氧化作用是物質獲得氧的過程。 鎂在空氣中燃燒的過程是一種快的氧化作用。 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) 20.1 氧化作用與還原作用的性質 氧化作用是物質獲得氧的過程。 鎂在空氣中燃燒的過程是一種快的氧化作用。 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)

物質失去氧的過程稱為還原作用。 可以用碳把某金屬氧化物的氧移去。 2PbO(s) + C(s) 2Pb(s) + CO2(g) 20.1 氧化作用與還原作用的性質 物質失去氧的過程稱為還原作用。 可以用碳把某金屬氧化物的氧移去。 2PbO(s) + C(s) 2Pb(s) + CO2(g)

碳與來自氧化鉛 (II) 的氧反應生成二氧化碳，這過程是氧化作用。氧化鉛 (II) 失去氧生成鉛，這過程是還原作用。 20.1 氧化作用與還原作用的性質 碳與來自氧化鉛 (II) 的氧反應生成二氧化碳，這過程是氧化作用。氧化鉛 (II) 失去氧生成鉛，這過程是還原作用。 氧化作用（獲得氧） 2PbO(s) 2Pb(s) C(s) CO2(g) + 還原作用（失去氧）

氧化作用和還原作用總是同時發生的。這兩個作用可合稱為氧化還原反應。 20.1 氧化作用與還原作用的性質 氧化作用和還原作用總是同時發生的。這兩個作用可合稱為氧化還原反應。

20.2 氧化劑與還原劑 促成還原作用的物質稱為還原劑。 促成氧化作用的物質稱為氧化劑。

2Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2Fe(s) 20.3 以電子的轉移定義氧化作用和還原作用 試研究鋁和氧化鐵 (III) 的反應： 2Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2Fe(s)

20.3 以電子的轉移定義氧化作用和還原作用 氧化作用是物質失去電子的過程。 還原作用是物質獲得電子的過程。

根據電子轉移的概念，亦可為氧化劑和還原劑作如下定義： 20.3 以電子的轉移定義氧化作用和還原作用 根據電子轉移的概念，亦可為氧化劑和還原劑作如下定義： 氧化劑是獲得電子的物質。 還原劑是失去電子的物質。

簡單化學電池內發生的反應是氧化還原反應的例子。 20.4 簡單化學電池內的氧化還原反應 簡單化學電池內發生的反應是氧化還原反應的例子。 圖 20.3 在簡單化學電池內發生的氧化還原作用

Mg2+(aq) + Cu(s) Cu2+(aq) + Mg(s) 20.4 簡單化學電池內的氧化還原反應 簡單化學電池內發生的反應是氧化還原反應的例子。 氧化作用 Mg(s) Mg2+(aq) + 2e– 還原作用 Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) 電池的整體反應是： Mg2+(aq) + Cu(s) Cu2+(aq) + Mg(s)

簡單化學電池內發生的反應是氧化還原反應的例子。 20.4 簡單化學電池內的氧化還原反應 簡單化學電池內發生的反應是氧化還原反應的例子。

我們可以把氧化還原反應的離子方程式分成兩部分： 20.5 離子半反應式 我們可以把氧化還原反應的離子方程式分成兩部分： 每部分稱為離子半反應式。 以鎂 — 銅電池內的反應為例，兩個離子半反應式是： 氧化作用 Mg(s) Mg2+(aq) + 2e– 還原作用 Cu2+(aq) + 2e– Cu(s)

在表 20.1 的電化序中，位於左方的物質是氧化劑（獲得電子），位於右方的物質是還原劑（失去電子）。 20.6 金屬的還原能力 在表 20.1 的電化序中，位於左方的物質是氧化劑（獲得電子），位於右方的物質是還原劑（失去電子）。 位於電化序上方的金屬較易形成離子，所以是強還原劑。 金屬的還原能力隨電化序由上至下遞減。

