(一) 氧化還原反應:

A、 狹義:

(1)  物質和化合的反應,稱為氧化;物質失去的反應,稱為還原

(2)  物質失去氫的反應,稱為氧化;物質與化合的反應,稱為還原

B、 廣義:

(1)  物質失去電子的反應,稱為氧化;物質獲得電子的反應,稱為還原

(2)  氧化數增加的反應,稱為氧化;氧化數減少的反應,稱為還原

C、 實例:

(1)  2Fe2O33C→4Fe3CO2 a F2O3失去氧,被還原;C得到O,被氧化。

(2)  ZnCu2→CuZn2 a Zn失去2個電子,被氧化成Zn2
                       Cu2
得到2個電子,被還原Cu

(3)  CO2→CO2 a C的氧化數由0→4,氧化數增加,C被氧化;O的氧化數由0→2,氧化數減少,O被還原。

 

D、 常見不屬於氧化還原的反應:

(1)  離子沉澱反應:NaClAgNO3→NaNO3AgCl,各元素氧化數不變,不是氧化還原。

(2)  酸鹼中和反應:NaOHHCl→NaClH2O,各元素氧化數不變,不是氧化還原。

E、 元素氧化活性的大小順序表:
鉀>鈉>鈣>鎂>鋁> >鋅>鉻>鐵>錫>鉛> >銅>汞>銀>鉑>金
K  Na  Ca  Mg  Al 
C   Zn  Cr  Fe Sn  Pb   H   Cu  Hg  Ag  Pt  Au

 

(二) 氧化還原反應:

A、 氧化:活性大的元素,性質活潑,易和氧形成氧化物,性質變得比較安定。
               A O2  è AO2
           
不安定         安定

B、 還原:活性小的元素,形成的氧化物性質安定,易和氧脫離,保持元素狀態。
              AO2  è  A O2
           
不安定    安定

 

C、 氧化還原反應:

(1)   活性大的元素取代活性小的元素,使活性小的元素和氧脫離,稱為氧化還原反應。

(2)   此種反應方式必定氧化反應和還原反應同時存在。

(3)   活性小的元素不能取代活性大的元素。

(4)   容易失去電子的元素,容易發生氧化反應;可以還原容易得到電子的元素或是或合物。

(5)   產生氧化反應的物質稱為還原劑;產生還原反應的物質稱為氧化劑        
【註】:氧化劑被氧化;還原劑被還原

(6)   AB,則:                A + BOè B + AO
元素活性:AB            氧化物的安定性:AOBO
氧化反應:A à AO               應:BOàB
劑:BO                      劑:A

 

D、 實例:

(1)  碳粉加入二氧化鉛混合後,以石棉紙包住,在火焰上加熱的實驗中,則:

        方程式:C2PbO2 à 2Pb CO2

        元素活性大小:CPb         氧化物的活性大小:CO2PbO

        碳粉的顏色為 色;          二氧化鉛粉末的顏色為色。

          應:CàCO2        還原反應:PbOàPb

             劑:PbO           劑:C

(2)  鎂帶在二氧化碳中燃燒,會產生白色的氧化鎂及黑色的碳粒子

       式:2MgCO2àC2MgO
      
元素活性的大小:MgC          氧化物活性大小:MgOCO2

             應:MgàMgO       還原反應:CO2àC

               劑:Mg               劑:CO2

       MgCO2氧化成MgOCO2Mg還原成C

(3)  鎂帶和氧化銅反應產生白色的氧化鎂及赤紅色的金屬銅。

       式:MgCuO à CuMgO
      
元素活性的大小:MgCu    氧化物活性大小:MgOCuO

             應:MgàMgO  還原反應:CuOàCu

               劑:Mg          劑:CuO

       MgCuO氧化成MgOCuOMg還原成Cu

       此反應結束後,氧化銅的顏色由色轉變成

 

(三) 氧化數:

A、 氧化數的用途:

(1)  有些反應不是典型的氧化還原反應,不容易判斷何項物質被氧化,或是被還原。

(2)  氧化數可以了解物質內的各項元素電子得失的變化,藉以判斷是否發生氧化反應或是還原反應。

(3)  元素的氧化數增加,表示該元素失去電子,因此發生氧化反應
元素的氧化數減少,表示該元素得到電子,因此發生還原反應
氧化反應所失去的電子數,必等於還原反應所得到的電子數,因此反應中氧化數增加的總和,必等於氧化數減少的總和。(以氧化數平衡方程式係數)

B、 規則:

