1-5.3 常見的氧化劑與還原劑及其應用

常見的氧化劑

1. 雙氧水：主要成分為過氧化氫（H2O2） (1) 市售雙氧水：約含 3 % H2O2。 (2) 用途：除臭、殺菌。

(3) 過氧化氫水溶液能氧化多種無機離子，例：碘離子（I^－）可以被氧化成碘分子（I₂），接著 I2 + I^－ → I3

－，使溶液呈紅棕色

2I^－(aq) + H2O2(aq) + 2H⁺(aq) → I2(s) + 2H2O(l)

(4) 使用二氧化錳（MnO2）、銀（Ag）或鐵(Ⅱ)離子（Fe²⁺）作為催化劑，可促進過氧化氫分解成氧氣和水：

2H₂O_2(aq)



^MnO²



2H₂O_(l) + O_2(g) 2. 漂白水：主要成分是次氯酸鈉（NaOCl）

(1) 市售漂白水：約含 3～6 %的 NaOCl。

(2) 用途：去汙、漂白和殺菌。

(3) 製備：氯氣通入冷卻的氫氧化鈉水溶液 Cl2(g) +2OH^－(aq) → OCl^－(aq) + Cl^－(aq) + H2O(l)

3. 過錳酸鉀（KMnO4）

(1) 強氧化劑，溶於水中呈紫紅色（MnO4

－的顏色）。 (2) 用途：

a. 醫學：消毒劑。

b. 井水和廢水處理過程：去除鐵和硫化氫（H2S），反應後產生毒性低的二氧化錳（MnO₂）沉澱。

4. 二鉻酸鉀（K2Cr2O7）：又稱重鉻酸鉀 (1) 有致癌性，溶於水中呈橙色（Cr2O72－

的顏色）。

(2) 用途：酒精的檢測。酸性條件下能將酒精氧化，自身會被還原成墨綠色的鉻離子（Cr³⁺），反應式如下：

2K

Cr

O

+ 8H

SO

+ 3C

H

OH → 2Cr

(SO

)

+ 2K

SO

+ 3CH

COOH + 11H

O

5. 過氯酸鹽

(1) 過氯酸鋰（LiClO4）：加熱到 400℃時，會產生氧氣和氯化鋰，所以被用在太空任務中作為供氧劑。

(2) 過氯酸銨（NH4ClO4）：過氯酸銨與鋁粉混合，作為太空梭兩側火箭型推進器的固態燃料，

反應式如下：

6NH4ClO4(s) + 10Al(s) → 4Al2O3(s) + 2AlCl3(s) + 12H2O(g) + 3N2(g)

反應過程中產生的高熱，使得水蒸氣和氮氣迅速膨脹，而產生強大的推進力。

6. 臭氧（O3）

(1) 去除水中的亞錳離子（Mn²⁺），將其氧化成二氧化錳（MnO2）。 (2) 用於空氣、飲用水的淨化、除臭和殺菌。

第 1 章物質的組成 -40-

常見的還原劑

1. 氫氣（H2）是工業中最常用的還原劑之一，也是太空梭發射升空的主要燃料。

2. 過渡金屬離子亦可作為還原劑，如：鐵(Ⅱ)離子（Fe²⁺）和錫(Ⅱ)離子（Sn²⁺）。 3. 亞硫酸氫根離子（HSO3

－）：

(1) 可殺死食品中的細菌、酵母菌和微生物。

(2) 酒、罐頭食品和生菜的添加劑與抗氧化劑。

4. 亞硝酸根離子（NO2

－）：又稱粉紅鹽或工業鹽 (1) 魚、肉的定色劑與防腐劑，有殺菌功能。

(2) 過度攝取經亞硝酸鹽加工過的魚、肉食品，可能罹患大腸癌。

5. 硫代硫酸根離子（S2O32－

）：

(1) 可以還原碘，所以可用在碘的檢測和計量，反應式如下：

2S2O32－

(aq) + I2(aq) → S4O62－

(aq) + 2I^－(aq)

