日常生活中有哪些氧化還原的實例呢？ 我們把切開的蘋果放在空氣中一段時間後 常會發現先前新鮮多汁的果肉 表面變成脫水狀的褐色 這是因為蘋果中含多酚氧化酵素和多酚物質 切開後的果肉接觸到氧氣後 多酚類物質被氧化變成醌類 醌類再進一步聚合成褐色的色素 所以我們就可以看到蘋果表面進行褐變的現象 又或者在新冠肺炎的肆虐下 大家漸漸養成隨時清潔雙手或消毒環境的習慣 最常使用的是稀釋過的漂白水 漂白水是利用次氯酸鈉的氧化力來消滅細菌 日常生活可以利用氧化還原反應 提升生活品質或達到維持健康的目的 西元1718年史塔耳提出了《燃素說》 當時科學家分為「擁燃」和「反燃」兩派 反燃派的拉瓦節提出 氧氣會參與物質的燃燒 此為狹義的氧化還原理論開端 氧化還原反應的定義分為狹義與廣義 狹義的氧化還原反應是指 物質得到氧的反應為氧化反應 失去氧的反應為還原反應 並不是每一種氧化還原反應都有氧的參與 但氧化還原反應一定牽涉到電子的轉移 因此廣義的氧化還原反應是指 物質失去電子 氧化數上升為氧化反應 獲得電子 氧化數下降為還原反應 氧化與還原反應必定同時發生 同時結束 得失電子總數必定相等 什麼是氧化數呢？ 許多化學反應不易從反應式中 看出電子轉移的情形 因此科學家提出氧化數的概念 以幫助氧化還原反應的判斷 以幫助氧化還原反應的判斷 在瞭解氧化數之前 我們先瞭解什麼是電負度 電負度是指在共價鍵結中 元素拉該共用電子對的能力 若該元素的電負度越高 則代表其形成共價鍵時 對共用電子對的吸引程度越強 各元素的電負度依序為 氟＞氧＞氮＞氯＞溴＞碳＞氫＞金屬元素 所以 氧化數的意義是 指化合物中某個原子的氧化程度 也就是得失電子的情形 形式上 是當兩個不同元素的原子以共價鍵相連結時 我們將電子對「武斷地」判給電負度較高的原子 最後依據分配到的鍵結電子數 來算出某特定原子的氧化數 關於氧化數 有以下幾點需要注意的地方 第一點是 氧化數用阿拉伯數字表示 可以為正數、負數或是零 若該元素原子在判斷後 失去電子者 氧化數為正值 氧化數為正值 若獲得電子者 氧化數為負值 第二點是 化合物中同一種原子可能有不同的個別氧化數 其值必為整數 但平均氧化數可能為分數 例如 化合物四氧化三鐵中 有一個鐵原子的個別氧化數是＋2 兩個原子的個別氧化數是＋3 故鐵原子在此化合物中的平均氧化數為＋3分之8 第三點是 該元素的氧化數不能用來表示該元素 一定會有帶其價數的離子存在 例如錳酸根中 錳的氧化數為＋7 但錳正七價離子並不存在 而氧化數的優先判斷規則如畫面所示 請按下暫停鍵觀看畫面上的內容 在判斷化合物各元素的氧化數時 還以下幾個需遵守的原則 我們依照這些規則 可以找到化合物中各原子的氧化數 第一個是 電中性的化合物中 所有原子的氧化數總和必為0 例如 硫酸中 氫為＋1、氧為－2、硫為＋6 氧化數總和為0 第二個是 多原子的離子團 其所有原子的氧化數總和必為其所帶的價數 例如 硝酸根中 氧為－2、氮為＋5 故氧化數總和為－1 第三個是 主族元素可能的氧化數值 最高為其A族族數 最低為其A族族數減8 其氧化數可能介於最高與最低值之間 過渡元素的氧化數較無規律性 但其數值皆為正值 試計算出下列物質中 畫底線的元素氧化數為多少？ 當我們學會判斷元素在化合物中的氧化數之後 我們就可以判斷反應物和生成物的化學式中 有沒有元素的氧化數進行改變 來判定該反應是不是屬於氧化還原反應 甚至可以進一步確認何種物質進行氧化反應 何種物質進行還原反應 若原子氧化數增加 表示原子失去電子 進行氧化反應 若原子氧化數減少 表示原子得到電子 進行還原反應 舉例說明 畫面上反應式的反應物皆為元素 故氫氣、氟氣的氧化數皆為0 生成物氟化氫中 氟必為－1 故氫為＋1 從氧化數判定可知 有元素的氧化數進行改變 因此 此反應式為一個氧化還原反應 氫氣變為氟化氫的過程中 進行氧化反應 兩個氫原子的氧化數由0變成＋1 代表兩個氫原子失去兩個電子 進行氧化反應 再以鐵的冶煉為例 氧化鐵與煤焦混合加熱 生成鐵和二氧化碳 碳原子的氧化數由0增為＋4 代表一共失去四乘三等於十二個電子 進行氧化反應 鐵原子的氧化數由＋3減為0 代表得到三乘四等於十二個電子 發生還原反應 透過以上兩個例子 我們知道失去的電子數必等於得到的電子數 氧化、還原反應同時發生 同時結束 又例如畫面上的反應式中 不論反應物或生成物 氫原子的氧化數皆為＋1 氧原子的氧化數皆為－2 鉻原子的氧化數皆為＋6 原子的氧化數都沒有改變 代表反應時沒有物質得到或失去電子 故此反應便不是氧化還原反應 在畫面上的鋅銅電池反應式中找找看 哪一個物質發生還原反應？ 哪一個物質發生氧化反應？ 有些氧化還原反應 在同一個反應物中的同一種原子 發生氧化反應同時也發生還原反應 我們將此種反應稱之為自身氧化還原反應 例如畫面上的化學式中 反應物白磷中的磷原子 同時變成生成物磷化氫和次磷酸根中的磷原子 白磷的氧化數為0 磷化氫中磷的氧化數為－3 次磷酸根中磷的氧化數為＋1 表示反應物白磷中的磷原子 一部分氧化數由0減為－3 進行還原反應 同時 一部分氧化數由0增為＋1 進行氧化反應 故此反應被稱之為自身氧化還原反應 我們來整理一下 這個單元我們學到了什麼？ 從國中學過 以「氧的得失」觀點來判斷氧化還原反應 到現在以「電子的得失」 來學習廣義的氧化還原反應 我們學習氧化數的判定法則 並藉由反應物與生成物中 同一種原子氧化數是否改變 來判斷該反應是否為氧化還原反應 更能進一步確認哪一個物質進行氧化反應 哪一個物質進行還原反應 在同一個反應物中的同一種原子 若同時發生氧化和還原反應 我們將其稱為自身氧化還原反應 同學們 看完本單元你是否已經複習 並延伸加廣有關氧化還原反應的觀念了呢？ 歡迎分享你的學習心得 我們下次再見