5-2 反應式的平衡 1 1.

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5-2 反應式的平衡 1 1

反應式的平衡 5-2 氧化還原反應需遵守質量守恆與電荷守恆的原理。因此可根據原子不滅和電子的得失來平衡反應式,高一介紹過觀察法和代數法,本節將介紹半反應平衡法與氧化數平衡法。 2

反應式的平衡 5-2 5-2.1 半反應平衡法 5-2.2 氧化數平衡法 3

反應式的平衡 5-2 學習目標: 了解半反應平衡法。 了解氧化數平衡法。 4

半反應平衡法 5-2.1 失去電子的半反應為氧化反應, 得到電子的半反應為還原反應。 全反應中,兩半反應電子的得失數目相等, 依此概念平衡氧化還原反應式, 稱為半反應平衡法。 運用半反應平衡法,較能觀察出電子的得失與轉 移情形, 其步驟如下: 5

Fe2+(aq)+Cr2O72-(aq) → Fe3+(aq)+Cr3+(aq) 半反應平衡法 5-2.1 Fe2+(aq)+Cr2O72-(aq) → Fe3+(aq)+Cr3+(aq) 以酸性溶液中,亞鐵離子與二鉻酸根反應生成鐵 離子與鉻離子為例。 未平衡反應式: Fe2+(aq)+Cr2O72-(aq) → Fe3+(aq) +Cr3+(aq) 【氧化半反應】 【還原半反應】 Fe2+(aq) → Fe3+(aq) Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) 亞鐵離子氧化成鐵離子,失去 1 個電子 二鉻酸根獲得 6 個電子,還原成鉻離子 6

因為在酸性溶液中反應,所以用 H+ 使電荷平衡 半反應平衡法 5-2.1 Cr2O72-(aq) +6e- → 2Cr3+(aq) 因為在酸性溶液中反應,所以用 H+ 使電荷平衡 設加入 x mol H+, 總電荷(-2)+x+(-1)×6=2×(+3),解得 x=14 用 H2O 平衡 H 與 O 原子,以符合質量守恆 7

半反應平衡法 5-2.1 氧化半反應式: 還原半反應式: 全反應: 8

範例 5-3 在鹼性溶液中,以半反應平衡法平衡反應式。 I2(s)+NO2-(aq) → I-(aq) +NO3-(aq) 解答在後 9 9 選修化學(上) 9

範例 5-3 解答 1. 氧化半反應:NO2- → NO3- NO2- + 2OH- → NO3- + 2e- 設平衡加入 x mol OH-, 總電荷(-1)+(-1) × x=(-1)+(-1) × 2, 解得 x=2。 NO2- + 2OH- → NO3- + 2e- (3)用 H2O 平衡 H 與 O 原子,以符合質量守恆。 NO2- + 2OH- → NO3 (aq) - + H2O + 2e- 10 選修化學(上)

範例 5-3 解答 2. 還原半反應:I2 → 2I- I2 + 2e-→ 2I- 碘分子獲得2 個電子,還原成碘離子。 I2 + 2e-→ 2I- 氧化半反應:NO2- (aq) + 2OH- (aq) → NO3- (aq) + H2O () + 2e- ×1 還原半反應:I2 (s) + 2e- → 2I- (aq) ×1 全反應式: I2(s) + NO2-(aq) + 2OH-(aq) → 2I-(aq) + NO3-(aq) + H2O() . 11 選修化學(上)

練習題 5-3 在酸性溶液中,以半反應平衡法平衡下列反應式。 MnO4-(aq)+S2O32-(aq) → Mn2+(aq) +SO42-(aq) 解答在後 12 選修化學(上) 12

練習題 5-3 解答 1. 氧化半反應:S2O32- → SO42- (1) S 的氧化數由+2 變為+6,有兩個 S,增加 8, 即失去 8 個電子。 (2)在酸性溶液中反應,所以 用 H+ 平衡電荷, 設平衡加入 x mol H+, 總電荷(-2)=(-2)× 2+(+1)× x+(-1)× 8, 解得 x=10。 (3)用 H2O 平衡 H 與 O 原子,以符合質量守恆。 13 選修化學(上)

練習題 5-3 解答 2. 還原半反應:MnO4- → Mn2+ (1) Mn 的氧化數由+7變為+2,減少5,即獲得5 個電子。 (2) 在酸性溶液中反應,所以用 H+ 平衡電荷, 設平衡加入 y mol H+, 總電荷(-1)+(+1) × y+(-1) × 5=2, 解得 y=8。 (3)用 H2O 平衡 H 與 O 原子,以符合質量守恆。 14 選修化學(上)

