高三選修化學(上)第五章氧化還原

選修化學 第五章 氧化還原反應

2013 年 5 月彙編

第一節

氧化數與氧化還原反應

一、氧化數 A 電負度（陰電性）： 1. 2. B 氧化數的意義 氧化數係假設將鍵結電子分配給電負度較大之元素後，各原子所得失電荷數。由兩元 素相鍵結時，電負度較大者具有負氧化數，電負度較小者具有正氧化數。 C 決定氧化數的通則 1.元素態物質中，元素的氧化數為 。如： 2.單原子離子中，元素的氧化數等於 。如： 3.氟化物中，氟的氧化數為 。 4.化合物中，鹼金屬元素的氧化數為 ；鹼土金屬元素的氧化數為 。 5.氫的氧化數：金屬氫化物中氫為 ；非金屬氫化物中氫為 。 6.氧的氧化數： (a)一般氧化物 (b)過氧化物 (c)超氧化物 (d)氟化物 7.化合物中，高電負度元素的氧化數為 ，而低電負度元素的氧化數為 。 8.化合物中，各原子氧化數的代數和為 ，離子團中各原子氧化數代數和等於 。 9.平均氧化數可以不是整數，個別氧化數為整數。 例如：(1) Fe3O4＝FeO．Fe2O3 (2) Pb3O4＝PbO2．2PbO

10.有機物中 C 的氧化數決定法：

D 氧化數的範圍： 1.A 族元素

(a)IA： (b)ⅡA： (c)ⅢA：

(d)ⅣA： (e)ⅤA： (f)ⅥA：

(g)ⅦA： 2.常見過渡元素氧化數(第一列過渡元素在化合物中之常見氧化數) Sc（+3） Cr（+2，+3，+6） Mn（+2，+3，+4，+6，+7） Fe（+2，+3） Cu（+1，+2） Zn（+2） 3.鑭系元素：以＋3 為主。 4.金屬元素通常不具負值氧化數。 5.每個元素可能具有數種不同氧化態的化合物。 6.最高氧化數不會超過價電子總數。 【範例 1】 下列那些元素的最高氧化數可以大於或等於4？

(A) F (B) Cl (C) Mn (D) Zn (E) Ce (F) Cr (G) O (H) S (I) N。

Ans ： BCEFHI 【範例 2】 有關元素之氧化數下列各項敘述中，何者正確？ (A)亞硝酸中氮的氧化數為＋5 (B)羥基胺中氮的氧化數為－1 (C)聯胺中氮的氧化數為－2 (D)氨中氮的氧化數為＋3 (E)一氧化二氮中氮的氧化數為＋2。 Ans ： BC

【範例 3】

下列有關各元素氧化數之敘述，何者為正確？

(A) KH，HCl，H2O，CH4：其中H 之氧化數均為＋1。

(B) H2O2，KMnO4，F2O，MgO：其中 O 之氧化數為－2。

(C) K2Cr2O7，K2CrO4，HClO3，HClO4：其中O 之氧化數均為－2。

(D) NaCl，Na2O2，NaOH，NaH：其中 Na 之氧化數均為＋1。

(E) Ag2S，Na2S2O3，S2C12，H2S：其中 S 之氧化數均為－2。

Ans ： CD

【範例 4】

下列何者為超氧化物？(A) Na2Cr2O7 (B) KMnO4 (C) RbO2 (D) Na2O2。

Ans ： C

【範例 5】指出下列各元素的氧化數

(1) K2UO4 (2) Mg2U2O7 (3) U3O8 (4) K3FeCl6

(5) ICl3 (6) NI3 (7) HclO (8) K2CrO4

(9) OCl2 (10) Cr(NH3)3Cl3 (11) CrO2Cl2 (12) CsO2

(13) NH4NO3 (14) OF2 (15) Ca(OCl)Cl (16) H2SO5 (17) Na2S4O6 (18) K3Fe(CN)6 (19) KAl(SO4)2‧12H2O (20) CH3COOH 二、氧化還原的定義： A.狹義的定義 1. 氧化 2. 還原 B.廣義的定義： 1.氧化：失去電子的變化謂之 或氧化數增加的變化。 2.還原：得到電子的變化謂之 或氧化數減少的變化。