【科學知識家】氧化半反應與還原半反應 常見的氧化劑及半反應

氧化劑 還原產物 半反應式

MnO

Mn

²⁺

MnO

+ 4H

⁺

+ 2e

^－

→ Mn

²⁺

+ 2H

O KMnO

4（在酸中）

Mn

²⁺

MnO

－

+ 8H

⁺

+ 5e

^－

→ Mn

²⁺

+ 4H

O KMnO

₄（在中性／弱鹼環境

下）

MnO

₄^－

+ 2H

₂

O + 3e

^－

→ MnO

₂

+ 4OH

^－

KMnO

₄（在鹼中）

MnO

₄²^－

MnO

₄^－

+ e

^－

→ MnO

+ 7H

O

H

O

H

O H

O

+ 2H

⁺

+2e

^－

+ 2e

^－

→ 2X

^－

第 1 章物質的組成 -41-

常見的還原劑及半反應

H

O

H

+ H

O → NO

－

+ 2H

⁺

+ 2e

^－

X

^－

X

2X

^－

→ X

+ 2e

^－

CO CO

CO + H

O → CO

+ 2H

⁺

+ 2e

^－

例題48 ―98.學測―

某河川遭受有機物汙染嚴重，發生臭味，後來在汙水處理系統完成後，嚴格執行汙水排放制度，並向河水輸送某種氣體，使水質得到顯著的改善（包括有利於恢復自然生態）。試問輸入河川的是何種氣體？ (A)二氧化碳 (B)一氧化碳 (C)氯氣 (D)氧氣 (E)氫氣。

答案：(D)

解析：向河水輸送氧氣，可加速水中有機物的分解，使水質得到顯著改善，有利於恢復自然生態。

例題49 ―92.學測―

鎂離子是海水中含量次多的金屬離子。自海水中提取鎂，通常需經過三個步驟，如下表中的(Ⅰ)、

(Ⅱ)、(Ⅲ)。此三個步驟所屬的反應類型，哪一選項正確？

選項

步驟 (A) (B) (C) (D)

(Ⅰ)加入氫氧化鈣以形成氫氧化鎂酸鹼中和沉澱酸鹼中和沉澱 (Ⅱ)加入鹽酸以形成氯化鎂氧化還原氧化還原沉澱酸鹼中和 (Ⅲ)電解液態氯化鎂而得到鎂酸鹼中和酸鹼中和氧化還原氧化還原答案：(D)

解析：步驟(Ⅰ)是沉澱反應：Mg²^＋_(aq)＋2OH^－_(aq)→ Mg(OH)_2(s) 步驟(Ⅱ)是酸鹼中和：Mg(OH)₂＋2HCl → MgCl₂＋2H₂O 步驟(Ⅲ)是氧化還原：MgCl₂()



^電解

  

Mg()＋Cl_2(g)

第 1 章物質的組成 -42-

例題50 ―93.學測―

化學家喜歡用反應式來表示化學反應。試問下列反應式中，哪一個表示「金屬鋅與稀硫酸反應，產生某種氣體」的反應？

(A) Zn(s)＋H₂SO4(aq)→ SO3(g)＋H₂ZnO(aq) (B) Zn(s)＋H₂SO4(aq)→ SO2(g)＋H₂ZnO2(aq) (C) Zn(s)＋H₂SO4(aq)→ H2S(g)＋ZnO_4(aq) (D) Zn(s)＋H₂SO4(aq)→ H2O(g)＋ZnSO_3(aq) (E) Zn(s)＋H₂SO4(aq)→ H2(g)＋ZnSO_4(aq)。答案：(E)

解析：金屬鋅與稀硫酸中的 H^＋發生反應，產生氫氣，故其反應式為 Zn_(s)＋H₂SO_4(aq)→ H_2(g)＋ ZnSO4(aq)

例題51 ―94.指考―

將一銅線放入裝有硝酸銀溶液的燒杯中，杯口以塑膠膜封住後，靜置一天。試問下列有關此實驗之敘述，哪些是正確的？

(A)銅線為氧化劑 (B)溶液顏色逐漸變深 (C)銀離子為還原劑 (D)溶液中液體的質量逐漸減少 (E)析出的銀和溶解的銅質量相等。

答案：(B)(D)

解析：實驗示意圖如右：

反應式：Cu_(s)＋2Ag^＋_(aq)→ Cu²^＋_(aq)＋2Ag_(s)

