【Redox Reaction】DSE Chemistry 氧化還原反應【化學攻略】

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氧化還原反應在 DSE 化學課程大綱中佔有重要地位，受到廣泛關注。 他們的影響是不可否認的，因為他們對 Paper 1 總分的平均貢獻為 12%。

此外，即使當學生深入研究選修部分時，他們也會遇到大量與氧化還原反應錯綜複雜地交織在一起的內容。

為什麼這個難題仍然存在？ 是否有經過驗證的方法來應對 DSE Chem 中氧化還原反應帶來的挑戰？

為了解決這些緊迫的問題，小編整理了所有與Redox Rection 有關的知識。一篇文章囊括所有！

Redox Reaction (氧化還原反應) 定義

氧化還原反應（Redox Reaction）涉及物質的氧化和還原過程。在這種反應中，一些物質失去電子（氧化）而另一些物質獲得電子（還原）。氧化和還原是同時發生的，因為失去的電子必須由其他物質接受。這些物質被稱為氧化劑和還原劑。氧化劑是指在反應中接受電子的物質，同時氧化其他物質。還原劑是指在反應中失去電子的物質，同時還原其他物質。

Redox reaction

Oxidation Number（氧化數）

氧化數（Oxidation Number O.N.），也稱為氧化態或氧化值，是指元素在化學化合物或離子中所帶有的電荷狀態。它是一種用於描述元素在化學反應中電子轉移的數值表示。

氧化數用來表示元素的電子失去或獲得的程度。正數的氧化數表示元素已失去電子，而負數的氧化數表示元素已獲得電子。氧化數可以是整數或分數，取決於電荷的分配和共有電子的分佈。

在確定氧化數時，有一些常見的規則可以遵循：

  1. Hydrogen, H 的O.N. = +1（Except O.N. of H in metal hydrides is -1）
  2. Oxygen, O 的O.N. = -2（Except O.N. of O in peroxides is -1）
  3. 原子的氧化數通常等於其帶電狀態或價數。例如，純元素的氧化數通常為零，如氧氣（O2）中的每個氧原子的氧化數為0。
  4. 在化合物中，單質元素的氧化數通常是已知的。例如，氧化鎂（MgO）中鎂的氧化數為+2。
  5. 某些元素有固定的氧化數，如氧氣中的氧氣原子氧化數為-2，氫氣中的氫原子氧化數為0，氟氣中的氟原子氧化數為-1。
  6. 氧化數的總和在一個化學反應或一個離子中必須等於電荷的總和。例如，在氯化鈉（NaCl）中，氯的氧化數為-1，鈉的氧化數為+1，以確保總氧化數為零。

Oxidation Number（氧化數）Example Question

問題：求解化合物H2SO4中硫（S）的氧化數。

解答：
要找出H2SO4中硫（S）的氧化數，我們可以按照以下步驟進行：

  1. 將氫（H）的氧化數設為+1。這是化合物中氫常見的氧化數值。
  2. 將氧（O）的氧化數設為-2。這是化合物中氧的常見氧化數值，除非它在過氧化物中為-1，或與更電負的元素結合。
  3. 化合物中氧化數的總和必須等於0。由於H2SO4是一個中性化合物，氧化數的總和必須為零。

讓我們計算硫（S）的氧化數：

H2SO4
2(+1) + S + 4(-2) = 0
2 + S – 8 = 0
S – 6 = 0
S = +6

因此，在H2SO4中，硫（S）的氧化數為+6。

Oxidizing Agents, O.A. & Reducing Agents R.A.
（氧化和還原劑）

很多同學會搞混這寫terms。小編建議您統一您的思維方式。鎖定Agent這個字的意思是作用在別人身上。

Oxidizing Agents 氧化劑（O.A.）是一種能夠氧化他人並自身被還原的物質。在我們應用氧化還原反應的概念中，氧化劑使他人失去電子（氧化），而這些電子自然會被氧化劑接收，因此氧化劑自身會被還原。

Reducing Agents 還原劑（R.A.）則相反，它們能夠還原他人並自身被氧化。同樣地，還原劑使他人獲得電子（還原），而這些電子自然會從還原劑中轉移出去，因此還原劑自身會被氧化。

這種氧化劑和還原劑的作用方式正好相反，它們在氧化還原反應中扮演著重要的角色。通過提供或接收電子，它們使反應能夠進行並產生化學變化。這種相互作用的性質使得氧化劑和還原劑成為許多化學和生物過程中不可或缺的組成部分。

Electrochemical Series, E.C.S.（電化序）

電化序（E.C.S.），又稱為電化學序列，是一種用於比較不同物質在氧化還原反應中的相對活性的工具。它根據物質的氧化還原能力將它們排列成一個有序的列表。

在電化序中，物質根據它們在氧化還原反應中是否能夠氧化或還原其他物質來排列。具有較高氧化能力的物質位於序列的頂部，而具有較高還原能力的物質位於序列的底部。因此，序列的順序可以提供有關物質在氧化還原反應中的活性和優先順序的信息。

電化序的應用非常廣泛。它可以用於預測氧化還原反應的方向性，即哪個物質將被氧化，哪個物質將被還原。此外，電化序還可以用於預測電池的電動勢，了解物質在電池中的行為，以及在電鍍和電解過程中的應用。

Half Equations （半式）

半式（Half Equations）是氧化還原反應中，將氧化或還原反應分解成「氧化」和「還原」兩個步驟的方程式。簡單來說，半式就是將完整的氧化還原反應分解成兩個獨立的步驟，並分別寫出相應的方程式。重要的是要注意，氧化還原的半式方程式中一定包含電子的存在。