20.6 金屬的還原能力 金屬離子 金屬 表 20.1 金屬的還原能力和金屬離子的氧化能力 強還原劑 金屬的 還原能力漸增 弱還原劑 20.6 金屬的還原能力 金屬離子 金屬 強還原劑 金屬的 還原能力漸增 弱還原劑 弱氧化劑 金屬離子的氧化能力漸增 強氧化劑 K+(aq) + e– K(s) Ca2+(aq) + 2e– Ca(s) Na+(aq) + e– Na(s) Mg2+(aq) + 2e– Mg(s) Al3+(aq) + 3e– Al(s) Zn2+(aq) + 2e– Zn(s) Fe2+(aq) + 2e– Fe(s) 表 20.1 金屬的還原能力和金屬離子的氧化能力

20.6 金屬的還原能力 金屬離子 金屬 表 20.1 金屬的還原能力和金屬離子的氧化能力 強還原劑 金屬的 還原能力漸增 弱還原劑 20.6 金屬的還原能力 金屬離子 金屬 強還原劑 金屬的 還原能力漸增 弱還原劑 弱氧化劑 金屬離子的氧化能力漸增 強氧化劑 Pb2+(aq) + 2e– Pb(s) 2H+(aq) + 2e– H2(g) Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) Hg2+(aq) + 2e– Hg(l) Ag+(aq) + e– Ag(s) Au+(aq) + e– Au(s) 表 20.1 金屬的還原能力和金屬離子的氧化能力

在電化序中位置較高的金屬可把位置較低的金屬從其化合物中置換出來。 20.7 從電化序預測置換反應的結果 在電化序中位置較高的金屬可把位置較低的金屬從其化合物中置換出來。 例如，鐵可把銅從硫酸銅 (II) 溶液中置換出來。 Fe(s) + Cu2+(aq) Fe2+(aq) + Cu(s) 還原劑 氧化劑

20.7 從電化序預測置換反應的結果 圖 20.4 在電化序中，鐵的位置在銅之上，所以它的還原能力較銅的強

非金屬反應時通常會獲得電子（氫除外），所以非金屬通常是氧化劑。 20.8 非金屬的氧化能力 非金屬反應時通常會獲得電子（氫除外），所以非金屬通常是氧化劑。 非金屬離子反應時通常會失去電子（氫離子除外），所以非金屬離子通常是還原劑。

表 20.2 非金屬的氧化能力和非金屬離子的還原能力 20.8 非金屬的氧化能力 非金屬 非金屬離子 4OH–(aq) O2(g) + 2H2O(I) + 4e– 弱氧化劑 強還原劑 I2(aq) + 2e– 2I–(aq) 非金屬的氧化能力漸增 非金屬離子的還原能力漸增 Br2(aq) + 2e– 2Br–(aq) Cl2(aq) + 2e– 2Cl–(aq) 強氧化劑 弱還原劑 F2(aq) + 2e– 2F–(aq) 表 20.2 非金屬的氧化能力和非金屬離子的還原能力

20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 氧化劑 化學變化 離子半反應式 表 20.3 一些常見氧化劑反應時的化學變化 20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 氧化劑 化學變化 離子半反應式 位於電化序下方的金屬離子，如銀離子 Ag+(aq) 無色 Ag(s) 銀色 Ag+(aq) + e– Ag(s) 氧 O2(g) or O2(g) 無色 2O2–(s) 4OH–(aq) O2(g) + 4e– 2O2–(s) O2(g) + 2H2O(l) + 4e– 氯 Cl2(g) 淡綠色 2Cl–(aq) 無色 Cl2(g) + 2e– 2Cl–(aq) 溴 Br2(aq) + 2e– 2Br–(aq) Br2(aq) 橙色 (或啡色) 2Br–(aq) 無色 表 20.3 一些常見氧化劑反應時的化學變化

20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 氧化劑 化學變化 離子半反應式 表 20.3 一些常見氧化劑反應時的化學變化 酸性高錳酸鉀溶液 20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 氧化劑 化學變化 離子半反應式 酸性高錳酸鉀溶液 MnO4–(aq) 紫色 Mn2+(aq) 淡粉紅色 (或無色) MnO4–(aq) + 8H+(aq) + 5e– Mn2+(aq) + 4H2O(l) 酸性重鉻酸鉀溶液 Cr2O72–(aq) 橙色 2Cr3+(aq) 綠色 Cr2O72–(aq) + 14H+(aq) + 6e– 2Cr3+(aq) + 7H2O(I) 鐵 (III) 鹽溶液，如硫酸鐵 (III) 溶液 Fe3+(aq) 黃色 Fe2+(aq) 淡綠色 Fe3+(aq) + e– Fe2+(aq) 表 20.3 一些常見氧化劑反應時的化學變化