C.氧化劑與還原劑之定義： 1.所謂氧化劑，即在反應過程中 電子的物質，本身進行 半反應，反應後氧 化數 。 2.所謂還原劑，即在反應過程中 電子的物質，本身進行 半反應，反應後氧 化數 。 D.氧化劑、還原劑條件： 1.氧化數已達最 不能當氧化劑。 2.氧化數已達最 不能當還原劑。 E.氧化還原反應 1.反應前後原子氧化數有改變之反應稱為氧化還原反應。 2.氧化還原反應都含有氧化半反應及還原半反應。 (a)氧化半反應： (b)還原半反應： (c)全反應 ＝ 氧化半反應 ＋ 還原半反應 (d)共軛關係： 3.自身氧化還原 同一物質中的同種原子 。 F.氧化還原的關係 1.半反應不能單獨發生。 2.氧化還原同時發生，同時結束。 3.氧化時所增加氧化數之總數等於還原時所減少氧化數之總數。 4.還原劑失去電子之總數等於氧化劑獲得電子之總數。 5.氧化還原二半反應，可在同一地點發生，亦可在不同地點發生。 【範例 6】 有關氧化還原反應的敘述，何者錯誤？ (A)氧化是失去電子的反應，還原是得到電子的反應 (B)氧化劑失去電子，還原劑獲得電子 (C)氧化反應及還原反應不能單獨發生 (D)氧化還原反應中得失的電子總數相等。

Ans ： B 【範例 7】 2 MnO4－+ 5 C2O42－+ 16 H＋ 2 Mn2＋+ 10 CO2+ 8 H2O。 MnO4－是 ，C2O42－是 ，在此反應中 被還原， 被氧化。 Ans ： 氧化劑；還原劑； MnO4- ； C 2O4 2-【範例 8】 聯胺(N2H4)及四氧化二氮可做火箭推進劑，其反應之廢氣為氮氣及水蒸氣；試問有關上述反 應之氧化還原敘述，何者正確？ (A)四氧化二氮中之氧被氧化 (B)四氧化二氮中之氧被還原 (C)聯胺中之氮被氧化 (D)聯胺中之氮被還原。 Ans ： C 【範例 9】 有關氧化還原反應，下列各項敘述中，何者正確？ (A) H2O2在硫酸酸性溶液中與KMnO4作用產生Mn2＋時，H2O2是氧化劑

(B) O3與PbO2作用產生PbO 時，O3是還原劑

(C) H2O2與PbO2作用產生PbO 時，H2O2是氧化劑 (D) O3與PbS 作用生成 PbSO4時，O3是氧化劑 (E) H2O2與PbS 作用產生 PbSO4時，H2O2是還原劑。 Ans ： BD 【範例 10】 在5H2O2 + 2MnO4－ + 6H＋  2Mn2＋ + 8H2O + 5O2反應中，下列何者正確？ (A) H＋_{為催化劑 (B) H} 2O2為還原劑 (C) MnO4－被還原成Mn2＋ (D)生成物 O2是由MnO4－所釋出 (E)生成物 O2是由H2O2所釋出。 Ans ： BCE

【範例 11】

下列何者是氧化還原反應？

(A) BaO2+H2SO4  BaSO4+H2O2 (B) 2H2O2  2H2O＋O2

(C) K2Cr2O7+2KOH  2K2CrO4+H2O (D) FeS+2HCl  FeCl2+H2S

(E) MnO2+4HCl  MnCl2+2H2O+C12。

Ans ： BE

【範例 12】

下列變化過程何者涉及氧化反應？

(A) AlCl3Al(OH)3 (B) CuSO4Cu2O (C) K4Fe(CN)6K3Fe(CN)6 (D) SO2SO3

(E) CH3CH2OHCH3COOH。 Ans ： CDE 【範例 13】 下列反應，畫線的金屬元素發生還原反應者為？ (A)小片金屬鈉投於乙醇中生 H2 (B)將銅片浸入硝酸銀溶液中，溶液呈藍色而析出銀 (C)氯化鋇溶液加碳酸鈉生白色沈澱。 Ans ： B 【範例 14】 下列反應何者需加入氧化劑，始可發生反應？ (A) Na2CO3NaHCO3 (B) Hg2Cl2HgCl2 (C) HClCl2 (D) Al3＋_Al(OH)

