More on Oxidation States
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0:00 - 0:03我们来看看其他
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0:03 - 0:05组分原子或分子的氧化态
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0:05 - 0:12那么假设有氧化镁(MgO)
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0:12 - 0:14氧化镁MgO
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0:15 - 0:17我用不同的颜色表示氧
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0:17 - 0:19那么它们的氧化态是什么?
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0:19 - 0:20你可能已经知道了
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0:20 - 0:22但还是来看看元素周期表吧
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0:22 - 0:24因为再熟悉一下也无伤大雅
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0:24 - 0:25呐 镁(Mg)
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0:25 - 0:28镁有两个价电子
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0:28 - 0:29它是第二主族元素
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0:29 - 0:32它很乐意抛弃这两个电子
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0:32 - 0:34而氧(O) 地球人都知道
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0:34 - 0:37它是电负性最强的原子之一
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0:37 - 0:38它电负性太强了
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0:38 - 0:42以致于“氧化”都是以氧命名的
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0:42 - 0:46然后我们知道氧喜欢得到两个电子
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0:46 - 0:48所以这简直是天作之合
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0:48 - 0:49这玩意儿想丢掉两个电子
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0:49 - 0:52而这玩意儿想得到两个
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0:52 - 0:54那么接下来会怎么样?
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0:54 - 0:57镁会失去两个电子
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0:57 - 0:59它本来是中性的
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0:59 - 1:03那么假设它会带上2单位正电荷
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1:03 - 1:07然后 氧就带上2单位负电荷了
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1:07 - 1:09因为它拿走那两个电子了
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1:09 - 1:13所以在氧化镁分子里
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1:13 - 1:18镁的氧化态是+2
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1:18 - 1:23而氧的氧化态是-2
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1:23 - 1:26我们现在来做难一点的
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1:26 - 1:35假设是氢氧化镁 Mg(OH)2
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1:35 - 1:41氢氧根是(OH)2
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1:41 - 1:45这里氢氧根有两个
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1:45 - 1:49好啦 我的思路还是… 嗯
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1:49 - 1:53镁很乐意失去它的电子 两个电子
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1:53 - 1:55这样它就会带上正电
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1:55 - 1:57这种假设下它的价态是正的
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1:57 - 1:59那么我的思路是
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1:59 - 2:01嘿 镁是+2
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2:01 - 2:02我先写下来
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2:02 - 2:06记住啦 如果这是个电中性化合物
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2:06 - 2:08为了使一切和谐
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2:08 - 2:12全部价态加起来要等于0
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2:12 - 2:13那我们来看看行不行
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2:13 - 2:15呐 氧
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2:15 - 2:18我武断认为它的氧化态
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2:18 - 2:20应该是-2
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2:20 - 2:21那我写下来吧
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2:21 - 2:23是-2
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2:23 - 2:27而氢 如果它和氧成键…
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2:27 - 2:28记住 这情况下 氢会先和氧
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2:28 - 2:30成键
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2:30 - 2:32然后一起和镁成键
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2:32 - 2:35所以氢和氧成键
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2:35 - 2:38氢 如果它和镁成键
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2:38 - 2:40你可能会觉得 噢
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2:40 - 2:41可能氢会拿走那两个电子
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2:41 - 2:43然后它就变成负价的了
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2:43 - 2:46不过氢和氧成键的时候
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2:46 - 2:48它是放弃电子那个
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2:48 - 2:51它只有一个电子可以放弃
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2:51 - 2:54所以它是+1价
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2:54 - 2:56嗯… 开始你可能会说 好了
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2:56 - 2:58我把氧化态都加起来
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2:58 - 3:01+2-2就是0 还有+1
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3:01 - 3:04我就得到氧化态是+1
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3:04 - 3:05Sal 这没道理啊
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3:05 - 3:06这是个电中性化合物啊
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3:06 - 3:08你要留意的是 噢 错了
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3:08 - 3:10你可是有两个氢氧根的啊
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3:10 - 3:12那你应该先算出
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3:12 - 3:17氢氧根的总氧化态
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3:17 - 3:20那是-2+1
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3:20 - 3:23所以整个氢氧根
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3:23 - 3:26总共是-1价
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3:26 - 3:28然而你有两个 对吧?