20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 還原劑 化學變化 離子半反應式 表 20.4 一些常見還原劑的化學變化 位於電化序上方的 金屬，如鉀 20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 還原劑 化學變化 離子半反應式 位於電化序上方的 金屬，如鉀 K(s) 銀色 K+(aq) 無色 K(s) K+(aq) + e– 碳 不適用 C(s) 黑色 or C(s) CO2(g) 無色 CO(g) 亞硫酸鹽 SO32–(aq) 無色 SO42–(aq) SO32–(aq) + H2O(l) SO42–(aq) + 2H+(aq) + 2e– 表 20.4 一些常見還原劑的化學變化

20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 還原劑 化學變化 離子半反應式 表 20.4 一些常見還原劑的化學變化 20.9 常見氧化劑和還原劑的化學變化 還原劑 化學變化 離子半反應式 鐵 (II) 鹽溶液，如硫酸鐵 (II) 溶液和硝酸鐵 (II)溶液 Fe2+(aq) 淡綠色 Fe3+(aq) 黃色 Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e– 溴化物溶液，如溴化鉀 溶液 2Br–(aq) 無色 Br2(aq) 橙色 (或棕色) 2Br–(aq) Br2(aq) + 2e– 碘化物溶液，如碘化鉀 溶液 2l–(aq) 無色 I2(aq) 啡色 2l–(aq) I2(aq) + 2e– 表 20.4 一些常見還原劑的化學變化

元素的氧化數是根據一組規則為該元素訂定「想像性電荷」。 20.10 氧化數 元素的氧化數是根據一組規則為該元素訂定「想像性電荷」。 訂定一個元素在某種化合物中的氧化數時，可假設所有化合物都是離子化合物。

訂定氧化數的規則 1 所有自由狀態元素的氧化數是零。 2 簡單離子內元素的氧化數等於該離子的電荷。 20.10 氧化數 20.10 氧化數 訂定氧化數的規則 1 所有自由狀態元素的氧化數是零。 例如氮、氧、氟、硫和所有金屬的氧化數均是零。 2 簡單離子內元素的氧化數等於該離子的電荷。 在 Fe3+ 中，鐵的氧化數是 +3 在 O2– 中，氧的氧化數是 –2 在 Cl– 中，氯的氧化數是 –1 在 Na+ 中，鈉的氧化數是 +1

訂定氧化數的規則 3 某些元素在化合物中有固定的氧化數。 20.10 氧化數 所有鹼金屬在化合物中的氧化數是 +1 20.10 氧化數 訂定氧化數的規則 3 某些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是 +1 氫在大多數化合物中的氧化數是 +1 所有鹼土金屬在化合物中的氧化數是 +2 氟在化合物中的氧化數是 –1 氧在大多數化合物中的氧化數是 –2

訂定氧化數的規則 4 中性化合物中所有元素的氧化數的總和等於零。 5 離子中所有元素的氧化數的總和相等於該離子所帶的電荷。 20.10 氧化數 訂定氧化數的規則 4 中性化合物中所有元素的氧化數的總和等於零。 H2O (+1)  2 + (–2) = 0 MgO (+2) + (–2) = 0 5 離子中所有元素的氧化數的總和相等於該離子所帶的電荷。 OH– (–2) + (+1) = –1

例題 20.1 計算下列各元素（底有橫線者）在化合物中的氧化數： a) NO2 20.10 氧化數 O 的氧化數 = –2 20.10 氧化數 例題 20.1 計算下列各元素（底有橫線者）在化合物中的氧化數： a) NO2 題解 O 的氧化數 = –2 假設 N 在 NO2 中的氧化數是 x x + (–2)  2 = 0 x = +4  N 在 NO2 中的氧化數是 +4

