More on Oxidation States
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0:00 - 0:03我們來看看其他
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0:03 - 0:05組分原子或分子的氧化態
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0:05 - 0:12那麽假設有氧化鎂(MgO)
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0:12 - 0:14氧化鎂MgO
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0:15 - 0:17我用不同的顏色表示氧
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0:17 - 0:19那麽它們的氧化態是什麽?
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0:19 - 0:20你可能已經知道了
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0:20 - 0:22但還是來看看元素周期表吧
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0:22 - 0:24因爲再熟悉一下也無傷大雅
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0:24 - 0:25呐 鎂(Mg)
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0:25 - 0:28鎂有兩個價電子
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0:28 - 0:29它是第二主族元素
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0:29 - 0:32它很樂意抛棄這兩個電子
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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它是電負度最強的原子之一
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0:37 - 0:38它電負度太強了
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0:38 - 0:42以致於“氧化”都是以氧命名的
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0:42 - 0:46然後我們知道氧喜歡得到兩個電子
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0:46 - 0:48所以這簡直是天作之合
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0:48 - 0:49這玩意兒想丟掉兩個電子
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0:49 - 0:52而這玩意兒想得到兩個
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0:52 - 0:54那麽接下來會怎麽樣?
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0:54 - 0:57鎂會失去兩個電子
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0:57 - 0:59它本來是中性的
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0:59 - 1:03那麽假設它會帶上2單位正電荷
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1:03 - 1:07然後 氧就帶上2單位負電荷了
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1:07 - 1:09因爲它拿走那兩個電子了
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1:09 - 1:13所以在氧化鎂分子裏
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1:13 - 1:18鎂的氧化態是+2
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1:18 - 1:23而氧的氧化態是-2
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1:23 - 1:26我們現在來做難一點的
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1:26 - 1:35假設是氫氧化鎂 Mg(OH)2
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1:35 - 1:41氫氧根是(OH)2
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1:41 - 1:45這裡氫氧根有兩個
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1:45 - 1:49好啦 我的思路還是… 嗯
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1:49 - 1:53鎂很樂意失去它的電子 兩個電子
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1:53 - 1:55這樣它就會帶上正電
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1:55 - 1:57這種假設下它的價態是正的
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1:57 - 1:59那麽我的思路是
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1:59 - 2:01嘿 鎂是+2
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2:01 - 2:02我先寫下來
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2:02 - 2:06記住啦 如果這是個電中和合物
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2:06 - 2:08爲了使一切和諧
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2:08 - 2:12全部價態加起來要等於0
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2:12 - 2:13那我們來看看行不行
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2:13 - 2:15呐 氧
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2:15 - 2:18我武斷認爲它的氧化態
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2:18 - 2:20應該是-2
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2:20 - 2:21那我寫下來吧
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2:21 - 2:23是-2
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2:23 - 2:27而氫 如果它和氧成鍵…
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2:27 - 2:28記住 這情況下 氫會先和氧
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2:28 - 2:30成鍵
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2:30 - 2:32然後一起和鎂成鍵
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2:32 - 2:35所以氫和氧成鍵
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2:35 - 2:38氫 如果它和鎂成鍵
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2:38 - 2:40你可能會覺得 噢
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2:40 - 2:41可能氫會拿走那兩個電子
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2:41 - 2:43然後它就變成負價的了
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2:43 - 2:46不過氫和氧成鍵的時候
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2:46 - 2:48它是放棄電子那個
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2:48 - 2:51它只有一個電子可以放棄
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2:51 - 2:54所以它是+1價
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2:54 - 2:56嗯… 開始你可能會說 好了
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2:56 - 2:58我把氧化態都加起來
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2:58 - 3:01+2-2就是0 還有+1
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3:01 - 3:04我就得到氧化態是+1
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3:04 - 3:05Sal 這沒道理啊
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3:05 - 3:06這是個電中和合物啊
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3:06 - 3:08你要留意的是 噢 錯了
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3:08 - 3:10你可是有兩個氫氧根的啊
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3:10 - 3:12那你應該先算出
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3:12 - 3:17氫氧根的總氧化態
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3:17 - 3:20那是-2+1
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3:20 - 3:23所以整個氫氧根
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3:23 - 3:26總共是-1價
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3:26 - 3:28然而你有兩個 對吧?
