Transcript 3-2 氧化與還原反應
3-2 氧化與還原反應 氧化作用 常見元素對氧活性大小順序 鉀＞鈉＞鈣＞鎂＞鋁＞ 碳＞鋅＞鉻＞鐵＞錫＞鉛＞ 氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金 活性大的元素比活性小的元素易生成氧化物。 利用取代反應，活性大的元素能夠從氧化物中 將活性小的元素置換出來。 C＋2PbO2Pb＋CO2 2Mg＋CO22MgO＋C 氧化作用 鈉、鉀、鎂等金屬燃燒時， 不能用二氧化碳滅火器滅火，為什麼？ 活性大的元素比活性小的元素易生成氧化物。 利用取代反應，活性大的元素能夠從氧化物中 將活性小的元素置換出來。 C＋2PbO2Pb＋CO2 2Mg＋CO22MgO＋C 氧化物的安定性 活性大的元素所生成氧化物較安定， 活性小的元素所生成氧化物較不安定。 A＋BOB＋AO 則活性 A＞B A＜B ） （活性 AO＜BO ） （安定性 氧化物安定性 AO＞BO 實驗 將點燃的鎂帶，放入裝有CO2的廣口瓶中， 鎂帶會繼續燃燒，在瓶壁上附著黑色的斑點， 此為被取代出來的碳，其反應式為： 2Mg＋CO22MgO＋C 實驗 黑色的碳粉和暗紅色的赤鐵礦（Fe2O3）均不會 被磁鐵吸引，將二者充分混合後裝入圓筒狀的 鋁箔紙中，加熱會產生二氧化碳氣體，最後剩 餘留在鋁箔紙上的產物為銀灰色的鐵，可被磁 鐵吸，引其反應式為： 2Fe2O3＋3C4Fe＋3CO2 由以上二實驗可知，鎂、碳、鐵活性大小順序為： Mg＞Ｃ＞Fe 迷你練習 活性大小 1. Cu＋MgO×（不反應） 則活性： Mg＞Cu 。 Mg＞Cu 。 氧化物安定性： MgO＞CuO 。 2. Mg＋CuOMgO＋Cu A＞B 則活性： C＞B C＞A 3. A＋BOB＋AO ； C＋BOB＋CO ； A＋CO× 則活性： C＞A＞B 。 氧化物安定性： CO＞AO＞BO 。 迷你練習 活性大小 下列組合中，哪些組合安定且不會發生取代反應？ □ 鎂VS二氧化碳 □ 鐵VS氧化銅 □ 鈉VS氧化鎂 □ 汞VS氧化鐵 □ 鋁VS氧化鈉 □ 碳VS氧化鐵 □ 鉛VS氧化鈣 □ 鋅VS氧化鉀 □ 氫VS氧化汞 □ 鋅VS氧化鋁 氧化還原反應；氧化劑與還原劑 物質在氧化還原反應中所扮演的角色： 氧化 2Mg ＋ CO2 2MgO ＋ C 還原 A.氧化反應： B.還原反應： 物質與氧結合（得到氧）的反應（氧化數增加） 氧化物失去氧的反應（氧化數減少）。 氧化還原反應；氧化劑與還原劑 物質在氧化還原反應中所扮演的角色： 氧化 2Mg ＋ CO2 2MgO ＋ C 還原 C.氧化還原反應： 在化學反應中，若有一反應物被氧化則同時必 有另一反應物被還原。所以氧化和還原必相伴 發生，此種反應稱為氧化還原反應。 氧化還原反應；氧化劑與還原劑 物質在氧化還原反應中所扮演的角色： 還原劑 氧化 2Mg ＋ CO2 2MgO ＋ C 氧化劑 還原 D.氧化劑：能使別種物質產生氧化反應，本身產 生還原反應（失去氧）的物質稱之。 E.還原劑：能使別種物質產生還原反應，本身產 生氧化反應（得到氧）的物質稱之。 迷你練習 氧化還原 氧化 2Fe2O3 ＋ 3C 4Fe ＋ 3CO2 還原 氧化劑： Fe2O3 還原劑： C ；本身還原後氧化數由 +3 → ；本身氧化後氧化數由 0 → 0 。 +4 。 迷你練習 氧化還原 氧化 C ＋ 2PbO 2Pb ＋ CO2 還原 氧化劑： PbO 還原劑： C ；本身還原後氧化數由 +2 → ；本身氧化後氧化數由 0 → 0 。 +4 。 迷你練習 氧化還原 氧化 2CuO ＋ C 2Cu ＋ CO2 還原 氧化劑： PbO 還原劑： C ；本身還原後氧化數由 +2 → ；本身氧化後氧化數由 0 → 0 。 +4 。 迷你練習 氧化還原 氧化 H2 ＋ CuO Cu ＋ H2O 還原 氧化劑： CuO 還原劑： H2 ；本身還原後氧化數由 +2 → ；本身氧化後氧化數由 0 → 0 。 +1 。 金屬的冶煉 冶金： 從金屬礦提煉出金屬的方法 A.除金、鉑等活性較小的金屬，可能以元素 狀態存在外，其餘大部份都以化合物存在 礦石中。 B.從金屬氧化礦物冶金是利用還原劑把金屬 從礦物中還原出來，即： 金屬氧化物＋還原劑金屬＋氧化物 （若礦物為非氧化物，則需先使之成為氧化物再以還原法冶金） 金屬的冶煉 冶金方法： 鉀＞鈉＞鈣＞鎂＞鋁＞ 碳＞鋅＞鉻＞鐵＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金 A.