例題 20.1 b) H2SO4 20.10 氧化數 H 的氧化數 = +1 O 的氧化數 = –2 20.10 氧化數 例題 20.1 b) H2SO4 題解 H 的氧化數 = +1 O 的氧化數 = –2 假設 S 在 H2SO4 中的氧化數是 x (+1)  2 + x + (–2)  4 = 0 x = +6  S 在 H2SO4 中的氧化數是 +6

例題 20.1 c) Fe2O3 20.10 氧化數 O 的氧化數 = –2 假設 Fe 在 Fe2O3 中的氧化數是 x 20.10 氧化數 例題 20.1 c) Fe2O3 題解 O 的氧化數 = –2 假設 Fe 在 Fe2O3 中的氧化數是 x 2x + (–2)  3 = 0 x = +3  Fe 在 Fe2O3 中的氧化數是 +3

例題 20.1 d) NH4NO3 20.10 氧化數 NH4NO3 由 NH4+ 離子和 NO3– 離子組成 20.10 氧化數 例題 20.1 d) NH4NO3 題解 NH4NO3 由 NH4+ 離子和 NO3– 離子組成 假設 N 在 NH4+ 中的氧化數是 x x + (+1)  4 = +1 x = –3  N 在 NH4+ 中的氧化數是 –3

例題 20.1 e) NH4NO3 20.10 氧化數 假設 N 在 NO3– 中的氧化數是 x x + (–2)  3 = –1 20.10 氧化數 例題 20.1 e) NH4NO3 題解 假設 N 在 NO3– 中的氧化數是 x x + (–2)  3 = –1 x = +5  N 在 NO3– 中的氧化數是 +5

2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) 在上述反應中： 20.11 以氧化數鑑定氧化還原反應 鎂的氧化數由 0 增至 +2 20.11 以氧化數鑑定氧化還原反應 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) +2 –2 在上述反應中： 鎂的氧化數由 0 增至 +2 氧的氧化數由 0 減至 –2

2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) 在上述反應中： 20.11 以氧化數鑑定氧化還原反應 20.11 以氧化數鑑定氧化還原反應 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) +2 –2 在上述反應中： 如果反應涉及氧化數轉變，該反應就是氧化還原反應。 氧化作用涉及氧化數增加。 還原作用涉及氧化數減少。

氧化數的概念的優點： 氧化數的概念的缺點： 它幫助我們鑑定某一反應是否氧化還原反應。 20.12 氧化數概念的優點和缺點 氧化數的概念的優點： 它幫助我們鑑定某一反應是否氧化還原反應。 它讓我們確知一個分子或多原子離子的哪個部份被氧化或被還原了。 氧化數的概念的缺點： 令我們誤解分子的結構。

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 寫出氧化還原反應的平衡方程式的步驟 1 寫出進行反應的氧化劑和還原劑的名稱，並確定它們的生成物。

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 寫出氧化還原反應的平衡方程式的步驟 2 分別寫出氧化作用和還原作用的離子半反應式，平衡每一離子半反應式中的原子數目和電荷。 a) 反應是在酸性溶液中進行時，在離以平衡氧原子或氫原子的數目。 b) 在離子半反應式任何一方加上適當數目的電子， 以平衡半反應式的電荷。

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 寫出氧化還原反應的平衡方程式的步驟 3 將兩個平衡的離子半反應式各乘以一個數，令某一離子半反應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 把所得兩個離子半反應式合併，消去電子，約去在反應式左右兩方同時出現的項，便可得到氧化還原反應的平衡方程式。

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.4 寫出氯水與碘化鉀溶液的氧化還原反應的平衡方程式 氯水 碘化鉀溶液 反應混合物 +

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.4 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑。 氯水是氧化劑，而碘化鉀溶液是還原劑。 2 a) 寫出還原作用的離子半反應式。 Cl2 的未平衡離子半反應式是： Cl2(aq) 2Cl–(aq) i) 平衡離子半反應式的原子數目。 原子數目已平衡。 ii) 平衡離子半反應式的電荷。 左方電荷 = 0 右方電荷 = –2 ∴ 在左方加上 2e– 以平衡電荷。 Cl2 的平衡離子半反應式是： Cl2(aq) + 2e– 2Cl–(aq)......(i) 題解