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3:28 - 3:30你這有兩個氫氧根
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3:30 - 3:35所以每個氫氧根對整個化合物的
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3:35 - 3:37氧化態的貢獻是-1
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3:37 - 3:39而這有兩個
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3:39 - 3:43所以這是-2 再加上鎂的+2
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3:43 - 3:45全部加起來是0
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3:45 - 3:47搞定了
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3:47 - 3:49接下來 我想順便做點別的
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3:49 - 3:51我想重新回到某些問題上
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3:51 - 3:53不過我想順便講講
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3:53 - 3:54一些術語
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3:55 - 3:57因爲我已經某程度上用了“氧化態”、
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3:57 - 4:01“被氧化” 或者“被還原”
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4:01 - 4:04然而 我們講了那麽多
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4:04 - 4:07水解離的問題…
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4:07 - 4:10那 2份水
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4:10 - 4:12反應處於平衡
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4:12 - 4:20生成1份的H3O+和OH-
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4:20 - 4:22很明顯 這些都在溶液裏
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4:22 - 4:24現在 先看水分子
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4:24 - 4:26這裡水的各個氧化態是多少?
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4:26 - 4:29呐 上集我們做過這個了
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4:29 - 4:31氧的氧化態是-2
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4:31 - 4:34因爲它從兩個氫那裏勾搭了兩個電子
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4:34 - 4:37每個氫都貢獻了1個電子
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4:37 - 4:39所以氫的氧化態是+1
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4:39 - 4:41那麽我們來看這個分子
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4:41 - 4:42都加起來
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4:42 - 4:44因爲有兩個+1的氫
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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 等於0
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4:48 - 4:50水是中和合物
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4:50 - 4:52那這邊 氧化態又是多少?
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4:52 - 4:56也就是其中一個氫離開了它的水分子
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4:56 - 5:01然後粘上了另一個水分子
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5:01 - 5:02但它沒帶走電子
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5:02 - 5:04所以它把電子留這裡了
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5:04 - 5:09那麽這個氧的氧化態還是-2
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5:09 - 5:12而這個氫還是+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這次就沒問題
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5:18 - 5:20因爲氫氧根的確是帶負電的
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5:20 - 5:23那這個的價態怎麽樣?
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5:23 - 5:28每個氫都是+1
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5:28 - 5:31然後這個氧是-2
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5:31 - 5:34那麽如果你看整個離子的電荷
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5:34 - 5:373個氫分別是+1 那就是+3
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5:37 - 5:40只是加起來了
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5:40 - 5:41還有-2
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5:41 - 5:45所以就是+3-2 所以整個離子是
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5:45 - 5:47+1價的 而事實正是如此
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5:47 - 5:49現在 我想問你們
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5:49 - 5:53有哪個原子的氧化態變了嗎?
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5:53 - 5:54這兒全部的氫…
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5:54 - 5:58或者說這兩份水的
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5:58 - 6:00或者是兩個水分子的
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6:00 - 6:02那我就有4個氫了
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6:02 - 6:05對吧? 而它們的氧化態都是+1
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6:05 - 6:07等式右邊 有4個氫
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6:07 - 6:09全部的氧化態都是+1
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6:09 - 6:14那麽它們都是+1價 這個反應裏…
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6:14 - 6:16無論是哪個反應方向
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6:16 - 6:19氫都沒有被氧化
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6:19 - 6:22它的氧化態沒有變
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6:22 - 6:26可能氫在前面形成水的反應裏
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6:26 - 6:28被氧化了
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6:28 - 6:30不過這個反應裏 它沒有
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6:30 - 6:32同理 氧…
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6:32 - 6:35有兩個氧分子 是原子 這兒
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6:35 - 6:38每個都是-2價
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6:38 - 6:40這裡有兩個氧原子
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6:40 - 6:41每個都是-2價
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6:41 - 6:44對於這個反應 至少
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6:44 - 6:48從氧化態看 沒有電子轉手
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6:48 - 6:52所以這不是一個氧化還原反應
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6:52 - 6:54我會在下集裏詳細地講
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6:54 - 6:56不過我要講清楚
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6:56 - 6:58這兒沒東西被氧化或還原
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6:58 - 7:03因爲它們的氧化態保持不變
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7:03 - 7:08因爲有時我會說 嘿 看
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7:08 - 7:10鎂的氧化態是+2
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7:10 - 7:13而氧的氧化態是-2
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7:13 - 7:15鎂被氧化了
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7:15 - 7:17它失去了兩個電子
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7:17 - 7:19而氧被還原