4－ (E) K3Fe(CN)6K4Fe(CN)6。

Ans ： BC 【範例 15】 甲醇氧化成甲酸，其中碳的氧化數的變化是 (A)＋2＋6 (B)－2＋2 (C)＋2＋4 (D)－2＋4。 Ans ： B 【範例 16】 下列何者屬於自身氧化還原反應？

(A) S+2H2SO43SO2+2H2O (B) 2CuClCu+CuCl2

(C) 3ClO－_ClO

3－+ 2Cl－ (D) P4+3OH－+3H2O3H2PO2－+PH3

(E) 3Cl2+6OH－ClO3－+5Cl－+3H2O。

Ans

： BCDE

【範例 17】

下列哪些反應是屬於自身氧化還原反應？

(A) 2CCl4+K2CrO42Cl2CO+CrO2Cl2+2KCl (B) C2H4+H2C2H6

(C) 2ClO2+2OH－ClO2－+ClO3－+H2O (D) xNa2CO3+xSiO2(Na2SiO3)x+xCO2

(E) HCOOH H2SO4 H₂O+CO (F) Na₂SO₃+H₂SO₄Na₂SO₄+SO₂+H₂O。

Ans ： C

【範例 18】

針對劃底線元素而言，下列何物可當氧化劑亦可當還原劑使用？ (A) HNO3 (B) NaNO2 (C) KI (D) H2O2 (E) I2。

Ans

： BDE

【範例 19】

針對劃底線元素而言，下列何者不能當還原劑？

(A) H2O2 (B) H2S (C) FeCl2 (D) H2SO4 (E) Na2C2O4。

Ans ： D

【範例 20】 在Sn2＋_，K

2MnO4，K2Cr2O7，Fe2+，Ag，NaNO2，SO2，KMnO4，H2O2中

(1)何者僅能當氧化劑？ (2)何者僅能當還原劑？ (3)何者在某些反應中當氧化劑，在另一些反應中又可當還原劑？ 【範例 21】 以下有關反應的敘述，何者正確？ (A)強酸滴定弱鹼時，當量點的 pH 值等於 7 (B)分子間的電子轉移反應是氧化還原反應 (C)分子間的質子轉移反應是酸鹼反應

(D)酸鹼反應中，氧化數會改變

(E)在 SiO2 + C + 2Cl2  SiCl4 + CO2反應中，SiO2是氧化劑。

Ans ： BC

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 牛 刀 小 試 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

1. 下列有關氧化數的敘述，何者為正確？

(A) NaH 中，氫的氧化數為＋1 (B) KClO3中，氯的氧化數為＋5 (C) P4的氧化數為0

(D) H3PO4中，磷的氧化數為＋5 (E) Na2O2中，氧的氧化數為－l。

2. 硝酸銨 NH4NO3中兩個氮原子的氧化數：

(A)均為－1 (B)均為＋5 (C)分別為－1 和＋3 (D)分別為－3 和＋5。

3. 下列四種離子或化合物中，那一項離子或化合物中金屬的氧化數為＋4？ (A) Ni(CO)4 (B) Fe(CN)63－ (C) PtCl42－ (D) PtCl4‧2NH3。

