氧化還原反應的定義
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1. 接下來，我們討論「氧化鐵Fe3O4」組成原子的氧化數；「氧化鐵Fe3O4」是磁鐵的主要成分，是一種鐵礦，這種鐵礦是造成許多石頭與土壤帶有紅色的原因。
2. 我們說過，每個「氧」的氧化數是「－2」，那麼，3個「Fe鐵原子」氧化數就必須是「+8」才能跟4個「氧」的氧化數－8平衡。因此每個「Fe鐵原子」的氧化數是「+8/3」。
3. 非整數的氧化數看起來好像很奇怪，因為價電荷應該要是整數才對。不過，雖然這種情況很少見，非整數的氧化數確實存在，因為這是依據「氧化數規則」除出來的數字。
4. 「氧化數規則」假設化合物「Fe3O4」的每個「Fe原子」都是一樣的，雖然事實上，這個化合物結構應該看成，每個分子有4個「O 2－離子」，和2個「Fe3+離子」和1個「Fe2+離子」。(「鐵Fe」的價電荷平均+8/3是把每個「Fe」視為一樣。)
5. 非整數的氧化數不應該嚇到你，它們跟整數的樣化數一樣有能力追蹤電子的轉移方向。
6. 氧化還原反應的特徵就是「電子轉移」。某些情況的電子轉移會形成離子，例如：
2Na(s)+ Cl2(g)→2NaCl(s)
7. 另一些情況的電子轉移，如「甲烷」的燃燒反應
CH4(g) + 2O2(g ) → CO2(g) + 2H2O(g)
氧化態： －4 +1 0 +4 －2 +1 －2
Ø 「甲烷」的燃燒反應中，組成「氧氣O2」的「氧」原子，氧化數是「0」，因為它完全是以元素「氧O」構成的分子。
Ø 在這了反應裡，沒有產生任何離子化合物，但是我們仍然會說這個過程是電子轉移。
Ø 「碳」的氧化數從「CH4」的「－4」轉變為「CO2」的「+4」。這個改變可以看成是「碳C」總計失去8個「電子e－」：
CH4 → CO2 + 8e－
氧化態：－4 +4
Ø 另一方面，每個「氧O」從「氧氣O2」氧化數0，變成「水H2O」、「二氧化碳CO2」的氧化數「－2」，顯然每個「氧原子」都得到2個「電子」。因為總共有4個「氧原子」參與化學反應，所以全部的氧總共得到8個「電子」：
2O2 + 8e－ → CO2 + 2H2O
氧化態：0 4(－2)=8
Ø 「氫」的氧化數沒有改變，所以實際上「氫」並沒有參與電子反應的過程。
8. 經過以上討論獲得許多概念，我們現在可以對重要的名詞下定義。
9. 「氧化Oxidation」就是氧化數增加（失去電子）。「還原reduction」就是氧化數減少（獲得電子）。
10. 所以，合成氯化鈉NaCl的反應：
2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)
氧化態： 0 0 +1 －1
11. 「鈉Na」被氧化，而「氯Cl」被還原。更進一步說，「氯氣Cl2」是氧化劑，(接受電子)，「Na」是還原劑(提供電子)。
12. 再觀察燃燒反應：
CH4(g) + 2O2(g ) → CO2(g) + 2H2O(g)
氧化態： －4 +1 0 +4 －2 +1 －2
13. 我們得到以下幾點結論：
(1)「碳C」被氧化，因為「碳C」的氧化數增加（「碳C」失去電子）。
(2)「氧O」被還原，因為「氧O」的氧化數減少（「氧O」獲得電子）。
(3)「甲烷CH4」是還原劑。
(4)「氧O2」是氧化劑。
14. 特別注意，在我們把化合物歸類為氧化劑或還原劑的時候，是指整個化合物，而不是指氧化數改變的某幾個元素。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》
研析心得：
1. 以合成「氯化鈉NaCl」的離子反應來說，「鈉Na」原子失去電子，氧化數增加，這個情形，與許多物質跟「氧O」起燃燒反應，電子被「氧O」奪走的狀況，如出一轍，所以稱為被氧化。
2. 但是因為「鈉Na」造成「氯Cl」被還原，所以它在整個反應中的角色是還原劑。
3. 在合成氯化鈉的反應中，「氯Cl」原子得到電子，氧化數減少，這種情況，與「氧O」跟其他物質燃燒反應的時候，奪走別人的電子一樣，所以「氯Cl」稱為被還原。「還原」的意思可能是「氧O」發揮自己強大陰電性的本色，「氯Cl」也是有陰電性的原子。
4. 但是因為「氯Cl」跟「鈉Na」反應，造成「鈉Na」被氧化，所以，「氯Cl」在整個反應中的角色是「氧化劑」。 |
2010/8/24 19:47
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