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7:19 - 7:20它得到了兩個電子
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7:20 - 7:23那麽我指的是某個生成它的反應
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7:23 - 7:25但是也不總是這樣的
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7:25 - 7:26你可以假設一個
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7:26 - 7:28不必發生的反應
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7:28 - 7:30但是鎂的氧化態
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7:30 - 7:31一定是+2
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7:31 - 7:34而氧的氧化態
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7:34 - 7:37或者說氧化態 是-2
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7:37 - 7:39不過我相信我說鎂被氧化時
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7:39 - 7:40你懂我的意思
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7:40 - 7:43其實就是 鎂通過失去兩個電子
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7:43 - 7:46從一個中性的鎂
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7:46 - 7:47變成了一個帶正電的鎂
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7:47 - 7:49所以它被氧化了
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7:49 - 7:52接下來 我們來做些難題
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7:52 - 7:54過氧化氫(H2O2)
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7:54 - 7:56我已經說過幾次了
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7:56 - 8:01氧是趨向於變成-2價的
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8:01 - 8:03這個是-1
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8:03 - 8:06我想你看出特點了 這些元素都是+1
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8:06 - 8:09氫是+1或-1
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8:09 - 8:11這些都是+2
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8:11 - 8:12我想你明白這規律了
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8:12 - 8:14這就是你希望得到或失去電子
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8:14 - 8:16你會說 呐
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8:16 - 8:20水的氧通常是-2價的
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8:20 - 8:21所以這應該…
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8:21 - 8:22好啦
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8:22 - 8:25氫是+1 因爲它和水成鍵
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8:25 - 8:28而氧是-2
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8:28 - 8:31如果你這樣想 馬上就會碰到難題了
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8:31 - 8:33這是個中性分子…
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8:33 - 8:35嗯 兩個氫就是+2
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8:35 - 8:37兩個-2的氧
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8:37 - 8:38是-4
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8:38 - 8:39所以整個氧的氧化態
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8:39 - 8:42最終是-4
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8:42 - 8:43肯定不是這樣的
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8:43 - 8:44因爲這個不帶電
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8:44 - 8:46這兒就有難題了
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8:46 - 8:47而有難題是因爲…
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8:47 - 8:50如果你仔細觀察過氧化氫的結構
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8:50 - 8:54氧之間是成鍵的
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8:54 - 8:55這就是“過氧”
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8:55 - 9:00而每個氧又和氫成鍵
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9:00 - 9:02所以這時
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9:02 - 9:04特別是第一年的化學課上
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9:04 - 9:07過氧根 尤其是過氧化氫
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9:07 - 9:09趨向於當個特例
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9:09 - 9:11也有別的 但這個是個特例
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9:11 - 9:15這時氧的氧化態的確不是-2
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9:15 - 9:17我們來看這個並算算
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9:17 - 9:19過氧化氫的氧的
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9:19 - 9:20氧化態是多少
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9:20 - 9:23這時 在氫氧鍵中
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9:23 - 9:25氧會吸電子
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9:25 - 9:28而氫會失去電子
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9:28 - 9:29那麽氫是+1
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9:29 - 9:30另一邊也同理
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9:30 - 9:33氧 至少在這個鍵上 得到+1價
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9:33 - 9:34因爲它會得到一個電子
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9:34 - 9:37那氧之間的鍵呢?
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9:37 - 9:40嗯… 沒理由一個氧會
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9:40 - 9:41吸走另一個氧的電子
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9:41 - 9:44所以這不會對它的氧化態的值
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9:44 - 9:45有任何影響
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9:45 - 9:48因此這情況下 這個氧的氧化態是-1
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9:48 - 9:53這個氧也是-1
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9:53 - 9:59所以每個氫的氧化態是+1
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9:59 - 10:03我們說過氧離子中氧的氧化態是-1
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10:03 - 10:06所以總的值是0
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10:06 - 10:092乘+1 加上2乘-1 等於0
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10:09 - 10:11這是個特例
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10:11 - 10:13不過熟悉它很重要
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10:13 - 10:14我們再做一個
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10:14 - 10:16碳酸鐵(Ⅲ)
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10:16 - 10:18現在第一次…
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10:18 - 10:20我記得我們第一次遇到碳酸鐵(Ⅲ)
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10:20 - 10:21你可能會想 呃
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10:21 - 10:23爲什麽這叫碳酸鐵(Ⅲ)
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10:23 - 10:25而這兒只有兩個鐵分子
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10:25 - 10:26兩個鐵原子?