(A)(C)銅線 Cu 為還原劑，銀離子 Ag^＋為氧化劑。

(B)溶液中產生 Cu²^＋，因此顏色逐漸變深。

(D)溶液每減少 2 莫耳 Ag^＋（約 216 克），便增加 1 莫耳 Cu²^＋（約 63.5 克），故溶液的質量逐漸減少。

(E)析出的 Ag 與溶解的 Cu，其質量並不相等，其比例約為 216：63.5。

第 1 章物質的組成 -43-

例題52 ―85.學測―

將一塊米粒大小的金屬鈉放置於一乾燥的濾紙上，置於一倒置的漏斗下，再輕放於一含有酚酞的水溶液表面如右圖，則下列哪些敘述正確？（應選三項）

(A)濾紙吸水，水和鈉起反應，產生氣體 (B)完全反應後，水溶液仍呈無色

(C)酚酞是用來減慢鈉和水的反應 (D)在漏斗頂可以用火點燃

(E)本實驗是一種氧化還原反應。

答案：(A)(D)(E)

解析：(A)濾紙吸水後，水和放在綠紙上的鈉粒起反應，而放出 H₂↑：

2Na_(s) + 2H₂O_(l)  2NaOH_(aq) + H_2(g)

(B)反應後，產生 NaOH 呈鹼性，故水溶液呈紅色 (C)酚酞是酸鹼指示劑

(D)因產生的 H2(g)有可燃性，故在漏斗頂可以點火燃燒

(E)因 Na 的氧化數由(0)(+1)被氧化；而 H 的氧化數由(+1)(0)被還原。

例題53 ―90.學測―

實驗桌上有一杯蔗糖水溶液和一杯食鹽水溶液。下列實驗操作，何者不適合用來分辨這兩種溶液？

(A)測導電度 (B)比較焰色反應 (C)測 pH 值 (D)添加硝酸銀水溶液檢驗。

答案：(C)

解析：(A)蔗糖是非電解質，其水溶液不導電；食鹽是電解質，其水溶液可導電。

(B)焰色試驗用以檢驗水溶液中是否含有特定的金屬離子；蔗糖水溶液不含金屬離子，其焰色呈無色；食鹽在水中解離出 Na^＋，其焰色呈黃色。

(C)兩者的水溶液均為中性，無法用 pH 值加以區別。

(D)蔗糖水溶液與硝酸銀水溶液不反應；食鹽在水中解離出的 Cl^－可與硝酸銀在水中解離出的 Ag^＋發生沉澱反應。

→ Ag^＋_(aq)＋Cl^－_(aq)→ AgCl(s)（白色沉澱）

第 1 章物質的組成 -44-

例題54 ―90.日大―

某一混合液含有 Ag^＋、Fe³^＋和 Al³^＋，可以下列流程圖加以分離和鑑定。

(1)寫出濾液 A 中主要之金屬離子或金屬錯離子的化學式。

(2)寫出沉澱 F 的化學式。

(3)寫出步驟中生成沉澱 B 的化學反應式。

(4)寫出步驟中生成沉澱 E 的化學反應式。

(5)根據步驟，如何鑑定溶液 G 中含有何種金屬離子？

答案：(1) Ag(NH₃)2

＋；(2) Fe(OH)₃； (3) Ag(NH3)2

＋

(aq)＋2H^＋_(aq)＋Cl^－_(aq)→ AgCl(s)＋2NH₄^＋_(aq)； (4) Al(OH)4

－

(aq)＋H^＋_(aq)→ Al(OH)3(s)＋H₂O(l)； (5) Fe³^＋(aq)＋SCN^－_(aq)→ FeSCN²^＋(aq)

解析：

第 1 章物質的組成 -45-

例題55 ―92.學測―

報載假酒害人，輕者失明，重者死亡，原因大多是這些假酒攙入了有毒性的工業酒精。酒精可分為食用與工業酒精兩種，食用酒精一般課稅較高，而工業酒精則免稅或課稅較低。工業酒精是純度相當高的乙醇（CH₃CH2OH），主要用於非飲料的用途，是一種重要的工業溶劑。為避免不肖商人將便宜的工業酒精用來當作酒販售，造成政府稅收的巨額損失，因此大部分的工業酒精會混入不易移除的甲醇（CH₃OH）或其他有毒物質，使它變為無法食用，這種酒精又稱為變性酒精。