4. 下列反應那些屬於氧化還原反應？

(A) FeCl3 H2O Fe3＋（aq）+3 Cl－（aq） (B) Ag＋+Cl－AgCl↓

(C) Mg+Cl2MgCl2 (D) Fe3＋+SCN－Fe(SCN)2＋

(E) CH3CHO+2Ag(NH3)2＋+3OH－CH3COO－+2Ag+4NH3+2H2O 。

5. 下列反應中，何者為氧化還原反應？ (A) 3BaO2+2H3PO43H2O2+Ba3(PO4)2

(B) CaH2+2H2O2H2+Ca(OH)2

(C) Sb2O3+2H＋+2NO3－ 2SbONO3+H2O

(D) 2MgNH4PO4‧6H2OMg2P2O7+2NH3+7H2O

(E) (NH4)2Cr2O7Cr2O3+N2+4H2O 。

(A) Cl2為氧化劑，OH－ 為還原劑 (B)一部分 Cl2為氧化劑，另一部分Cl2為還原劑 (C)此反應為自身氧化還原反應 (D)此反應在酸性溶液中不起作用。 7. 下列反應何者是氧化還原反應？ (A)加鹽酸於硝酸銀溶液中生白色沈澱 (B)銅線在空氣中強熱時變為黑色 (C) FeCl3溶液加入硫氰化鉀溶液，溶液轉呈血紅色 (D)加熱含黑紫色固體碘的試管，則試管內部呈現紫色 (E)鈉與水反應產生可燃性氣體。 8. 下列反應何者不是氧化還原反應？ (A)將鐵片置入硫酸銅溶液中，則銅析出 (B)銅加入濃硝酸，生紅棕色氣體 (C)硝酸銀溶液與食鹽水混合生白色沈澱

(D)加氨水於氫氧化銅中，生藍色溶液：Cu(OH)2（s）+4NH3（aq）[Cu(NH3)4]2＋+2OH－ （aq）。 9. 下列各反應，( )內之元素，其氧化數的變化請示出： (1)鐵粉加入稀硫酸。(鐵) (2)加鋅於硫酸銅溶液中。(銅) (3)加溴水於碘化鉀溶液中。(碘) (4)二氧化錳與濃鹽酸混合加熱。 (錳) (5)氧化鈣加入鹽酸中。(氧)

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牛刀小試解答

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1. BCDE 2. D 3. D 4. CE 5. BE 6. BCD 7. BE 8. CD 9. (1) 0＋2；(2)＋20；(3)－10；(4)＋4＋2；(5)－2－2

第二節 常見氧化劑還原劑與氧化還原方程式的平衡

一、常見氧化劑與還原劑： 氧化劑 產物 還原劑 產物 H2O2(酸性) 鹼金屬 X2(鹵素) 鹼土金屬 ClO－ _Al H2SO4(濃) CO HNO3(濃) SO2(酸性) HNO3(稀) H2S(或 S2－) KMnO4(酸性) Sn2＋ KMnO4(中性或弱鹼性) Fe2＋ KMnO4(強鹼性) SO32－(或 HSO3－) K2Cr2O7(酸性) H2O2 MnO2(酸性) C2O42－ Fe3＋ _鹵離子(X－₎ Ce4＋ _H 3PO3 O3 S2O32－ NO2－ 二、方程式平衡 A.半反應法平衡方程式 1.原理： 2.步驟： (a)寫出反應之共軛氧化還原偶。並使氧化數有改變的原子數相等。 (b)以 平衡氧化數之變化。 (c)以 H＋_或OH－_{平衡 數。} (d)以 平衡 H、O 原子數。 (e)令氧化、還原兩半反應之 數相等，合併寫出全反應方程式 【範例 1】 以半反應法平衡方程式：MnO4－+ H2S + H＋ Mn2＋ + S + H2O

步驟： 氧化半反應 還原半反應 平衡： (a) (b) (c) (d) 半反應： 全反應： 【範例 2】 K2Cr2O7之硫酸酸性溶液與H2O2之反應： B 氧化數法平衡方程式 1 原理： 2 步驟： a 找出氧化數改變之原子。 b 決定其氧化數改變量。 c 最小公倍數法平衡氧化數使 。並平衡氧化數有改變之物種。 d 以 H＋_或OH－_{平衡 。} e 以 H2O 平衡 並驗算。 3 已平衡好的方程式（驗算） (a) (b) (c) 4 全反應的觀念 【範例 3】 平衡：CuS+ H＋_{+ NO} 3－ Cu2＋+ NO+ S+ H2O 並寫出全反應

【範例 4】 Sn(NO3)2在硫酸酸性水溶液中與KMnO4反應 【範例 5】 過氧化氫可用酸性的過錳酸鉀溶液加以滴定。為平衡此反應方程式，應涉及幾個電子的傳遞？ Ans ： 10 個 【範例 6】 以氧化數法平衡下列各方程式 (1) MnO4－+ Fe2＋+ H＋ Mn2＋+ Fe3＋+ H2O (2) Cr2O72－+ Sn2＋+ H＋  (3) C2O42－+ H＋+ MnO4－