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10:26 - 10:28你馬上就會學到了
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10:28 - 10:29我們來看看氧化態
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10:29 - 10:31氧的
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10:31 - 10:36氧的氧化態 一般是-2
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10:36 - 10:38是-2
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10:38 - 10:41現在 如果碳(C)連在氧(O)上…
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10:41 - 10:43我們看元素周期表吧
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10:43 - 10:46碳和氧成鍵
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10:46 - 10:49碳怎麽變都行
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10:49 - 10:51碳 有時它喜歡貢獻電子
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10:51 - 10:53有時它希望得到電子
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10:53 - 10:55而碳和氧成鍵是
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10:55 - 10:58這裡可是個電子狂
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10:58 - 11:01如果一定要說誰奪走了電子
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11:01 - 11:03答案會是氧
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11:03 - 11:04對吧?
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11:04 - 11:07所以碳會貢獻它的電子
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11:07 - 11:10不過碳能拿出幾個電子呢?
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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個價電子
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11:15 - 11:16所以它真正最多能
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11:16 - 11:19貢獻4個價電子
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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貢獻4個價電子
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11:29 - 11:32那麽碳酸根的總的氧化態
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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所以這是+4價
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11:39 - 11:40因爲它只有4個了
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11:40 - 11:43如果它和氧成鍵 它就會貢獻全部
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11:43 - 11:44氧是個超級電子狂
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11:44 - 11:46每個氧是-2
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11:46 - 11:49我們來想想
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11:49 - 11:54我有+4 加【譯者注:口誤】 3乘-2
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11:54 - 11:55對吧?
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11:55 - 11:57我有3個氧原子
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11:57 - 12:00所以是4-6等於-2
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12:00 - 12:03所以我們可以把整個碳酸根
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12:03 - 12:06看作是-2價的
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12:06 - 12:11那麽 如果整個碳酸根是-2
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12:11 - 12:14它對整個分子的氧化態的
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12:14 - 12:17貢獻是…
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12:17 - 12:19這個碳酸根
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12:19 - 12:21我們有3個碳酸根
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12:21 - 12:23每個的貢獻是-2
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12:23 - 12:25所以這有-6的貢獻值
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12:25 - 12:28如果這是-6 並且這是個中性分子
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12:28 - 12:32那麽我們兩個鐵就必須要
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12:32 - 12:35貢獻+6價
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12:35 - 12:37因爲全部加起來是0
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12:37 - 12:40如果兩個鐵加起來
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12:40 - 12:43貢獻了+6價
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12:43 - 12:46那麽每個鐵就是+3價
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12:46 - 12:50或者 在我們的推理裏 如果這成立
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12:50 - 12:53至少每個鐵會有3個電子
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12:53 - 12:55樂意和碳酸根待一起
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12:55 - 12:58那爲什麽這叫碳酸鐵(Ⅲ)咧?
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12:58 - 13:00我想現在你就懂了
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13:00 - 13:05因爲這是鐵價態爲3的情況
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13:05 - 13:06鐵… 很多金屬
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13:06 - 13:08特別是過渡金屬
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13:08 - 13:10能有幾種價態
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13:10 - 13:11如果你有碳酸鐵(Ⅲ)
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13:11 - 13:13實際上就表示
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13:13 - 13:14它的價態是3
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13:14 - 13:18或者說分子裏鐵的氧化態
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13:18 - 13:20會是+3
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13:20 - 13:22現在 我們再做一個
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13:22 - 13:23這很有趣
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13:23 - 13:24醋酸(乙酸)
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13:24 - 13:26我想這是第一次
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13:26 - 13:30我秀出醋酸的結構式
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13:30 - 13:33我不會講太多有機化學的內容
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13:33 - 13:38不過我們會看到不同的價態
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13:38 - 13:39或者說氧化態
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13:39 - 13:42[少一句]
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13:42 - 13:43有時候你會看到這個形式
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13:43 - 13:45你會覺得OK
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13:45 - 13:48氧 每個氧會是-2
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13:48 - 13:51[少一句]
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13:51 - 13:53每個氫會是+1
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13:53 - 13:57[少一句]
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13:57 - 13:58目前的情況如何?