加入工業酒精中的甲醇是一種毒性很高的化學物質，在有效的合成方法發明之前，主要是由木柴乾餾所得的副產品，所以又稱為木精。現在工業上製造甲醇時，多在高溫、高壓下，將一氧化碳與氫分子通過金屬氧化物的催化劑而得。甲醇與乙醇的物理與化學性質非常類似，無法用一般的蒸餾法將它們分離，這也是為什麼工業酒精常選擇加入甲醇的原因。

甲醇進入體內抵達肝臟後，會被一種叫作酒精去氫酶的酵素轉變為甲醛，進而氧化為甲酸，這兩種產物都不易經由正常的代謝排出體外，且極易破壞視網膜；甲酸還會大幅降低血液之酸鹼值。

只要喝了數毫升的甲醇就可能失明，喝入數十毫升就有可能致命。解毒時，可使用大量的稀碳酸氫鈉溶液（約 5％濃度），以中和酸性代謝物，用口服或靜脈點滴皆可。另外，也可喝下大量的蒸餾酒，利用乙醇來延緩甲醇的氧化。根據上文，回答下列問題：

(1)工業酒精加入甲醇或其他有毒物質的目的為何？

(A)甲醇可提升工業酒精的溶解度，使工業酒精變為更好的溶劑 (B)避免有人將便宜的工業酒精當成酒販售，賺取暴利

(C)甲醇具有惡臭，可避免一般民眾誤飲工業酒精 (D)甲醇讓工業酒精變為粉紅色，可避免民眾誤飲。

(2)下列有關甲醇與乙醇性質的敘述，何者正確？

(A)甲醇與乙醇的生化性質非常不同，所以可以用蒸餾法將它們分離 (B)甲醇與乙醇相差一個碳，所以具有非常不同的物理與化學性質 (C)變性酒精中的乙醇分子的化學特性被改變，所以不可以食用 (D)甲醇與乙醇皆屬於醇類，可以與水以任何比例完全互溶。

(3)酒精去氫酶是屬於下列哪一類的化合物？

(A)抗生素 (B)磷脂質 (C)蛋白質 (D)荷爾蒙。

(4)甲醇中毒時使用碳酸氫鈉的主要目的為何？

(A)減緩甲醇的氧化 (B)造成甲醇的分解 (C)和甲醛反應以降低其毒性 (D)中和血液中的酸性代謝產物，以提高血液的酸鹼值。

答案：(1)(B)；(2)(D)；(3)(C)；(4)(D)

解析：(1)食用酒精課稅較高，而工業酒精則免稅或課稅較低，且工業酒精是純度相當高的乙醇，

主要是用於非飲料用途，若將其用於當酒來販賣，會造成政府稅收的大量損失，所以大部分利用的工業酒精加入甲醇或其他有毒的物質，使它變成無法食用。

(2)甲醇與乙醇的物理性質與化學性質十分類似，故無法利用一般的蒸餾法加以分離。

(3)酶主要是由蛋白質所構成。

(4)甲醇會經由酒精去氫酶的作用氧化為甲醛，接著甲醛繼續氧化產生甲酸，甲醛與甲酸都不易由正常的代謝排除，而且會破壞視網膜，甲酸也會降低血液的 pH 值，所以解毒的方法為使用大量的稀碳酸氫鈉，以中和酸性的甲酸。

第 1 章物質的組成 -46-

例題56 ―92 學測補考―

如右圖的裝置，若擠壓吸管上的橡皮球，使少量的水注入燒瓶中，則下方燒杯內的水會迅速經由左

邊的玻璃管噴入燒瓶。下列有關此實驗現象的解釋，何者最合理？

(A)由吸管注入的水，導致強烈的毛細作用，吸引燒杯中的水，經由玻璃管噴入燒瓶 (B)水與 HCl(g)發生激烈的化學反應，產生氫氣與氯氣，吸引燒杯中的水，經由玻璃

管噴入燒瓶

(D)由吸管注入的水，使得 HCl(g)的溶解度減少，降低燒瓶內的壓力，導致燒杯中

在文檔中基礎化學(二)-1-st (頁 39-51)