(4) Cu（s）+ HNO3  Cu(NO3)2+ NO+ H2O

(6) ClO3－+ As2S3+ H2O  Cl－+ H2AsO4－+ S（s）+ H＋

(7) H4IO6－+ I－+ H＋  I3－+ H2O

(8) NaIO3+ NaHSO3  Na2SO4+ NaHSO4+ H2O+ I2

(9) Fe(CrO2)2+ K2CO3+ O2  Fe2O3+ K2CrO4+ CO2

【範例 7】

平衡：P4+OH－+H2O  H2PO2－+PH3

【範例 8】

平衡方程式：Zn +H＋ _+NO

3－  Zn2＋+ NH4＋ + H2O，欲溶解 1 mol Zn 需若干 mol 之 HNO3？

有多少比例之HNO3當氧化劑？ Ans ： 2.5 ； 1 / 10 【範例 9】 平衡方程式：OH－_{+ CrI} 3+ Cl2  CrO42－+ Cl－+ I2+ H2O

【範例 10】

酸性溶液中，1 分子乙醇完全被氧化成 CO2之半反應，其放出電子若干個？

Ans

： 12 個

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 牛 刀 小 試 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

1. 下列化學方程式：a Au + b HNO3 + c HCl  d H＋ + e AuCl4－+ f N2O4 + g H2O 各係數間之

關係式中，何者正確？ (A) a＝d＝e (B) b＝g (C) f＝ 2 b (D) c＝4e。 2. 選出下列平衡方程式之正確係數？a H＋_{+ b MnO} 42－ c MnO2 + d MnO4－ + e H2O

(A) a＝4 (B) b＝4 (C) c＝2 (D) d＝2 (E) e＝2。 3. S2O32－離子將I2還原為I－離子之後，其本身變為？

(A) SO42－ (B) SO32－ (C) S4O62－ (D) S2－。

4. H2O2作為氧化劑時，下列各半反應何者是正確的？

(A) H2O2  2H＋+O2 +2e－ (B) H2O2 +2H＋ +2e－ 2H2O

(C) H2O2  H2O+ 2 1

O2 +2e－ (D) H2O2 +2OH－  2H2O+O2 + 2e－

5. a Cu2S+ bH＋ + c NO3－  d Cu2＋ + e S+ f NO+ g H2O 為平衡方程式。 下列各係數之關係，何者正確？ (A) a：c＝3：2 (B) b－c＝2d (C) 2b＝g (D) c＝3g。 6. 在下列化學方程式各係數間之關係式中，何者為正確？ a MnO4－ + b H2S+ c H＋  d Mn2＋ + e S + f H2O (A) 5 2  a b (B) 5 2  b a (C) 5 2  e a (D) 3 4  c f (E) 5 2  d b 。

7. 有關銅與濃硝酸作用之敘述，何項錯誤？ (A) 1 莫耳銅與 4 莫耳硝酸反應 (B)反應之硝酸中僅 25％用於當氧化劑 (C)溶液漸呈藍色，並有棕色氣體產生 (D)其淨離子方程式之最簡整係數和為 12 (E)其非離子方程式之最簡整係數和為 10。 8. 關於 H2O2 + 2MnO4－ + 6H＋ 8H2O + 2Mn2＋+ 5O2的反應，下列敘述何者正確？ (A) H2O2為氧化劑 (B) H2O2被還原為H2O (C) MnO4－被還原為Mn2＋ (D) Mn2＋（aq）為紫色。 9. Al + OH－ _{+ H} 2O  Al(OH)4－ + H2方程式平衡後，各項係數最筒單整數此之總和為？ (A) 9 (B) 7 (C) 15 (D) 14。 10. 用氧化數法平衡下列反應： IO3－ + HSO3－  I2 + SO42－ + H＋ + H2O，則 H＋之係數為？ (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5。(最簡單整數比的係數) 11.下列方程式：a H＋ _{+ b Br}－ _{+ c BrO} 3－ d Br2 + e H2O 平衡時，各項係數之關係為？

