环境，分子中的原子可以分配负、正或零氧化数。在某些情况下，氧化值甚至可以是分数。

为元素分配氧化数的规则：

了解以下标准可用于计算化合物中元素的氧化数。

规则 1：分子中所有原子的氧化数之和为零。

例如在KMnO ₄中，K的氧化数为+1，Mn的氧化数为+7，氧的氧化数为-2。

规则 2：原子的氧化数在其最基本的形式中始终为 0。

例如，H ,O ,N ,P ,S ,Se ,Cu,Ag 在其元素形式中的氧化数分别为 H ₂ ,O ₂ ,N ₂ ,P ₄ ,S ₈ ,Se ₈ ,Cu,Ag 为零.

规则 3：碱金属（Li、Na、K、Rb、Cs）在其化合物中的氧化数为 +1。

例如，在 NaCl 中，Na 的氧化数为 +1。

规则 4：碱土金属（Be、Mg、Ca、Sr、Ba）在其化合物中的氧化数通常为 +2。

例如，MgO 中 Mg 的氧化数为 +2。

规则 5：除金属氢化物外，其化合物中 H 的氧化数始终为 +1。

例如，在 HCl 中，H 的氧化数为 +1，而在 NaH（氢化钠）中，H 的氧化数为 -1。

规则 6：所有化合物的氟氧化数均为 1。

例如，在 NaF 中，F 的氧化数为 -1。

规则 7：除过氧化物、超氧化物、氟氧化物和臭氧化物外，氧在其大多数氧化物中的氧化数为 -2。

例如在Na ₂ O中，O的氧化数为-2。

Exceptional Cases:

Peroxides: The oxidation number of oxygen in peroxides is 1. Examples, H₂O₂ , Na₂O₂.

The oxidation number of oxygen in fluorine compounds is +2. Examples F₂O or OF₂, etc.

Super oxides: The oxidation number of oxygen in super oxides is –1/2.
Ozonide’s: Each oxygen atom in an ozonide has an oxidation number of –1/3.

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规则 8：离子化合物的电荷等于所有原子氧化态的总和。

例如，在 SO ₂ ^–4中，硫的氧化值为 +6。氧的氧化数为-2。

规则9：除氧和氟外，任何元素的最大氧化数等于其族数。

例如，由于存在过氧化物键，H ₂ S ₂ O ₈ 、K ₂ S ₂ O ₈ 、S ₂ O ^–2 ₈和H ₂ SO ₅中硫的氧化数为+6。

规则 10：在某些化合物中，并非同一元素的所有原子都具有相同的氧化数。当我们计算此类组件中该元素的氧化数时，我们得到了平均结果。

例如，Na ₂ S ₂ O ₃中的一个硫原子的氧化数为+6，而其他硫原子的氧化数为-2。结果，Na ₂ S ₂ O ₃中的平均硫氧化态数为+2。

规则 11：有机分子中的碳可以具有介于 -4 和 +4 之间的任何氧化数。

例如，在 HCHO 中，碳的氧化数为零。

规则 12：元素的共同氧化数等于其从 IA 到 IV A 的族数。公式（族数 -8）给出了从 VA 到 VIII-A 的任何元素的共同氧化数。

例如

IA族元素的氧化数=+1。
II A族元素的氧化数=+2。
III A族元素的氧化数=+3。
IV A族元素的氧化数=+4。
VA族元素的氧化数=–3。
VI A 族元素的氧化数=–2。
VII A 族元素的氧化数=–1。
ⅧA族元素的氧化数=0。

规则 13： C、N、P 和 S 在所有碳化物、氮化物、磷化物和硫化物中的氧化数分别为 4、–3、–3 和 –2。

例如，在Mg ₃ N ₂中，氮的氧化数为-3。

规则 14：在所有金属羰基化合物中，金属的氧化数为零。

例如在Ni(CO) ₄中，Ni的氧化数为零。

氧化数的计算

H ₂ SO ₄中硫的氧化数

设 H2SO4 中硫的氧化数等于 X

氢的氧化数=+1

氧的氧化数=–2

2(+1)+(X)+4×(–2)=0

2+X–8=0

X = 8–2=+6。

H ₂ SO ₄中硫的氧化值为+6。

Cr ₂ O ^2– ₇离子中铬的氧化数。

氧的氧化数=–2

铬的氧化数=X

2X+7(–2)=–2

2X–14=–2

2X=–2+14=12

因此X=+6。

Cr ₂ O ^2– ₇中铬的氧化数为+6。

亚硝酸铵中氮的氧化数

亚硝酸铵是一种含有 NH+4 和 NO-2 离子的离子化合物。

NH ⁺ ₄离子中氮的氧化数=–3

NO中氮的氧化数^- ₂ =+3。

因此，亚硝酸铵中的一个氮原子处于-3-氧化态，而另一个氮原子处于+3氧化态。

示例问题

问题一：惰性气体的常见氧化数是多少？

回答：

Inert gases have an oxidation number of zero.

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问题2：氧化数的规则是什么？

回答：

The rules for oxidation numbers are:

The total of all the atoms in a molecule’s oxidation numbers equals zero.
An atom’s oxidation number in its most basic form is always zero.
In their compounds, the oxidation number of alkali metals (Li, Na ,K ,Rb ,Cs) is always +1.
In their compounds, the oxidation number of alkaline earth metals (Be ,Mg ,Ca ,Sr ,Ba) is always +2.
Except in metal hydrides, the oxidation number of H in its compound is always +1.
Fluorine has an oxidation number of 1 in all of its compounds.
Except for peroxide, super oxides, oxyfluoride, and ozonides, the oxidation number of oxygen in most of its oxides is -2.
Carbon in organic molecules can have any oxidation number between -4 and +4.

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问题 3：汞合金中 Hg 的氧化数是多少。

回答：

Mercury amalgam has a zero oxidation number. Each element in an alloy or amalgam has an oxidation number of zero.

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问题 4：O ₃和 MgO 中氧的氧化数是多少？

回答：

The oxidation number of O in O3=0

The oxidation number of O in MgO=–2

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问题 5：Cr2O2-7 离子中铬的氧化数是多少？

回答：