活性比碳小的金屬氧化物，大都以碳為還原 劑來冶煉金屬，因價格便宜。 B.活性比碳大的金屬氧化物，則以電解法 （電解精煉法簡稱電煉法）成本較高，但可 得到較純的金屬。 鐵的冶煉 高爐內利用碳對氧的活性比鐵對氧的活性大， 可將鐵從鐵的礦物中還原出來。此反應是以 碳為還原劑，氧化鐵為氧化劑。 鐵的冶煉 A.煉鐵設備：高爐 B.煉鐵原料： 1.鐵礦： 赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、菱鐵礦（FeO3） 褐鐵礦（Fe2O3˙3H2O）、黃鐵礦（FeS2需先使之成為 氧化物） 2.煤焦： 以碳C為主，用作燃料及還原劑 3.灰石： 主要成份為碳酸鈣CaCO3、用以除去鐵礦中的泥沙。 鐵的冶煉 鐵的還原 去除泥沙 CaO＋SiO2CaSiO3 偏矽酸鈣，俗稱熔渣 鐵的冶煉 D.生成物質 1.熔渣（可用來當作水泥的原料） 熔渣熔點低，密度小，會浮在液態鐵的表面， 可以防止所生成的鐵再被氧化生成氧化鐵。 熔渣由較高的出口流出，而熔化的液態鐵則由 底部導出。 鐵的冶煉 D.生成物質 2.生鐵 A.生鐵：利用焦煤在高溫時，將鐵礦所煉製而成 的鐵，稱為生鐵 a性質：質硬而脆，因其含碳量相當多，同時也含有許多雜質 b用途：生鐵冷凝時，體積稍微膨脹，適合灌入模型中鑄造， 常用來製造鐵管和普通鐵器。故又稱鑄鐵。 B.熟鐵：若除去生鐵中所含的雜質，稱為熟鐵。 a性質：很純的鐵，富延展性。 b用途：適合高溫鍛造，故又稱鍛鐵。 C.鋼：由生鐵煉成。 a性質：鋼含碳量介於生鐵與熟鐵間，兼有生鐵與熟鐵的優點 b用途：宜鑄造，又宜鍛接，用途極廣。 鐵的冶煉 D.生成物質 2.生鐵 鐵的種類與性質 種類 含碳量 鐵純度 性質 低 生鐵 2～4.5% 質硬而脆 ↓ ↑ 鋼 質硬兼具延、展性 0.2% 高 熟鐵 富延性與展性 日常生活中的氧化還原 日常生活中的氧化還原 A.氧化反應： 物質的燃燒、呼吸作用、鐵的生銹、植物死亡後 的分解、人體內的新陳代謝。 B.還原反應： 光合作用、漂白作用。 日常生活中的氧化還原 日常生活中常見的氧化劑與還原劑： A.常見的氧化劑： 氧氣、氯氣、次氯酸鈉（NaOCl俗稱漂白液）、 次氯酸鈣、硫酸、過氧化氫、硝酸等。 B.常見的還原劑： 焦炭、氫氣、一氧化碳、二氧化硫等。 在藥物化學或食品化學中的還原劑也常被稱為 抗氧化劑，如胡蘿蔔素、維他命C、維他命E等。 日常生活中的氧化還原 在藥物化學或食品化學中的還原劑也常被稱為 抗氧化劑，如胡蘿蔔素、維他命C、維他命E等。 日常生活中的氧化還原 漂白劑 洗衣常用的漂白劑也是一種強氧化劑，通常分為 「氧漂白劑」與「氯漂白劑」兩類。 日常生活中的氧化還原 漂白劑 A.氧漂白劑： 1.氧漂白劑常含有過氧化氫（H2O2） 2.含氧類的漂白劑漂白力較溫和，花色衣物可 安心使用，也可用於絲綢和羊毛。 日常生活中的氧化還原 漂白劑 B.氯漂白劑： 1.氯漂白劑常含有次氯酸鈉（NaOCl） 2.含氯的漂白劑漂白力較強，殺菌、除臭效果亦 較佳，適合白棉、麻等質料衣物，但不適合花 色衣物。 3.使用含氯漂白劑要特別注意，不可使其與鹽酸 混合在一起，因為會產生有毒的氯氣。 氧化數 從化學方程式中不易看出何者物質被氧化或被還原，為了方便了解物質 反應的情形，我們利用氧化數的觀念來確定氧化還原反應的進行。反應 過程中，若某元素的氧化數增加，則其進行氧化反應；反之，若某元素 的氧化數減少，則其進行還原反應。當然，若元素的氧化數沒有發生變 化，則此反應便不屬於氧化還原反應。 氧化數的通則： a. 元素態的氧化數為零。例如：Na、Mg、Cu、H2、O2、P4。 b. 單原子離子：元素的氧化數即為離子的電荷數。Cu2+(＋2)、Cl- (－1)。 c. 多原子離子：各原子的氧化數總和等於其帶電荷。例如：SO42-中，1 個硫原子和4個氧原子的氧化數總和等於－2。 d. 金屬化合物：鹼金族元素的氧化數恆為＋1， 鹼土金族元素的氧化數恆為＋2，鋁恆為＋3，氟恆為－1 e. 金屬氫化物：氫的氧化數為－1，例如：NaH、CaH2。 非金屬氫化物：氫的氧化數為＋1，例如：HCl、H2O、NH3。 f. 一般氧化物：氧的氧化數為－2，例如：CO2、Na2O、CuO。 過氧化物：氧的氧化數為－1，例如：H2O2、Na2O2、BaO2。 超氧化物：氧的氧化數為－1/2，例如：超氧化銫CsO2。 氧的氟化物：可為＋1，如O2F2或為＋2，如OF2。