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.4 2 b) 寫出氧化作用的離子半反應式。 Kl 的未平衡離子半反應式是： 2l–(aq) I2(aq) i) 平衡離子半反應式的原子數目。 原子數目已平衡。 ii) 平衡離子半反應式的電荷。 左方電荷 = –2 右方電荷 = 0 ∴ 在右方加上 2e– 以平衡電荷。 KI 的平衡離子半反應式是： 2l–(aq) I2(aq) + 2e–......(ii) 題解

20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 20.13 利用離子半反應式平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.4 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。 電子數目已相等。 4 把所得兩個離子半反應式合併，並消去電子。 (i) Cl2(aq) + 2e– 2Cl–(aq) (ii) 2l–(aq) I2(aq) + 2e– Cl2(aq) + 2I–(aq) 2Cl–(aq) + I2(aq) 題解

此方法的規則如下： 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 此方法的規則如下： 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 2 計算所有原子的氧化數。 3 找出反應中氧化數發生改變的原子。計算每個化學式單位失去或獲得的電子數目。 4 在方程式左方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，令氧化劑獲得的電子數目和還原劑失去的電子數目相等。

此方法的規則如下： 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 此方法的規則如下： 5 在方程式右方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，以平衡獲得或失去電子的原子的數目。 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 7 在方程式兩方加上 H+ 或 OH–，以平衡電荷。若反應在酸性溶液中進行，在缺乏正電荷的一方加上 H+。 8 在方程式的左方或右方加上 H2O，以平衡氧原子的數目。檢查氫原子的數目是否已平衡。

20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.7 寫出氯水與碘化鉀溶液的氧化還原反應的平衡方程式

例題 20.7 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.7 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 Cl2 是氧化劑，而 KI 是還原劑。 Cl2(aq) Cl–(aq) I–(aq) I2(aq) 2 計算所有原子的氧化數。 Cl2(aq) + I–(aq) Cl–(aq) + I2(aq) –1 3 找出反應中氧化數發生改變的原子。計算每個化學式單位失去或獲得的電子數目。 還原作用：每個 Cl2 獲得 2e– Cl2(aq) + I–(aq) Cl–(aq) + I2(aq) –1 氧化作用：每個 l– 失去 1e– 題解

例題 20.7 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.7 4 在方程式左方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，令氧化劑獲得的電子數目和還原劑失去的電子數目相等。 Cl2(aq) + 2I–(aq) Cl–(aq) + I2(aq) 5 在方程式右方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，以平衡獲得或失去電子的原子的數目。 Cl2(aq) + 2I–(aq) 2Cl–(aq) + I2(aq) 題解

例題 20.7 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.7 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 所有原子數目已平衡。 7 平衡方程式兩方的電荷。 左方電荷 = 2  (–1) = –2 右方電荷 = 2  (–1) = –2 方程式兩方的電荷相等。 題解

20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.8 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

例題 20.8 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.8 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 酸化 KMnO4 是氧化劑，而 FeSO4 是還原劑。 MnO4–(aq) Mn2+(aq) Fe2+(aq) Fe3+(aq) 2 計算所有原子的氧化數。 MnO4–(aq) + Fe2+(aq) Mn2+(aq) + Fe3+(aq) +7 +2 +3 3 找出反應中氧化數發生改變的原子。計算每個化學式單位失去或獲得的電子數目。 還原作用：每個 MnO4– 獲得 5e– 氧化作用：每個 Fe2+ 失去1e– MnO4–(aq) + Fe2+(aq) Mn2+(aq) + Fe3+(aq) +7 +2 +3 題解

例題 20.8 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.8 4 在方程式左方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，令氧化劑獲得的電子數目和還原劑失去的電子數目相等。 MnO4–(aq) + 5Fe2+(aq) Mn2+(aq) + Fe3+(aq) 5 在方程式右方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，以平衡獲得或失去電子的原子的數目。 MnO4–(aq) + 5Fe2+(aq) Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) 題解