舉個例子：Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻

這是氯氣（Cl₂）的還原半式方程式。這個方程式展示了氯氣接受兩個電子（2e⁻），並轉化為兩個氯離子（2Cl⁻）。這個半式反應描述了氯氣分子的還原過程，其中電子的轉移是關鍵步驟。

半式方程式的使用使我們能夠更清楚地理解氧化還原反應的過程和電子的轉移。它們也是平衡氧化還原反應方程式的重要組成部分，因為通過組合相應的氧化和還原半式方程式，我們可以得到完整的平衡反應方程式。

DSE Chem Redox Reaction 技巧：留意electron位置

在香港中學文憑試（DSE）化學的氧化還原反應中，一個重要的技巧是留意電子的位置。

要注意電子的轉移方向。在氧化還原反應中，電子從還原劑轉移到氧化劑。

因此，在寫出反應方程式時，應該清楚地標記哪些物質失去了電子（氧化）和哪些物質獲得了電子（還原）。

氧化half equation，電子是在尖嘴的右邊

還原half equation，電子是在尖嘴的左邊

這樣就能快速地知道自己有沒有寫錯方程式。

DSE Chem Redox Reaction 技巧：背Marking Scheme

大家只要做的多past paper 就會發現一些典型的句子，例如：某物質的oxidizing number 有幾多上升至幾多，即是説某物質氧化成爲某些物質。

確保自己有這些答題“公式”在腦海中，這樣就可以無腦地寫出完美答案。

DSE Chem Redox Reaction 技巧：確認 Oxidizing & Reducing Agents

這個技巧聼起上來很廢，但真的是至關重要！

  1. 確定氧化劑和還原劑：觀察反應方程式，找出哪些物質被氧化（氧化劑）和哪些物質被還原（還原劑）。

  2. 寫出半式方程式：將氧化劑和還原劑各自的氧化或還原過程分解成半式方程式。確保每個半式方程式中包含電子（e⁻）。

  3. 平衡半式方程式：根據電子轉移的數量，平衡半式方程式。這可以通過添加適當的係數來平衡反應物和生成物的數量以及電子的數量。

  4. 組合兩條半式方程式：將平衡的氧化半式方程式和還原半式方程式組合成一個平衡的氧化還原反應方程式。這可以通過確保電子的數量在兩個半式方程式之間相等來實現。

  5. 檢查和確認：最後，檢查方程式中的原子數量是否平衡並確認電子數量在兩個半式方程式之間相等。如果需要，可以進一步調整係數，直到方程式完全平衡。

DSE Chem Redox Reaction 技巧：熟記Balance方法

熟記這三個步驟：

  1. 加入H2O，平衡O的數量
  2. 加入H+，平衡H的數量
  3. 加入e-，平衡charge的數量

DSE Chem Redox Reaction 技巧：約chemical 約coefficient

有時候當您合并兩條half equations時，最後的equation 兩邊都有H2O，H+。大家都知道要約chemical。

不過，有些同學可能沒有意識到有時候都要約coefficient，例如：全式÷2，全式÷3

Redox Reaction Exercise

Balance the following redox reaction using the half-reaction method:

Cr2O7^2- + HSO3^- → Cr^3+ + SO4^2- + H2O

To solve this exercise, follow these steps:

Step 1: Identify the oxidation state of each element in the reaction.

Cr2O7^2-: The oxidation state of Cr is +6, and the oxidation state of O is -2.

HSO3^-: The oxidation state of H is +1, the oxidation state of S is +4, and the oxidation state of O is -2.

Cr^3+: The oxidation state of Cr is +3.

SO4^2-: The oxidation state of S is +6, and the oxidation state of O is -2.

Step 2: Determine the elements undergoing oxidation and reduction.

In this reaction, Cr is reduced from +6 to +3, and S is oxidized from +4 to +6.

Step 3: Write the two half-reactions, one for oxidation and one for reduction.

Oxidation half-reaction: HSO3^- → SO4^2-
Reduction half-reaction: Cr2O7^2- → Cr^3+

Step 4: Balance the atoms and charges in each half-reaction.

Oxidation half-reaction: 2HSO3^- → SO4^2- + 2H^+
Reduction half-reaction: 14H^+ + Cr2O7^2- → 2Cr^3+ + 7H2O

Step 5: Balance the electrons in each half-reaction.

Oxidation half-reaction: 2HSO3^- → SO4^2- + 2H^+ + 2e^-
Reduction half-reaction: 6e^- + 14H^+ + Cr2O7^2- → 2Cr^3+ + 7H2O

Step 6: Multiply the half-reactions by appropriate coefficients to make the number of electrons transferred equal in each half-reaction.

Oxidation half-reaction (multiply by 6): 12HSO3^- → 6SO4^2- + 12H^+ + 12e^-
Reduction half-reaction (multiply by 2): 12e^- + 28H^+ + 2Cr2O7^2- → 4Cr^3+ + 14H2O

Step 7: Add the balanced half-reactions together and cancel out any common terms.

12HSO3^- + 2Cr2O7^2- → 6SO4^2- + 4Cr^3+ + 14H2O

Step 8: Verify that the equation is balanced by checking the number of atoms and charges on both sides.

In this case, the equation is already balanced.

So, the balanced redox reaction is:

12HSO3^- + 2Cr2O7^2- → 6SO4^2- + 4Cr^3+ + 14H2O

DSE Chemistry 課題教學 文章系列

  1. DSE Chemistry 攻略
  2. Chemical Reaction Equation List(必背）
  3. DSE Chemistry Definition List（必背）、
  4. DSE Chemistry Solubility Rules（必背）
  5. Mole 摩爾數
  6. Dilution 稀釋
  7. Redox 氧化還原反應

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