Transcript 中四單元20簡報

第 20 節 氧化作用和還原作用
20.1 以獲得和失去氧來定義氧化作用和還原作用
20.2 氧化劑和還原劑
20.3 以獲得和失去氫來定義氧化作用和還原作用
20.4 以電子的轉移來定義氧化作用和還原作用
20.5 金屬的還原能力
20.6 氧化數
20.7 以氧化數來鑑定氧化還原反應
20.8 氧化數概念的優點和缺點
20.9 以司托克系統命名化合物
20.10 常見氧化劑和還原劑的化學變化
20.11 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式
20.12 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式
20.13 電化序與常見的氧化劑 / 還原劑的氧化 / 還原能力的關係
20.14 氯作為氧化劑
20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑
20.16 濃硫酸作為氧化劑
20.17 二氧化硫溶液作為還原劑
課文摘要
第 20 節 氧化作用和還原作用
20.1 以獲得和失去氧來定義氧化作用和還原作用 (頁46)
氧化作用 (oxidation) 是物種獲得氧的過程。
還原作用 (reduction) 是物種失去氧的過程。
氧化作用和還原作用總是同時發生的。這兩個過程可合稱為氧化還原
反應 (redox reaction) 。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.2 氧化劑和還原劑 (頁47)
導致還原作用的物種稱為還原劑 (reducing agent)。
導致氧化作用的物種稱為氧化劑 (oxidizing agent)。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.3 以獲得和失去氫來定義氧化作用和還原作用 (頁47)
氧化作用 (oxidation) 是物種失去氫的過程。
還原作用 (reduction) 是物種獲得氫的過程。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.4 以電子的轉移來定義氧化作用和還原作用 (頁48)
氧化作用是物種失去電子的過程。
還原作用是物種獲得電子的過程。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.4 以電子的轉移來定義氧化作用和還原作用 (頁48)
氧化劑是獲得電子的物種。
還原劑是失去電子的物種。
Al
Fe2O3
物種在反應過程中
失去電子
獲得電子
物種進行
氧化作用
還原作用
物種被
氧化
還原
物種是
還原劑
氧化劑
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.5 金屬的還原能力 (頁50)
金屬的還原能力和金屬離子的氧化能力
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.6 氧化數 (頁51)
元素的氧化數 (oxidation number)：
• 根據一系列規則為它訂定的「想像性電荷」
• 假設了所有化合物都是離子化合物
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.6 氧化數 (頁51)
規則
例子
1 所有以自由態形式存在的元素的氧化數都是零。
氮、氧、氟、硫和所有金屬的氧化數均是零。
2 單原子離子的氧化數等於該離子的電荷。
在Fe3+ 中，鐵的氧化數是
在O2– 中，氧的氧化數是
在Cl– 中，氯的氧化數是
在Na+ 中，鈉的氧化數是
3 部分元素在化合物中有固定的氧化數。
所有鹼金屬在化合物中的氧化數都是
氫在大多數化合物中的氧化數是
所有鹼土金屬在化合物中的氧化數都是
氟在化合物中的氧化數是
氧在大多數化合物中的氧化數是
4 在不帶電荷的化合物中，所有元素的氧化數的總
和等於零。
在H2O 中，氫的氧化數 = +1
氧的氧化數 = –2
(+1) x 2 + (–2) = 0
5 離子中所有元素的氧化數的總和等於該離子所帶
的電荷。
在OH– 中，(–2) + (+1) = –1
+3
–2
–1
+1
+1
+1
+2
–1
–2
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.7 以氧化數來鑑定氧化還原反應 (頁54)
涉及氧化數增加的過程是氧化作用。
涉及氧化數減少的過程是還原作用。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.7 以氧化數來鑑定氧化還原反應 (頁54)
氧化劑中某種元素的氧化數會減少。
還原劑中某種元素的氧化數會增加。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.7 以氧化數來鑑定氧化還原反應 (頁54)
MnO2
HCl
氧化數的轉變
Mn 的氧化數由 +4 減至
+2
Cl 的氧化數由 –1 增至
0
物種進行
還原作用
氧化作用
物種令
HCl 中 Cl 的氧化數增加
MnO2 中 Mn 的氧化數
減少
物種是
氧化劑
還原劑
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.7 以氧化數來鑑定氧化還原反應 (頁54)
例題：
鑑定下列每項反應是否氧化還原反應。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.7 以氧化數來鑑定氧化還原反應 (頁54)
題解：
a) P 的氧化數由 0 增至 +5，Cl 的氧化數則由 0 減至 –1。因此，此反應是氧化
還原反應。
b) Zn 的氧化數由 0 增至 +2，Ag 的氧化數則由 +1 減至 0。因此，此反應是氧
化還原反應。
c)此反應不是氧化還原反應，因為在反應過程中所有元素的氧化數均保持不變。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.8 氧化數概念的優點和缺點 (頁57)
氧化數的概念讓我們很容易就可以鑑定反應是否氧化還原反應，還可讓
我們知道物種的哪個部分被氧化或被還原。
這個概念可能令我們對分子的結構產生誤解，例如在 CO2 中，碳的氧化
數是 +4，這可能令人誤以為碳原子帶有四個正電荷。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.9 以司托克系統命名化合物 (頁58)
司托克系統 (Stock system) ― 以氧化數概念作基礎來命名化合物
命名陽離子的例子
化學式
司托克系統名稱
Cu2O
氧化銅(I)
CuO
氧化銅(II)
FeCl2
氯化鐵(II)
FeCl3
氯化鐵(III)