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3:28 - 3:30你这有两个氢氧根
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3:30 - 3:35所以每个氢氧根对整个化合物的
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3:35 - 3:37氧化态的贡献是-1
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3:37 - 3:39而这有两个
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3:39 - 3:43所以这是-2 再加上镁的+2
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3:43 - 3:45全部加起来是0
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3:45 - 3:47搞定了
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3:47 - 3:49接下来 我想顺便做点别的
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3:49 - 3:51我想重新回到某些问题上
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3:51 - 3:53不过我想顺便讲讲
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3:53 - 3:54一些术语
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3:55 - 3:57因为我已经某程度上用了“氧化态”、
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3:57 - 4:01“被氧化” 或者“被还原”
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4:01 - 4:04然而 我们讲了那么多
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4:04 - 4:07水解离的问题…
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4:07 - 4:10那 2份水
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4:10 - 4:12反应处于平衡
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4:12 - 4:20生成1份的H3O+和OH-
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4:20 - 4:22很明显 这些都在溶液里
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4:22 - 4:24现在 先看水分子
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4:24 - 4:26这里水的各个氧化态是多少?
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4:26 - 4:29呐 上集我们做过这个了
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4:29 - 4:31氧的氧化态是-2
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4:31 - 4:34因为它从两个氢那里勾搭了两个电子
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4:34 - 4:37每个氢都贡献了1个电子
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4:37 - 4:39所以氢的氧化态是+1
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4:39 - 4:41那么我们来看这个分子
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4:41 - 4:42都加起来
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4:42 - 4:44因为有两个+1的氢
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4:44 - 4:45所以是+2
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4:45 - 4:48+2加上氧的-2 等于0
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4:48 - 4:50水是中性化合物
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4:50 - 4:52那这边 氧化态又是多少?
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4:52 - 4:56也就是其中一个氢离开了它的水分子
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4:56 - 5:01然后粘上了另一个水分子
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5:01 - 5:02但它没带走电子
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5:02 - 5:04所以它把电子留这里了
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5:04 - 5:09那么这个氧的氧化态还是-2
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5:09 - 5:12而这个氢还是+1
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5:12 - 5:15所以你要用-2+1
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5:15 - 5:16就得到-1
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5:16 - 5:18这次就没问题
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5:18 - 5:20因为氢氧根的确是带负电的
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5:20 - 5:23那这个的价态怎么样?
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5:23 - 5:28每个氢都是+1
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5:28 - 5:31然后这个氧是-2
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5:31 - 5:34那么如果你看整个离子的电荷
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5:34 - 5:373个氢分别是+1 那就是+3
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5:37 - 5:40只是加起来了
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5:40 - 5:41还有-2
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5:41 - 5:45所以就是+3-2 所以整个离子是
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5:45 - 5:47+1价的 而事实正是如此
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5:47 - 5:49现在 我想问你们
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5:49 - 5:53有哪个原子的氧化态变了吗?
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5:53 - 5:54这儿全部的氢…
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5:54 - 5:58或者说这两份水的
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5:58 - 6:00或者是两个水分子的
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6:00 - 6:02那我就有4个氢了
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6:02 - 6:05对吧? 而它们的氧化态都是+1
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6:05 - 6:07等式右边 有4个氢
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6:07 - 6:09全部的氧化态都是+1
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6:09 - 6:14那么它们都是+1价 这个反应里…
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6:14 - 6:16无论是哪个反应方向
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6:16 - 6:19氢都没有被氧化
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6:19 - 6:22它的氧化态没有变
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6:22 - 6:26可能氢在前面形成水的反应里
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6:26 - 6:28被氧化了
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6:28 - 6:30不过这个反应里 它没有
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6:30 - 6:32同理 氧…
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6:32 - 6:35有两个氧分子 是原子 这儿
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6:35 - 6:38每个都是-2价
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6:38 - 6:40这里有两个氧原子
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6:40 - 6:41每个都是-2价
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6:41 - 6:44对于这个反应 至少
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6:44 - 6:48从氧化态看 没有电子转手
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6:48 - 6:52所以这不是一个氧化还原反应
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6:52 - 6:54我会在下集里详细地讲
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6:54 - 6:56不过我要讲清楚
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6:56 - 6:58这儿没东西被氧化或还原
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6:58 - 7:03因为它们的氧化态保持不变
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7:03 - 7:08因为有时我会说 嘿 看
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7:08 - 7:10镁的氧化态是+2
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7:10 - 7:13而氧的氧化态是-2
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7:13 - 7:15镁被氧化了