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13:58 - 14:02這些氧一共就是-4
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14:02 - 14:03至於氫
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14:03 - 14:09這裡是+3 然後這還有+1
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14:09 - 14:12你把它們都加起來就是0 你會想 噢
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14:12 - 14:15所以碳就沒氧化態咯
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14:15 - 14:17它們的氧化態一定是0
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14:17 - 14:20因爲只看氫和氧
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14:20 - 14:23我們已經是0了
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14:23 - 14:26那麽我們來看是否確實如此
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14:26 - 14:29所以如果碳和氫成鍵
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14:29 - 14:30誰更吸電子?
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14:30 - 14:35碳氫鍵
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14:35 - 14:37越往右邊 電負度越強
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14:37 - 14:39碳的電負度更強
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14:39 - 14:43比起氫 碳更喜歡保留電子
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14:43 - 14:44或者說貪圖電子
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14:44 - 14:45所以在氧化還原角度看
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14:45 - 14:47氫失電子
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14:47 - 14:51它是個共價鍵 不過當然
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14:51 - 14:52我們知道討論氧化態的時候
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14:52 - 14:53就假裝是電價鍵
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14:53 - 14:57所以這時 你的氫將會
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14:57 - 14:58失電子
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14:58 - 15:00所以它們的氧化態分別是+1
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15:00 - 15:03這和我們目前知道的一致
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15:03 - 15:05不過其實這是另一回事
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15:05 - 15:07我做這裡這練習的時候
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15:07 - 15:08我第一時間假設氫
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15:08 - 15:11氧化態爲+1
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15:11 - 15:12我這樣是因爲 噢
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15:12 - 15:14分子裏的剩下的只有碳和氧
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15:14 - 15:16它們的電負度都更大
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15:16 - 15:18所以氫會變成它的+1價
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15:18 - 15:20如果這裡是
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15:20 - 15:22鹼金屬 或者鹼土金屬
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15:22 - 15:23我就不會那麽肯定了
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15:23 - 15:25我會說 氫可能會奪走它們的電子
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15:25 - 15:26好啦
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15:26 - 15:30所以這些都會給碳一個電子
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15:30 - 15:32因此光從氫身上
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15:32 - 15:39碳就得到-3價了
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15:39 - 15:41這些失電子
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15:41 - 15:43而這家夥得到了3電子
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15:43 - 15:45所以它的價態減少3
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15:45 - 15:47碳碳鍵 嗯 沒理由
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15:47 - 15:50一個碳可以從另一個碳上奪走電子
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15:50 - 15:51碳碳生而平等
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15:51 - 15:54所以沒有電子轉移
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15:54 - 15:56所以這碳被氧化了3價
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15:56 - 15:57現在這邊又怎麽樣呢?
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15:58 - 16:00已知這氫的氧化態
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16:00 - 16:03會是+1
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16:03 - 16:05它會把電子給這個氧
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16:05 - 16:08而這個氧 就跟大部分氧一樣
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16:08 - 16:10需要吸兩個電子
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16:10 - 16:13一個來自碳 一個來自氫
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16:13 - 16:16所以氧的氧化態是-2
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16:16 - 16:19這個氧也需要吸走兩個電子
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16:19 - 16:21這情況下 它們兩個都會
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16:21 - 16:22來自這個橙色的碳
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16:22 - 16:24那麽它的氧化態就是-2
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16:25 - 16:27所以這個碳的氧化態是多少?
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16:27 - 16:30它給了兩個電子這兒家夥
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16:30 - 16:35然後有給了1個電子下面這個氧
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16:35 - 16:38提醒一下 這家夥得到一個碳的電子
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16:38 - 16:39和一個氫的
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16:39 - 16:42這裡沒了1個 那裏沒了兩個
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16:42 - 16:43它失去了3個電子
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16:43 - 16:48所以事實上 它是+3價的
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16:48 - 16:52因此結果是醋酸的碳的
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16:52 - 16:55平均氧化態是0
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16:55 - 16:57因爲如果你取-3和+3的平均值
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16:57 - 16:58會得到0
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16:58 - 17:01這就是爲什麽我說 噢可能它們是0
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17:01 - 17:03但如果你真的寫出它們的氧化態
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17:03 - 17:07這個綠色的碳 氧化態-3
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17:07 - 17:10而這個橙色的C 橙色碳
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17:10 - 17:13氧化態是+3
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17:13 - 17:14如果你懂了這個例子
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17:14 - 17:16我並不覺得這太複雜
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17:16 - 17:22你會變成氧化態迷的
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17:22 - 17:24那麽我想你都準備好了
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17:24 - 17:25下集 我們會開始研究
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17:25 - 17:28氧化還原反應