氧化還原

學習目標

• 標出氧化數，判斷氧化劑、還原劑，用電子得失平衡反應式。
• 用標準還原電位判斷電池的正負極、電動勢與反應是否自發。
• 預測電解的產物，用法拉第定律計算生成量。
• 說明鐵生鏽的條件與犧牲陽極、鍍鋅等防蝕法。

先測一下

1. $\mathrm{KMnO_4}$ 中 Mn 的氧化數？
2. 鋅銅電池中，哪一極是負極？電子往哪邊流？
3. 電解熔融 NaCl，陰極得到什麼？

看詳解

1. +7。
2. 鋅是負極，也就是發生氧化的陽極；電子由鋅經外電路流向銅。
3. 鈉金屬。

核心概念

氧化數與氧化還原反應

• 氧化數規則：單質 0；化合物總和 0、離子總和 = 電荷；H 通常 +1（金屬氫化物 −1）、O 通常 −2（過氧化物 −1）。
• 氧化數升高 = 被氧化（是還原劑）；降低 = 被還原（是氧化劑）。
• 自身氧化還原（歧化）：同一元素一部分升、一部分降，如 $\mathrm{Cl_2+H_2O\to HCl+HOCl}$。
• 平衡：升的總數 = 降的總數，再配電荷（酸性加 $\mathrm{H^+}$、鹼性加 ）與水。

看詳解

$\mathrm{Cl_2+H_2O\rightleftharpoons HCl+HOCl}$：Cl 由 0 變 −1 與 +1， 同時是氧化劑與還原劑。消失的 一半變 、一半變 HOCl，。這是 （答對率 ）。

看詳解

5；1；5；8。$\mathrm{MnO_4^-+5Fe^{2+}+8H^+\to Mn^{2+}+5Fe^{3+}+4H_2O}$。

電池與標準還原電位

• 電池：化學能→電能。負極（陽極）氧化、正極（陰極）還原；電子由負極經外電路到正極；鹽橋陰離子往負極。
• $E^\circ_{\text{電池}}=E^\circ_{\text{正極}}-E^\circ_{\text{負極}}$（都用還原電位）； 自發。半反應乘倍數， 不乘。

看詳解

HOCl 氧化力強；兩者主要都是氧化劑，談不上「還原力強」。如果題目給物種—pH 圖，HOCl 與 $\mathrm{OCl^-}$ 各佔 50% 的 pH 就是 $\mathrm pK_a\approx7.5$。這是 110 指考化學 單選 9，答對率只有 ：大多數人忘了從圖上讀出 。

電解與電鍍

• 電解：電能→化學能。接電源正極者為陽極（氧化）、接負極者為陰極（還原）。
• 水溶液產物：陰極比較「金屬離子 vs 水」（活潑金屬離子如 $\mathrm{Na^+}$、$\mathrm{Mg^{2+}}$ 不會被還原，改生 $\mathrm{H_2}$；、 會析出金屬）；陽極比較「陰離子 vs 水」（濃 生 ；、 不反應，水生 ； 會被氧化成 ，不生氣體）。

看詳解

$Q=10\times10800=1.08\times10^5$ C，電子 $1.12$ mol，Na mol g。（答對率 39%）的電流要從 - 圖讀出，圖下面積就是電量。

金屬腐蝕與防蝕

• 鐵生鏽需要水與氧：陽極 $\mathrm{Fe\to Fe^{2+}+2e^-}$，陰極 $\mathrm{O_2+2H_2O+4e^-\to4OH^-}$；鹽分（電解質）加速腐蝕。

看詳解

Zn 比 Fe 活潑，當陽極先被氧化，鐵成為陰極不生鏽；鋅會被消耗，所以要更換。

重要公式

解題策略

1. 先標出每個元素的氧化數，找出誰升、誰降。
2. 電池：還原電位大的當正極。電解：先比較「離子 vs 水」誰較易反應。
3. 計量：一律經過「電子莫耳數」。

混合練習

1. $\mathrm{H_2O_2}$ 中 O 的氧化數？
2. 已知 $E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn})=-0.76$ V、 V，鋅銅電池電動勢？

看詳解

1. −1。
2. $1.10$ V。
3. 陰極 $\mathrm{H_2}$、陽極 $\mathrm{O_2}$（體積比 2:1）。
4. 電子 mol，Cu mol g。

常見錯誤

小試身手

1. 111 分科化學 單選 4：電解產物（答對率 41%）
2. 110 學測自然 多選 48：乾電池（答對率 41%）
3. 114 分科化學 單選 3：電解計量（答對率 39%）
4. 110 指考化學 單選 8：氯氣的歧化（答對率 23%）
5. 挑戰題：110 指考化學 單選 9：漂白水與還原電位（答對率 12%）

複習計畫