練習題 5-3 解答 氧化半反應:S2O32- + 5H2O → 2SO42-+ 10H+ + 8e- ×5 還原半反應:MnO4-+ 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O ×8 全反應式: 5S2O32- + 8MnO4- + 14H+ → 10SO42- + 8Mn2+ + 7H2O 15 選修化學(上)

氧化數平衡法 5-2.2 氧化數平衡法係運用氧化數變化的淨改變量為 零,以平衡反應式。 其步驟如下: 16

C 的氧化數由 +3 變為 +4,有兩個 C,變化量為 +2 氧化數平衡法 5-2.2 以過錳酸根在酸性水溶液中與草酸根的反應為例。 未平衡反應式: MnO4-(aq)+C2O42-(aq)+H +(aq) → Mn2+(aq)+CO2(g)+H2O(l) +7 +3 +2 +4 Mn 的氧化數由 +7 變為 +2 ,變化量為 -5 C 的氧化數由 +3 變為 +4,有兩個 C,變化量為 +2 17

氧化數平衡法 5-2.2 因為Mn 的氧化數減少 5, 所以 MnO4- 與 Mn2+ 的係數分別乘以 2 因為C 的氧化數增加 2, 所以 C2O42-的係數乘以 5, 故 CO2 平衡 C 的原子數係數為 10 18

氧化數平衡法 5-2.2 用氫離子(H+)或氫氧離子(OH-)平衡電荷, 因在酸中用 H+ 平衡電荷 設加入 x mol H+, 用 H2O 平衡 H 原子或 O 原子 平衡反應式: 19

範例 5-4 在鹼性水溶液中,用氧化數法平衡下列反應式。 CH3OH(aq)+MnO4-(aq) → CO32-(aq) +MnO42-(aq) 解答 C 的氧化數由 -2 變為 +4 ,變化量為 +6 Mn的氧化數由 +7 變為 +6,變化量為 -1 20 選修化學(上) 20

範例 5-4 設平衡加入 x mol OH-, 總電荷6 ×(-1)+x(-1)=1 ×(-2)+6 ×(-2), 解得 x=8。 因為 Mn 的氧化數減少 1, 所以 MnO4- 與 MnO42- 的係數乘以 6 最後用 H2O 平衡 H 原子或 O 原子 平衡反應式: 21 選修化學(上)

練習題 5-4 用氧化數法平衡下列反應式。 Cu(s)+NO3-(aq) +H+(aq) → Cu2+(aq) +NO(g)+H2O(l) 解答在後 22 選修化學(上) 22

練習題 5-4 (1) (2) (3)設平衡加入 x mol H+,總電荷2 × (-1)+x=3 × 2, 解得 x=8。 × 3 (2) × 2 (3)設平衡加入 x mol H+,總電荷2 × (-1)+x=3 × 2, 解得 x=8。 (4)平衡反應式: 3Cu(s)+2NO3-(aq)+8H+(aq)→3Cu2+(aq)+2NO(g)+4H2O(l) 23 選修化學(上)

學習成果評量 試用半反應法平衡以下酸性溶液之化學反應式。 I2(s) + ClO3-(aq) → IO3-(aq) + Cl-(aq) 解答: 氧化半反應:I2 → IO3- I2 → 2IO3- I2 → 2IO3- + 10e- I2 → 2IO3- + 10e- + 12H+ I2 + 6H2O → 2IO3- + 10e- +12H+ 氧化半反應:I2 + 6H2O → 2IO3- + 10e- +12H+ 還原半反應:ClO3- + 6e- + 6H+ → Cl- + 3H2O 全反應:3I2 + 5ClO3- + 3H2O → 6IO3- + 5Cl- + 6H+ ×3 ×5 還原半反應:ClO3- → Cl- ClO3- + 6e- → Cl- ClO3- + 6e- + 6H+ → Cl- ClO3- + 6e- + 6H+ → Cl- + 3H2O 24 選修化學(上) 24

學習成果評量 試用氧化數法平衡以下酸性溶液之化學反應式。 I2(s) + ClO3-(aq) → IO3-(aq) + Cl-(aq) 解答: ×3 +10 I2 + ClO3- → IO3- + Cl- 3 5 +3H2O 6 2 5 +6H+ -6 ×5 25 選修化學(上) 25