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.9 以司托克系統命名化合物 (頁58)
命名含氧陰離子 (oxoanion) 的例子
離子的化學式
中心元素的氧化數
通用名稱
司托克系統名稱
MnO4–
+7
高錳酸根離子
錳(VII) 酸根離子
MnO42–
+6
錳酸根離子
錳(VI) 酸根離子
Cr2O72–
+6
重鉻酸根離子
重鉻(VI) 酸根離子
CrO42–
+6
鉻酸根離子
鉻(VI) 酸根離子
NO3–
+5
硝酸根離子
硝(V) 酸根離子
NO2–
+3
亞硝酸根離子
硝(III) 酸根離子
SO42–
+6
硫酸根離子
硫(VI) 酸根離子
SO32–
+4
亞硫酸根離子
硫(IV) 酸根離子
ClO4–
+7
高氯酸根離子
氯(VII) 酸根離子
ClO3–
+5
氯酸根離子
氯(V) 酸根離子
ClO2–
+3
亞氯酸根離子
氯(III) 酸根離子
ClO–
+1
次氯酸根離子
氯(I) 酸根離子
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.10
常見氧化劑和還原劑的化學變化 (頁59)
一些常見氧化劑反應時的化學變化
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.10
常見氧化劑和還原劑的化學變化 (頁59)
SO42-
H+
SO2
Dislike
SO42- + 4H+ + 2e  SO2 + 2H2O
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.10
常見氧化劑和還原劑的化學變化 (頁59)
高錳酸根離子（MnO4–(aq)）（左）被還原成錳(II)
離子（Mn2+(aq)）（右）
重鉻酸根離子（Cr2O72–(aq)）（左）被還原成鉻(III)
離子（Cr3+(aq)（右）
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.10
常見氧化劑和還原劑的化學變化 (頁59)
一些常見的還原劑反應時的化學變化
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.11 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 (頁62)
例題：
寫出酸化高錳酸鉀溶液和硫酸鐵(II) 溶液的氧化還原反應的平衡方程式
題解：
1 寫出反應中的氧化劑和還原劑。
酸化高錳酸鉀溶液是氧化劑，而硫酸鐵(II) 溶液是還原劑。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.11 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 (頁62)
2a) 寫出還原作用的離子半反應式。
MnO4–(aq)  Mn2+(aq)
Dislike
MnO4–(aq)  Mn2+(aq) + 4H2O(l)
MnO4–(aq) + 8H+(aq)  Mn2+(aq) + 4H2O(l)
MnO4–(aq) + 8H+(aq) + 5e–  Mn2+(aq) + 4H2O(l)
(i)
b) 寫出氧化作用的離子半反應式。
Fe2+(aq)  Fe3+(aq)
Fe2+(aq)  Fe3+(aq) + e–
(ii)
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.11 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 (頁62)
3 令一離子半反應式中獲得的電子數目跟另一離子半反應式中失去的電子數目
相等。
4
把所得兩條離子半反應式合併，並消去電子。
(i)
(ii) X 5
MnO4–(aq) + 8H+(aq) + 5e–
5Fe2+(aq)
Mn2+(aq) + 4H2O(l)
5Fe3+(aq) + 5e–
MnO4–(aq) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq)
Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) + 4H2O(l)
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.12 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 (頁66)
例題：
寫出酸化高錳酸鉀溶液和硫酸鐵(II) 溶液的氧化還原反應的平衡方程式
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.12 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 (頁66)
題解
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.12 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 (頁66)
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.13 電化序與常見的氧化劑 / 還原劑的氧化 / 還原能力的關
係 (頁71)
包括常見的氧化劑和還原劑的電化序
4H++SO42-+2e- SO2+2H2O
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.13 電化序與常見的氧化劑 / 還原劑的氧化 / 還原能力的關
係 (頁71)
預測把鐵釘置於硫酸銅(II) 溶液中時可能發生的氧化還原反應
兩條離子半反應式在電化
序中的相對位置
在電化序較低位置的半反應式中屬氧化型的物種，可能會氧化位置較高
的半反應式中屬還原型的物種。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.13 電化序與常見的氧化劑 / 還原劑的氧化 / 還原能力的關
係 (頁71)
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.14 氯作為氧化劑 (頁75)
氯水與溴化鉀溶液的反應
氯水與含鹵離子的溶液的反應
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.14 氯作為氧化劑 (頁75)
氯水與溴化碘溶液的反應
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.14 氯作為氧化劑 (頁75)
同一物種在一個反應中同時被還原和氧化，這個反應稱為歧化作用
(disproportionation).