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7:15 - 7:17它失去了两个电子
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7:17 - 7:19而氧被还原
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7:19 - 7:20它得到了两个电子
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7:20 - 7:23那么我指的是某个生成它的反应
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7:23 - 7:25但是也不总是这样的
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7:25 - 7:26你可以假设一个
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7:26 - 7:28不必发生的反应
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7:28 - 7:30但是镁的氧化态
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7:30 - 7:31一定是+2
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7:31 - 7:34而氧的氧化态
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7:34 - 7:37或者说氧化态 是-2
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7:37 - 7:39不过我相信我说镁被氧化时
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7:39 - 7:40你懂我的意思
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7:40 - 7:43其实就是 镁通过失去两个电子
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7:43 - 7:46从一个中性的镁
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7:46 - 7:47变成了一个带正电的镁
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7:47 - 7:49所以它被氧化了
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7:49 - 7:52接下来 我们来做些难题
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7:52 - 7:54过氧化氢(H2O2)
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7:54 - 7:56我已经说过几次了
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7:56 - 8:01氧是趋向于变成-2价的
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8:01 - 8:03这个是-1
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8:03 - 8:06我想你看出特点了 这些元素都是+1
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8:06 - 8:09氢是+1或-1
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8:09 - 8:11这些都是+2
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8:11 - 8:12我想你明白这规律了
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8:12 - 8:14这就是你希望得到或失去电子
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8:14 - 8:16你会说 呐
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8:16 - 8:20水的氧通常是-2价的
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8:20 - 8:21所以这应该…
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8:21 - 8:22好啦
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8:22 - 8:25氢是+1 因为它和水成键
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8:25 - 8:28而氧是-2
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8:28 - 8:31如果你这样想 马上就会碰到难题了
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8:31 - 8:33这是个中性分子…
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8:33 - 8:35嗯 两个氢就是+2
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8:35 - 8:37两个-2的氧
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8:37 - 8:38是-4
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8:38 - 8:39所以整个氧的氧化态
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8:39 - 8:42最终是-4
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8:42 - 8:43肯定不是这样的
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8:43 - 8:44因为这个不带电
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8:44 - 8:46这儿就有难题了
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8:46 - 8:47而有难题是因为…
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8:47 - 8:50如果你仔细观察过氧化氢的结构
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8:50 - 8:54氧之间是成键的
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8:54 - 8:55这就是“过氧”
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8:55 - 9:00而每个氧又和氢成键
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9:00 - 9:02所以这时
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9:02 - 9:04特别是第一年的化学课上
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9:04 - 9:07过氧根 尤其是过氧化氢
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9:07 - 9:09趋向于当个特例
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9:09 - 9:11也有别的 但这个是个特例
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9:11 - 9:15这时氧的氧化态的确不是-2
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9:15 - 9:17我们来看这个并算算
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9:17 - 9:19过氧化氢的氧的
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9:19 - 9:20氧化态是多少
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9:20 - 9:23这时 在氢氧键中
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9:23 - 9:25氧会吸电子
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9:25 - 9:28而氢会失去电子
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9:28 - 9:29那么氢是+1
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9:29 - 9:30另一边也同理
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9:30 - 9:33氧 至少在这个键上 得到+1价
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9:33 - 9:34因为它会得到一个电子
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9:34 - 9:37那氧之间的键呢?
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9:37 - 9:40嗯… 没理由一个氧会
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9:40 - 9:41吸走另一个氧的电子
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9:41 - 9:44所以这不会对它的氧化态的值
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9:44 - 9:45有任何影响
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9:45 - 9:48因此这情况下 这个氧的氧化态是-1
【译者注:板书更正,氧是-1价而不是+1价】 -
9:48 - 9:53这个氧也是-1
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9:53 - 9:59所以每个氢的氧化态是+1
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9:59 - 10:03我们说过氧离子中氧的氧化态是-1
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10:03 - 10:06所以总的值是0
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10:06 - 10:092乘+1 加上2乘-1 等于0
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10:09 - 10:11这是个特例
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10:11 - 10:13不过熟悉它很重要
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10:13 - 10:14我们再做一个
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10:14 - 10:16碳酸铁(Ⅲ)
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10:16 - 10:18现在第一次…
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10:18 - 10:20我记得我们第一次遇到碳酸铁(Ⅲ)
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10:20 - 10:21你可能会想 呃
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10:21 - 10:23为什么这叫碳酸铁(Ⅲ)
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10:23 - 10:25而这儿只有两个铁分子
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10:25 - 10:26两个铁原子?