例題 20.8 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.8 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 所有原子數目已平衡。 左方電荷 = (–1) + 5  (+2) = +9 右方電荷 = (+2) + 5  (+3) = +17 在左方加 8H+。 MnO4–(aq) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq) Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) 7 在缺乏正電荷的一方加上 H+，以平衡方程式兩方的電荷。 8 在方程式左方或右方加上 H2O，以平衡氧原子的數目。 MnO4–(aq) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq) Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) + 4H2O(l) 題解

20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.9 寫出酸化重鉻酸鉀溶液和亞硫酸鈉溶液的氧化還原反應的平衡方程式

例題 20.9 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.9 1 寫出反應中的氧化劑和還原劑，並確定它們的生成物。 酸化 K2Cr2O7 是氧化劑，而 Na2SO3 是還原劑。 Cr2O72–(aq) Cr3+(aq) SO32–(aq) SO42–(aq) 2 計算所有原子的氧化數。 Cr2O72–(aq) + SO32–(aq) Cr3+(aq) + SO42–(aq) +6 +4 +3 3 找出反應中氧化數發生改變的原子。計算每個化學式單位失去或獲得的電子數目。 還原作用：每個 Cr2O72– 獲得 6e– 氧化作用：每個 SO32– 失去 2e– Cr2O72–(aq) + SO32–(aq) Cr3+(aq) + SO42–(aq) +6 +4 +3 題解

例題 20.9 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.9 4 在方程式左方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，令氧化劑獲得的電子數目和還原劑失去的電子數目相等。 Cr2O72–(aq) + 3SO32–(aq) Cr3+(aq) + SO42–(aq) 5 在方程式右方的每個反應物的化學式前加上適當的係數，以平衡獲得或失去電子的原子的數目。 Cr2O72–(aq) + 3SO32–(aq) 2Cr3+(aq) + 3SO42–(aq) 題解

例題 20.9 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 題解 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 20.14 利用氧化數方法平衡氧化還原反應的方程式 例題 20.9 6 除了 O 和 H 之外，平衡所有原子的數目。 所有原子數目已平衡。 7 在缺乏正電荷的一方加上 H+，以平衡方程式兩方的電荷。 左方電荷 = (–2) + 3  (–2) = –8 右方電荷 = 2  (+3) + 3  (–2) = 0 在左方加上 8H+。 Cr2O72–(aq) + 3SO32–(aq) + 8H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3SO42–(aq) 8 在方程式左方或右方加上 H2O，以平衡氧原子的數目。 Cr2O72–(aq) + 3SO32–(aq) + 8H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3SO42–(aq) + 4H2O(l) 題解

NO3–(aq) + 2H+(aq) + e– NO2(g) + H2O(l) 20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 濃硝酸是強氧化劑 在反應過程中，硝酸根離子被還原為二氧化氮（NO2）。氮的氧化數由 +5 降至 +4。 +5 +4 NO3–(aq) NO2(g) 硝酸根離子的還原作用的離子半反應式是： NO3–(aq) + 2H+(aq) + e– NO2(g) + H2O(l)

濃硝酸是強氧化劑 20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 濃硝酸氧化大多數的金屬 （好像銅和鎂）。 20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 濃硝酸是強氧化劑 濃硝酸氧化大多數的金屬 （好像銅和鎂）。 Mg(s) + 2NO3–(aq) + 4H+(aq) Mg2+(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l) Cu(s) + 2NO3–(aq) + 4H+(aq) Cu2+(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)

20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 濃硝酸是強氧化劑 濃硝酸具腐蝕性，因為它有很強的氧化能力。二氧化氮具有毒性和腐蝕性。

20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 稀硝酸作為氧化劑 稀硝酸氧化大部份金屬，包括那些在電化序中位置低於氫的金屬（例如：銅）。

稀硝酸作為氧化劑 在反應過程中，硝酸根離子被還原為一氧化氮 (NO)。氮的氧化數由 +5 減至 +2。 20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 稀硝酸作為氧化劑 在反應過程中，硝酸根離子被還原為一氧化氮 (NO)。氮的氧化數由 +5 減至 +2。 NO3–(aq) NO(g) +5 +2 硝酸根離子的還原作用的離子半反應式是： NO3–(aq) + 4H+(aq) + 3e– NO(g) + 2H2O(l)

