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[轉載] 化學氧化還原反應的定義

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」。
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