(1)  元素狀態的物質氧化數為
例如:O2H2N2O3S8P4NaCu等物質,其氧化數皆為零。

(2)  單原子離子的氧化數,即為該元素所帶的電荷數
例如:NaKH的氧化數皆為+1ClBrI的氧化數皆為-1

(3)  化合物中,的氧化數多為1,但氫與金屬結合的氫化物,氧化數則為1
氧化物中的元素,其氧化數多為2,但過氧化物中的氧元素,其氧化數則為1
例如:H2O中的H的氧化數為+1O的氧化數為-2
     
H2O2(過氧化氫)中的H的氧化數為+1O的氧化數為-1

(4)  酸根離子的氧化數,即為該酸根中各元素的氧化數總和。
CO32
表示碳酸根的氧化數為2,然而O的氧化數為-23O為-6,所以C的氧化數為4
SO42
表示硫酸根的氧化數為2,然而O的氧化數為-24O為-8,所以S的氧化數為6

(5)  離子化合物溶於水可解離成陽離子與陰離子。
NH4NO3
可解離成NH4NO3,其中:
NH4
的氧化數為+1,而H為+14H為+4,所以N3
NO3
的氧化數為-1,而O的氧化數為-23O為-6,所以N的氧化數為5

【例】:下列物質中畫線部分的元素的氧化數為若干?

 

物質

K2CrO4

AgNO3

CuSO4

H2SO3

NH4NO3

氧化數

 

 

 

 

物質

OF2

NaH

NH4Cl

NH3

K2Cr2O7

氧化數

 

 

 

 

 

物質

KMnO4

H2O2

(NH4)3PO4

NaClO3

Fe2O3

氧化數

 

 

 

 

 

C、 日常生活中常見的氧化還原反應:

(1)  光合作用:
植物以H2OCO2為原料,合成葡萄糖的反應。
6CO2
6H2O → C6H12O66O2 反應式中:
CO2
C的氧化數為+4C6H12O6C的氧化數為0,因此CO2發生還原反應
H2O
O的氧化數為-2O2中的氧化數為0,因此H2O發生氧化反應
CO2
氧化劑H2O還原劑

(2)  呼吸作用:
生物將葡萄糖(C6H12O6)分解產生CO2H2O,可視為光合作用的逆反應。
C6H12O6
6O2 → 6CO26H2O
反應式C6H12O6→CO2,其中C氧化數由0 a4,為氧化反應,C6H12O6為還原劑。
O2
的氧化數則由0 a2,為還原反應,O2為還原劑。

(3)  水管暢通劑(通樂)
NaOH鋁粉(Al)為原料,加水後進行氧化還原反應。
2NaOH
2Al6H2O → 2Al(OH)42Na3H2  反應式中:
Al
的氧化數為0Al(OH)4Al的氧化數為+3,因此Al氧化Al還原劑
H2O
H的氧化數為+1H2H的氧化數為0,因此H2O還原H2O氧化劑

(4)  雙氧水消毒:
過氧化氫(H2O2)遇血液中的Fe2Fe3離子作催化劑,催化雙氧水的分解反應。
2H2O2→2H2O
O2  反應式中:
H2O2
O的氧化數為-1H2OO的氧化數為-2O2O的氧化數為0
因此H2O2→H2O還原反應,H2O2→O2氧化反應,
H2O2
同時為還原劑,也是氧化劑,此反應稱為自身氧化還原反應

(5)  蘋果削皮後發生氧化反應:
蘋果含大量的Fe2離子,經削皮後,在空氣中遇氧氣會氧化成Fe3離子,形成Fe2O3Fe(OH)3,因此成黃褐色

(6)  食物中的抗氧化劑:
體內的化學反應經常會產生對身體有害的活性物質 (未成對電子的化學物質,又稱為自由基);這些活性物質急需與電子結合成為穩定態,因此具有強大的氧化力。而胡蘿蔔素、維生素C或維生素E等物質在體內能及時提供電子,降低體內自由基對細胞的傷害,因此胡蘿蔔素、維生素CE等物質作為還原劑,或稱為抗氧化劑

 

【題組】硫化菌所進行的反應是屬於氧化還原反應,假設其反應式如下:
       8H2S
xO22CO2  S82CH2OyH2O
當一原子的氧化數上升,表示該原子失去或提供電子,若一原子的氧化數下降,表示該原子得到或接受電子。上式中 O 在 O2 與 S 在 S8 的氧化數均為 0,而 C 在 CO2 中的氧化數為+4,但在 CH2O 中為 0,一個分子的氧化數總和為 0。試回答下列2題:

(   )1. 下列有關硫化菌所進行的反應,何者正確? 
(A)H2S
 進行還原反應  (B)CO2 為氧化劑  (C)x 的數值為 4  (D)y 的數值為 4

