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第 8 章　氧化與還原

第 8 章　氧化與還原. 8-1 　氧化還原反應的定義 8-2 　氧化數 8-3 　氧化劑與還原劑 8-4 　氧化還原反應式的平衡 8-5 　氧化還原滴定. (a) 火藥的爆炸. (b) 葡萄酒的釀製. (c) 光合作用. 圖 8-1 　生活中的氧化還原反應. 8-1 　氧化還原反應的定義. 狹義 的氧化還原反應定義 物質與氧結合的反應稱為氧化 (oxidation) 物質失去氧的反應稱為還原反應 (reduction) 現今 對氧化還原反應的定義 物質失去電子的反應稱為氧化反應 物質得到電子的反應稱為還原反應. (a) 鈉的燃燒. (b) 鐵礦的提煉.

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第 8 章　氧化與還原

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  1. 第8章　氧化與還原 • 8-1　氧化還原反應的定義 • 8-2　氧化數 • 8-3　氧化劑與還原劑 • 8-4　氧化還原反應式的平衡 • 8-5　氧化還原滴定

  2. (a)火藥的爆炸 (b)葡萄酒的釀製 (c)光合作用 圖 8-1　生活中的氧化還原反應

  3. 8-1　氧化還原反應的定義 • 狹義的氧化還原反應定義 • 物質與氧結合的反應稱為氧化(oxidation) • 物質失去氧的反應稱為還原反應(reduction) • 現今對氧化還原反應的定義 • 物質失去電子的反應稱為氧化反應 • 物質得到電子的反應稱為還原反應

  4. (a)鈉的燃燒 (b)鐵礦的提煉 圖 8-2　氧化還原反應

  5. +1 ?2 +1 ?1 • 從反應式中可以看出鈉金屬失去電子氧化，氧及氯得到電子還原，因此鈉在氯氣中燃燒也屬氧化還原反應

  6. 常見的氧化還原反應分為下列幾種型態 • 化合反應 • 分解反應 • 置換反應 • 燃燒反應

  7. 鈉和氯氣化合生成氯化鈉 • 化合反應

  8. 圖 8-3　氧化汞的分解 • 分解反應

  9. 圖 8-4　鋅和硫酸銅的反應 • 置換反應

  10. 圖 8-5　乙醇的燃燒 • 燃燒反應

  11. 8-2　氧化數 • 氧化數的基本意義就是成分元素在物質中所呈現的電荷 • 此種定義與事實有些出入，例如水分子(H2O)中，氫與氧的氧化數分別為+1及?2，並不意味水分子含有兩個帶+1電荷的氫以及一個帶?2電荷的氧

  12. 氧化數的訂定規則 • 元素狀態的物質，氧化數為0 • IA化合物中，IA元素的氧化數為+1 • IIA化合物中，IIA元素的氧化數為+2 • 單原子離子的氧化數即等於其所帶電荷 • 氟化物中，F的氧化數為?1 • 含氫的分子化合物中，H的氧化數為+1 • 鹼金屬或鹼土金屬的氫化物中，H的氧化數為?1

  13. 大部分氧化物O的氧化物為?2 • 過氧化物，例如H2O2, Na2O2中，O的氧化數為?1 • 超氧化物，例如KO2中，O的氧化數為?1/2 • 氟氧化物，例如OF2中，O的氧化數為+2 • 分子或離子所帶電荷等於各成分元素的氧化數總和

  14. (a)反應前的鐵片與硫酸銅溶液 (b)鐵片置入硫酸銅溶液中 (c)反應後的鐵片與硫酸銅溶液 圖 8-7　鐵與銅離子的反應 8-3　氧化劑與還原劑

  15. 一般而言，金屬失去電子形成離子的傾向順序如下一般而言，金屬失去電子形成離子的傾向順序如下 • K>Ca>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Cr>Fe>Co>Ni>Sn>Pb>Cu>Hg>Ag>Pt>Au • 反應物失去電子發生氧化反應，使他種反應物獲得電子發生還原反應，此反應物稱為還原劑 • 反應物獲得電子發生還原反應，使他種反應物失去電子發生氧化反應，此反應物稱為氧化劑