(A) a＝d＋e (B) b＋c＝d (C) a＋b＋c＝d＋e (D) a＋b＋c＝2d＋e。

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牛刀小試解答

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1. ABCD 2. ADE 3. C 4. B 5. B 6. BCD 7. B 8. C 9. C 10. C 11. A

第三節 氧化還原滴定

一、氧化還原反應之計量(滴定) A. 當量(E)＝ 克當量＝ 【範例 1】 (1) H2O2當氧化劑時，克當量＝ (2) K2Cr2O7在酸性溶液中，當氧化劑時，克當量＝ (3) KMnO4在酸性溶液中E＝

(4) KMnO4在強鹼性溶液中E＝

(5) KMnO4在中性或弱鹼性溶液中E＝

(6) HNO3當氧化劑E＝ (稀)；E＝ (濃)；當酸 E＝

(7) Na2C2O4當還原劑E＝ (8) H2C2O4‧2H2O 當還原劑 E＝ ；當酸 E＝ (9) KHC2O4‧2H2O 當還原劑 E＝ ；當酸 E＝ (10) KHC2O4‧H2C2O4當還原劑E＝ ；當酸 E＝ B. 當量數(eq) eq ＝ C. 當量濃度(CN) CN ＝ D. 計算 1. 類型 A： (a)利用當量數相等之觀念作答，即氧化劑當量數＝還原劑當量數。 (b)利用方程式作題。 2. 類型 B：一定要用方程式係數關係作。 二、氧化還原滴定的指示劑選擇舉例： A. 本身顏色變化明顯者不必另加指示劑。 例：紫色的 KMnO4酸性溶液被還原為幾近無色的Mn2＋(淡粉紅)，直接用其本身來顯示滴

定終點即可，當到達滴定終點時，稍微過量的KMnO4，可使溶液呈紫色。 (見範例 19) B. 有關碘的滴定以澱粉為指示劑，I2可與澱粉形成藍色錯合物。 例：以I2(溶在 KI 溶液)為氧化劑來滴定(還原劑＋澱粉)，達滴定終點時，藍色會出現。 例：以I－_{為還原劑來滴定氧化劑(常用)：當過量的 I}－_{加入含有氧化劑(如 H} 2O2)的溶液 中時，即產生與氧化劑當量數相同的I2。 此(I2＋澱粉)再用 Na2S2O3來還原，當達滴定終點時藍色會消失。 (見範例 17) 【範例 2】

在反應2MnO4－+ 3SO32－+ H2O2MnO2+ 3SO42－+ 2OH－ 中，KMnO4 (式量＝158)的當量為？

(A) 3 158 (B) 5 158 (C) 6 158 (D) 7 158 。 Ans ： A 【範例 3】 滴定30.0 毫升某 Sn2＋_{酸性溶液，達滴定終點時共消耗了10.0 毫升 KMnO} 4溶液(0.120 M)，此 溶液中Sn2＋_{之起始濃度為何？} (A) 0.100 M (B) 0.200 M (C) 0.360 M (D) 0.900 M。 Ans ： A 【範例 4】 已知25.0 毫升的 0.10 N 亞鐵溶液，可與 29.0 毫升的過錳酸鉀溶液在酸性條件下完成氧化還 原反應，則此過錳酸鉀溶液每公升中含有過錳酸鉀(式量＝158)多少克？ (A) 2.72 克 (B) 8.16 克 (C) 10.5 克 (D) 13.6 克 Ans ： A 【範例 5】 某不純之鐵礦(只含 Fe 及其他非鐵之雜質)80.0 g。利用硫酸處理後，得 100 mL 之水溶液，取 其中10 mL，而以 0.10 M KMnO4滴定，當達當量點時，計用去KMnO4 40 mL，求鐵礦中含 鐵之百分率？ Ans ： 14 ％ 【範例 6】