稀硝酸作為氧化劑 一氧化氮 (NO) 是一種無色氣體。這種氣體與空氣混合時，會與空氣中的氧產生反應，生成棕色的二氧化氮氣體 (NO2)。 20.15 不同濃度的硝酸作為氧化劑 稀硝酸作為氧化劑 一氧化氮 (NO) 是一種無色氣體。這種氣體與空氣混合時，會與空氣中的氧產生反應，生成棕色的二氧化氮氣體 (NO2)。 無色 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 棕色

我們可以用碳或鉑作電極，製作簡單化學電池。 20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 我們可以用碳或鉑作電極，製作簡單化學電池。 碳和鉑不會與電解質產生化學反應，所以常被稱為惰性電極。

20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 圖 20.10 以碳作電極的簡單化學電池

20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 左邊燒杯內溶液的顏色逐漸由淡綠色變為黃色，因為鐵 (II) 離子 (Fe2+(aq)) 失去電子，被氧化為鐵 (III) 離子 (Fe3+(aq))。 還原劑 Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e–

右邊燒杯內溶液的紫色逐漸消褪，因為高錳酸根離子 (MnO4–(aq)) 獲得電子，被還原為錳 (II) 離子 (Mn2+(aq))。 20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 右邊燒杯內溶液的紫色逐漸消褪，因為高錳酸根離子 (MnO4–(aq)) 獲得電子，被還原為錳 (II) 離子 (Mn2+(aq))。 氧化劑 MnO4–(aq) + 8H+(aq) + 5e– Mn2+(aq) + 4H2O(l) 電子由硫酸鐵 (II) 溶液經外電路流至酸化高錳酸鉀溶液。

20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 另一個簡單化學電池 圖 20.11 另一個以碳作電極的簡單化學電池

在左邊燒杯內，電極的週圍會呈棕色，因為碘離子 (I–(aq)) 失去電子，被氧化為碘分子 (I2 (aq))。 20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 在左邊燒杯內，電極的週圍會呈棕色，因為碘離子 (I–(aq)) 失去電子，被氧化為碘分子 (I2 (aq))。 還原劑 2I–(aq) I2(aq) + 2e–

電子由濃碘化鉀溶液經外電路流至硫酸鐵 (III) 溶液。 20.16 用惰性電極的簡單化學電池內的氧化還原反應 右邊燒杯內的溶液逐漸由黃色變為淡綠色，因為鐵 (III) 離子 (Fe3+(aq)) 獲得電子，被還原為鐵 (II) 離子(Fe2+(aq)) 。 氧化劑 Fe3+(aq) + e– Fe2+(aq) 電子由濃碘化鉀溶液經外電路流至硫酸鐵 (III) 溶液。

電池的外殼由鋅造成，是電池的負電極。 碳棒是正電極 在負電極上發生的氧化作用： 在正電極上發生的還原作用： 20.17 鋅碳電池內的氧化還原反應 電池的外殼由鋅造成，是電池的負電極。 在負電極上發生的氧化作用： Zn(s) Zn2+(aq) + 2e– 碳棒是正電極 在正電極上發生的還原作用： 2NH4+(aq) + 2e– 2NH3(aq) + H2(g)

電池內加入一種氧化劑 — 氧化錳 (IV)，以去除氫氣。 20.17 鋅碳電池內的氧化還原反應 電解質是濕潤的氯化銨糊狀物。 電池內加入一種氧化劑 — 氧化錳 (IV)，以去除氫氣。 2MnO2(s) + H2(g) Mn2O3(s) + H2O(l) 鋅離子則會與氨反應。 Zn2+(aq) + 2NH3(aq) + 2Cl–(aq) Zn(NH3)2Cl2(s)

電池內的整體反應是： 兩大缺點： 2MnO2(s) + 2NH4Cl(aq) + Zn(s) 20.17 鋅碳電池內的氧化還原反應 電池內的整體反應是： 2MnO2(s) + 2NH4Cl(aq) + Zn(s) Zn(NH3)2Cl2 + H2O(l) + Mn2O3(s) 兩大缺點： 如果電池放電太快，便不能及時去除生成的氣體，於是電壓會降低。 這種電池的貯存期較短。 P. 75 / 74