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10:26 - 10:28你马上就会学到了
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10:28 - 10:29我们来看看氧化态
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10:29 - 10:31氧的
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10:31 - 10:36氧的氧化态 一般是-2
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10:36 - 10:38是-2
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10:38 - 10:41现在 如果碳(C)连在氧(O)上…
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10:41 - 10:43我们看元素周期表吧
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10:43 - 10:46碳和氧成键
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10:46 - 10:49碳怎么变都行
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10:49 - 10:51碳 有时它喜欢贡献电子
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10:51 - 10:53有时它希望得到电子
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10:53 - 10:55而碳和氧成键是
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10:55 - 10:58这里可是个电子狂
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10:58 - 11:01如果一定要说谁夺走了电子
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11:01 - 11:03答案会是氧
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11:03 - 11:04对吧?
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11:04 - 11:07所以碳会贡献它的电子
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11:07 - 11:10不过碳能拿出几个电子呢?
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11:10 - 11:11嗯 看看
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11:11 - 11:15它有1 2 3 4个价电子
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11:15 - 11:16所以它真正最多能
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11:16 - 11:19贡献4个价电子
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11:19 - 11:21回到碳酸根
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11:21 - 11:26所以碳最多能
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11:26 - 11:29贡献4个价电子
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11:29 - 11:32那么碳酸根的总的氧化态
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11:32 - 11:34是多少?
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11:34 - 11:36CO3的
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11:36 - 11:39所以这是+4价
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11:39 - 11:40因为它只有4个了
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11:40 - 11:43如果它和氧成键 它就会贡献全部
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11:43 - 11:44氧是个超级电子狂
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11:44 - 11:46每个氧是-2
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11:46 - 11:49我们来想想
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11:49 - 11:54我有+4 加【译者注:口误】 3乘-2
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11:54 - 11:55对吧?
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11:55 - 11:57我有3个氧原子
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11:57 - 12:00所以是4-6等于-2
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12:00 - 12:03所以我们可以把整个碳酸根
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12:03 - 12:06看作是-2价的
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12:06 - 12:11那么 如果整个碳酸根是-2
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12:11 - 12:14它对整个分子的氧化态的
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12:14 - 12:17贡献是…
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12:17 - 12:19这个碳酸根
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12:19 - 12:21我们有3个碳酸根
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12:21 - 12:23每个的贡献是-2
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12:23 - 12:25所以这有-6的贡献值
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12:25 - 12:28如果这是-6 并且这是个中性分子
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12:28 - 12:32那么我们两个铁就必须要
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12:32 - 12:35贡献+6价
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12:35 - 12:37因为全部加起来是0
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12:37 - 12:40如果两个铁加起来
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12:40 - 12:43贡献了+6价
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12:43 - 12:46那么每个铁就是+3价
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12:46 - 12:50或者 在我们的推理里 如果这成立
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12:50 - 12:53至少每个铁会有3个电子
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12:53 - 12:55乐意和碳酸根待一起
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12:55 - 12:58那为什么这叫碳酸铁(Ⅲ)咧?
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12:58 - 13:00我想现在你就懂了
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13:00 - 13:05因为这是铁价态为3的情况
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13:05 - 13:06铁… 很多金属
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13:06 - 13:08特别是过渡金属
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13:08 - 13:10能有几种价态
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13:10 - 13:11如果你有碳酸铁(Ⅲ)
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13:11 - 13:13实际上就表示
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13:13 - 13:14它的价态是3
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13:14 - 13:18或者说分子里铁的氧化态
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13:18 - 13:20会是+3
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13:20 - 13:22现在 我们再做一个
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13:22 - 13:23这很有趣
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13:23 - 13:24醋酸(乙酸)
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13:24 - 13:26我想这是第一次
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13:26 - 13:30我秀出醋酸的结构式
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13:30 - 13:33我不会讲太多有机化学的内容
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13:33 - 13:38不过我们会看到不同的价态
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13:38 - 13:39或者说氧化态
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13:39 - 13:42[少一句]
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13:42 - 13:43有时候你会看到这个形式
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13:43 - 13:45你会觉得OK
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13:45 - 13:48氧 每个氧会是-2
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13:48 - 13:51[少一句]
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13:51 - 13:53每个氢会是+1
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13:53 - 13:57[少一句]
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13:57 - 13:58目前的情况如何?