  16. 還原為 氧化劑 氧化數 0 +2 +2 0 還原劑 氧化為 • 還原劑在反應中其氧化數增加；氧化劑在反應中其氧化數減少。因此，鐵釘與硫酸銅溶液的反應，可表示如下

  17. 性　質 還原劑（例如Fe） 氧化劑（例如Cu2+） 發生的反應型式 氧化反應 還原反應 電子得失情形 失去電子 得到電子 氧化數的變化 增加 減少 金屬活性 Fe>Cu 還原力比較 Fe>Cu 氧化力比較 Cu2+>Fe2+ • 還原劑與氧化劑的性質

  18. 還原劑 化學式 化學式 學　名 化學式 學　名 C 碳 KMnO4 過錳酸鉀 Al 鋁 MnO2 二氧化錳 Zn 鋅 K2Cr2O7 二鉻酸鉀 H2C2O4 草酸 KNO3 硝酸鉀 FeSO4 硫酸亞鐵 KClO3 氯酸鉀 Cl2 氯 H2O2 過氧化氫 • 常見的還原劑與氧化劑

  19. 8-4　氧化還原反應式的平衡 • 氧化數法(oxidation number method) • 半反應法(half reaction method)

  20. 8-4-1　氧化數法 • 以二鉻酸鉀與硫酸亞鐵在酸性溶液中的反應為例 1.將氧化數有變化的元素標示出來 +6 +2 +3 +3

  21. (3?2)=+1 +6 +2 +3 +3 氧化劑每莫耳獲得電子總數為 (3?6)×2=?6 2. 計算反應前後氧化數的增減總量，以架橋方式表示 還原劑每莫耳失去電子總數為

  22. ×6 (3?2)=+1→?6 +6 +2 +3 +3 ×1 (3?6)×2=?6→?2 3.乘以適當倍數使其得失電子數相等

  23. ×6 (3?2)=+1→?6 ×1 (3?6)×2=?6→?2 4.反應前後必需遵守原子不滅 +6 +2 +3 +3

  24. ×6 (3?2)=+1→?6 ×1 (3?6)×2=?6→?2 5.反應前後必需遵守電荷守恆 +6 +2 +3 +3

  25. ×6 (3?2)=+1→?6 ×1 (3?6)×2=?6→?2 6.利用H的原子不滅或O的原子不滅，決定H2O的係數 其中係數為1者可以省略 +6 +2 +3 +3

  26. 8-4-2　半反應法 • 今以銅與稀硝酸的反應為例，其離子反應式可寫成 1.寫出氧化與還原的半反應 氧化半反應 還原半反應

  27. 2.平衡氧化與還原半反應的電荷數與原子數 氧化半反應 還原半反應

  28. 3.氧化還原反應的得失電子數相等，兩個半反應各乘以適當倍數3.氧化還原反應的得失電子數相等，兩個半反應各乘以適當倍數 氧化半反應×3 還原半反應×2 4.將兩個半反應相加，便可獲得全反應

  29. 8-5　氧化還原滴定 • 氧化還原反應中，氧化劑得到的電子總數=還原劑失去的電子總數 • 可藉滴定實驗，利用已知濃度的氧化劑（或還原劑）來定量還原劑（或氧化劑）

  30. KMnO4:FeSO4=1:5 剛開始滴定時，因為加入的過錳酸鉀（氧化劑）會與待測液中的Fe2+（還原劑）完全作用，所以過錳酸鉀的紫色會消失。當滴定至待測液中的Fe2+完全反應成Fe3+，加入過錳酸鉀會出現紫色，即為滴定終點 圖 8-8　過錳酸鉀溶液滴定硫酸亞鐵溶液 8-5-1　過錳酸鉀溶液滴定硫酸亞鐵溶液

  31. KMnO4:Na2C2O4=2:5 剛開始滴定時，因為加入的過錳酸鉀（氧化劑）會與待測液中的C2O42?（還原劑）完全作用，所以過錳酸鉀的紫色會消失。當滴定至待測液中的C2O42?完全反應成CO2，加入過錳酸鉀會出現紫色，即為滴定終點 圖 8-9　過錳酸鉀溶液滴定草酸鈉溶液 8-5-2　過錳酸鉀溶液滴定草酸鈉溶液

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