(   )2. 針對上述反應式而言,下列哪一選項中的原子,其氧化數在反應前與反應後都相同? 
(A)C  (B)H  (C)O  (D)S

【答案】:(1)B   (2)B

【解析】:(1) 8H2S2O22CO2  S82CH2O6H2O 的反應式中:
   S
的氧化數由 2 a 0 ,因此H2S 發生氧化反應,生成 S8
  
方程式的平衡係數 x2y6
(2)
化學反應式中:
    CO2
C 的氧化數由 4 a 0,發生還原反應;
    H2S
中  H 的氧化數由 1 a +1,因此氧化數不變。
    O2
中的 O 氧化數由 0 a -2,發生還原反應。
    H2S
S 的氧化數由 2 a 0,發生氧化反應。

 

【題組】汽車引擎會排放出 CO2CONOx 及碳氫化合物等廢氣,造成空氣汙染。為減低此等廢氣的毒性,可加裝觸媒轉化器。由引擎排出的廢氣在進入大氣之前,先通過觸媒轉化器的第一部分,將 NO 反應成 NH3;之後再引進空氣與其混合,通過第二部分,觸媒轉化器可使廢氣中的 CO 及未完全燃燒的碳氫化合物在較低的溫度下,反應成 CO2 及 H2O,並使氨氣反應成 N2 及 H2O,使排出的廢氣中的碳氫化合物下降至 30 ppmCO 下降至 0.1%。請依敘述,回答下列2題:

(   )1. 觸媒轉化器並處理下列哪一種氣體?
(A)CO  (B)CO2  (C)NO  (D)CH4

(   )2. 觸媒轉化器的第一部分,將 NO 反應成 NH3 是屬於哪一種化學反應?
(A)
氧化反應  (B)還原反應  (C)酸鹼反應  (D)離子沉澱反應。

【答案】:(1)B   (2)B

【解析】:觸媒轉化器第一部分將NO→NH3,其中N的氧化數由+2a3,可知發生還原反應。
而第二部分將CO→CO2,其中C的氧化數由+2a4,可知發生氧化反應。
碳氫化合物CH4→CO2,其中C的氧化數由-4a4,可知發生氧化反應。
NH3→N2,其中N的氧化數由-3a0,可知NH3發生氧化反應。
觸媒轉化器的第一部份進行還原反應,第二部分進行氧化反應。
CO2
為觸媒轉化器的產物,不是反應物,因此觸媒轉化器並未處理CO2氣體。

 

(   )3. 美國芝加哥大學的研究人員實驗發現,蝦等甲殼類食物含有濃度較高的五價砷化合物。這種物質食入體內,對人體無毒害作用,但是在服用維生素 C 後,經化學反應會使原來無毒的五價砷(即砷酸酐,亦稱五氧化二砷,化學式為 As2O5),轉變為有毒的三價砷(即亞砷酸酐,亦稱三氧化二砷,化學式為 As2O3),這就是俗稱的砒霜。關於此化學反應的敘述,何者正確? 
(A)
維生素 C 作氧化劑  (B)維生素 C 被氧化  (C)As2O3 被還原  (D)不是氧化還原反應  (E)是一種酸鹼反應。

【答案】:(B)

【解析】:服用維生素C後, As2O5  As2O3 ,因此五價砷會轉變成三價砷,可知砷被還原,而維生素C則被氧化,因此維生素C為還原劑,又稱為抗氧化劑。
此化學反應中,As2O5 被還原成 As2O3As2O5 為氧化劑,此反應為氧化還原反應。

 

(   )4. 氮化鋁(AlN)具有耐高溫、抗衝擊、導熱性好、……等優良性質,被廣泛應用於電子工業、陶瓷工業等領域。在一定的條件下,氮化鋁可通過如下的反應合成:
Al2O3
N23C2AlN3CO。下列有關此反應的敘述,何者正確?
(A)
在氮化鋁的合成反應中,N2 是還原劑,Al2O3 是氧化劑  (B)上述反應中,每生成 2 莫耳 AlNN2 就得到 3 莫耳電子  (C)氮化鋁中,氮元素氧化數為-3  (D)氮化鋁晶體屬於分子晶體。

【答案】:(C)

【解析】:(A)此反應中  Al2O3N23C  2AlN3CO,其中N2 被還原(氧化數由 0 a3)
 
因此 N2 為氧化劑;而 C 則被氧化 (氧化數由 0 a2)C 是還原劑。
(B)
此生成 2 莫耳 AlN 時,需要1莫耳的 N2,其中N的氧化數由0 a3,因此1莫耳的N2 共獲得 6 莫耳的電子。
(D)AlN→Al3
N3,可知  Al N 兩種離子結合成為 AlN 離子晶體。