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13:58 - 14:02这些氧一共就是-4
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14:02 - 14:03至于氢
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14:03 - 14:09这里是+3 然后这还有+1
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14:09 - 14:12你把它们都加起来就是0 你会想 噢
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14:12 - 14:15所以碳就没氧化态咯
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14:15 - 14:17它们的氧化态一定是0
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14:17 - 14:20因为只看氢和氧
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14:20 - 14:23我们已经是0了
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14:23 - 14:26那么我们来看是否确实如此
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14:26 - 14:29所以如果碳和氢成键
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14:29 - 14:30谁更吸电子?
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14:30 - 14:35碳氢键
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14:35 - 14:37越往右边 电负性越强
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14:37 - 14:39碳的电负性更强
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14:39 - 14:43比起氢 碳更喜欢保留电子
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14:43 - 14:44或者说贪图电子
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14:44 - 14:45所以在氧化还原角度看
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14:45 - 14:47氢失电子
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14:47 - 14:51它是个共价键 不过当然
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14:51 - 14:52我们知道讨论氧化态的时候
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14:52 - 14:53就假装是离子键
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14:53 - 14:57所以这时 你的氢将会
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14:57 - 14:58失电子
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14:58 - 15:00所以它们的氧化态分别是+1
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15:00 - 15:03这和我们目前知道的一致
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15:03 - 15:05不过其实这是另一回事
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15:05 - 15:07我做这里这练习的时候
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15:07 - 15:08我第一时间假设氢
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15:08 - 15:11氧化态为+1
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15:11 - 15:12我这样是因为 噢
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15:12 - 15:14分子里的剩下的只有碳和氧
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15:14 - 15:16它们的电负性都更大
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15:16 - 15:18所以氢会变成它的+1价
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15:18 - 15:20如果这里是
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15:20 - 15:22碱金属 或者碱土金属
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15:22 - 15:23我就不会那么肯定了
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15:23 - 15:25我会说 氢可能会夺走它们的电子
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15:25 - 15:26好啦
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15:26 - 15:30所以这些都会给碳一个电子
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15:30 - 15:32因此光从氢身上
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15:32 - 15:39碳就得到-3价了
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15:39 - 15:41这些失电子
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15:41 - 15:43而这家伙得到了3电子
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15:43 - 15:45所以它的价态减少3
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15:45 - 15:47碳碳键 嗯 没理由
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15:47 - 15:50一个碳可以从另一个碳上夺走电子
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15:50 - 15:51碳碳生而平等
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15:51 - 15:54所以没有电子转移
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15:54 - 15:56所以这碳被氧化了3价
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15:56 - 15:57现在这边又怎么样呢?
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15:58 - 16:00已知这氢的氧化态
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16:00 - 16:03会是+1
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16:03 - 16:05它会把电子给这个氧
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16:05 - 16:08而这个氧 就跟大部分氧一样
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16:08 - 16:10需要吸两个电子
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16:10 - 16:13一个来自碳 一个来自氢
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16:13 - 16:16所以氧的氧化态是-2
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16:16 - 16:19这个氧也需要吸走两个电子
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16:19 - 16:21这情况下 它们两个都会
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16:21 - 16:22来自这个橙色的碳
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16:22 - 16:24那么它的氧化态就是-2
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16:25 - 16:27所以这个碳的氧化态是多少?
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16:27 - 16:30它给了两个电子这儿家伙
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16:30 - 16:35然后有给了1个电子下面这个氧
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16:35 - 16:38提醒一下 这家伙得到一个碳的电子
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16:38 - 16:39和一个氢的
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16:39 - 16:42这里没了1个 那里没了两个
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16:42 - 16:43它失去了3个电子
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16:43 - 16:48所以事实上 它是+3价的
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16:48 - 16:52因此结果是醋酸的碳的
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16:52 - 16:55平均氧化态是0
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16:55 - 16:57因为如果你取-3和+3的平均值
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16:57 - 16:58会得到0
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16:58 - 17:01这就是为什么我说 噢可能它们是0
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17:01 - 17:03但如果你真的写出它们的氧化态
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17:03 - 17:07这个绿色的碳 氧化态-3
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17:07 - 17:10而这个橙色的C 橙色碳
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17:10 - 17:13氧化态是+3
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17:13 - 17:14如果你懂了这个例子
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17:14 - 17:16我并不觉得这太复杂
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17:16 - 17:22你会变成氧化态迷的
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17:22 - 17:24那么我想你都准备好了
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17:24 - 17:25下集 我们会开始研究
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17:25 - 17:28氧化还原反应
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