氯會與冷的稀氫氧化鈉溶液反應:
氯也會與熱的濃氫氧化鈉溶液反應:
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 (頁79)
濃硝酸：
Cu(s) + 2NO3–(aq) + 4H+(aq)
Cu2+(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
0
5
2
4
有毒、棕色
0
5
4
4
C(s) + 4HNO3(aq)
CO2(g) + 4NO2(g) + 2H2O(l)
0
5
4
4
S(s) + 4HNO3(aq)
SO2(g) + 4NO2(g) + 2H2O(l)
稀硝酸：
3Cu(s) + 2NO3–(aq) + 8H+(aq)
0
5
比較不同濃度的硝酸與鎂和銅
的反應
3Cu2+(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)
2
2 有毒、無色
2NO(g) + O2(g)
無色
2NO2(g)
棕色
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.16 濃硫酸作為氧化劑 (頁81)
與金屬和非金屬的反應:
Cu(s) + 2H2SO4(l)
CuSO4(aq) + SO2(g) + 2H2O(l)
C(s) + 2H2SO4(l)
CO2(g) + 2SO2(g) + 2H2O(l)
S(s) + 2H2SO4(l)
3SO2(g) + 2H2O(l)
濃硫酸與鋅和銅的反應
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.16 濃硫酸作為氧化劑 (頁81)
濃硫酸與鹵化物的反應
與鹵化物的反應:
NaCl(s) + H2SO4(l)
NaHSO4(s) + HCl(g)
與氯化氫（HCl）相比，溴化氫（HBr）是較強的還原劑，所以溴化氫較
易被濃硫酸氧化。
NaBr(s) + H2SO4(l)
NaHSO4(s) + HBr(g)
2HBr(g) + H2SO4(l)
Br2(g) + SO2(g) + 2H2O(l)
棕紅色
至於碘化鈉，實際會發生幾個反應，其一是生成碘
化氫。
NaI(s) + H2SO4(l)
NaHSO4(s) + HI(g)
8HI(g) + H2SO4(l)
4I2(s) + H2S(g) + 4H2O(l)
黑色
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.17 二氧化硫溶液作為還原劑 (頁83)
二氧化硫溶液是良好的還原劑，這是因為來自亞硫酸的亞硫酸根離子
(SO32–)具還原性質。
在氧化還原反應中，亞硫酸根離子會被氧化成硫酸根離子。
檢測SO2(g)
探究二氧化硫的化學性質
（上）（微型實驗）
探究二氧化硫的化學性質
（下）（微型實驗）
二氧化硫把經酸化重鉻酸鉀溶液浸透的濾紙由
橙色變成綠色
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第 20 節 氧化作用和還原作用
20.17 二氧化硫溶液作為還原劑 (頁83)
二氧化硫溶液的還原作用
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第 20 節 氧化作用和還原作用
課文摘要 (頁88)
1 下表總結了氧化作用和還原作用的各種定義：
定義所根據的概念
氧化作用
氧化作用還原作用
氧的得失
物種獲得氧的過程
物種失去氧的過程
氫的得失
物種失去氫的過程
物種獲得氫的過程
電子的轉移
物種失去電子的過程
物種獲得電子的過程
氧化數的轉變
涉及氧化數增加的過程 涉及氧化數減少的過程
2 氧化作用和還原作用總是同時發生的，這兩個過程可合稱為氧化還
原反應。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
課文摘要 (頁88)
3 還原劑是導致還原作用的物種；氧化劑則是導致氧化作用的物種。
物種是
物種本身進行
物種被
物種被氧化數的轉變
還原劑
氧化作用
氧化
增加
氧化劑
還原作用
還原
還原減少
4 元素的氧化數是根據一系列規則為它訂定的「想像性電荷」。
5 平衡氧化還原反應的方程式的方法包括：
a) 把離子半反應式合併；
b) 氧化數方法。
6 在電化序中，
a) 氧化劑的氧化能力由上至下依次遞增。
b) 還原劑的還原能力由上至下依次遞減。
7 可根據電化序，預測可能發生的氧化還原反應。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
課文摘要 (頁88)
8 下表總結了氯、不同濃度的硝酸、濃硫酸和二氧化硫的氧化 / 還原性質。
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第 20 節 氧化作用和還原作用
課文摘要 (頁88)
P. 42 / 45
第 20 節 氧化作用和還原作用
課文摘要 (頁88)
P. 43 / 45