比重1.09 之過氧化氫水溶液 1.56 mL 可使濃度 0.120 M 之 KMnO4酸性溶液5.00 mL 之紫色完 全褪色，則此過氧化氫水溶液之重量百分率為何？ Ans ： 3 ％ 【範例 7】 實驗室在做氧化還原滴定時，常以過錳酸鉀為氧化劑來滴定未知濃度之還原劑，且反應大多 是在酸性溶液中進行，試問以下列何種酸來調整溶液呈酸性最適當 (A)硫酸 (B)鹽酸 (C)硝酸 (D)草酸。 Ans ： A 【範例 8】 雙氧水可以使得硫酸酸化的過錳酸鉀溶液褪色 (1)試用半反應法平衡此氧化還原反應方程式。 (應寫出氧化及還原兩個半反應式及全反應方程式) (2)若欲使 0.05 M KMnO4溶液100 毫升完全褪色，至少須要 3％雙氧水幾克？ (3)至多可以得到標準狀況下氧氣幾毫升？ Ans ： (2)14.2g ； (3)28 0m L 【範例 9】 草酸存在於很多植物與蔬菜中，草酸含量的定量分析方法是在酸性溶液中，用過錳酸鉀進行 氧化還原滴定，生成CO2。若滴定1.00 g 含有草酸的樣品(A)，須用 40.0 mL 之 0.0050 M 過錳 酸鉀溶液，方達當量點。 (1)寫出這個化學反應的平衡方程式。 (2)計算草酸含量為多少克。 (3)計算草酸含量在樣品中的重量百分比。 (4)將樣品(A)溶於 25.00 mL 之水中，求草酸的容積莫耳濃度為多少？ Ans ： (2)0.045g ； (3)4.5 ％； (4)0.02M 【範例 10】

Ans ： 267mL 【範例 11】 含等莫耳Fe2+_{的兩酸性溶液，分別用0.1 M KMnO} 4及0.1 M K2Cr2O7溶液滴定，到達當量點 所需體積的大小何者正確？

(A) KMnO4較大 (B) KMnO4較小 (C)二者相等 (D)無法判斷

Ans ： A 【範例 12】 在酸性溶液中K2Cr2O7可與Fe2＋作用產生Cr3＋及Fe3＋。試回答下列問題：(Fe＝56) (1)以半反應平衡方程式。 (2)以 1 M K2Cr2O7與1 M KMnO4滴定一定量Fe2＋其所需體積比為？ (3) 2.00 克鐵礦溶於稀硫酸使其變成 FeSO4酸性溶液200 mL，取出 25 mL，以 0.020 M K2Cr2O7滴定，須K2Cr2O7 28.0 mL，求鐵礦含 Fe％。 Ans ： (2)5 ： 6 ； (3)75.5 ％ 【範例 13】 在酸性溶液中剛好氧化2.00 克 KI（aq）完畢，所須1.0 M 下述各溶液的體積比為若干？ (KMnO4：K2Cr2O7：Cl2：H2O2：KIO3) Ans ： 6 ： 5 ： 15 ： 15 ： 6 【範例 14】 取下列各物質的0.1 M 水溶液各 5 毫升，分別加入 0.3 M 的 KMnO4酸性溶液0.5 毫升時，何 者能使KMnO4的紫色完全消失？

(A) Na2SO4 (B) Na2C2O4 (C) BaCl2 (D) Ca(OH)2 (E) FeSO4。

Ans ： BC

用200 mg 含 MnO2的試樣，待加入0.100 N Fe2+ 50.0 mL 後，需 16.0 mL、0.080 N 的二鉻酸鉀 來進行反滴定，問MnO2在試樣中所佔的百分率(MnO2之式量為86.90)？ Ans ： 80.8 ％ 【範例 16】 1.30 克礦砂中所含的鉻，先經氧化為 Cr2O72－，再以40.0 毫升 2.15M 的 Fe2＋來還原成Cr3＋， 未反應的Fe2＋_{需80.0 毫升 0.200 M 的酸性 MnO} 4－溶液，才能完全氧化成Fe3＋。 (1)寫出 Fe2＋_{於酸性溶液中，還原Cr} 2O72－及MnO4－的兩個平衡方程式。 (2)未與 Cr2O72－反應的Fe2＋為多少莫耳？ (3)礦砂中鉻的莫耳數為多少？ (4)礦砂中所含鉻的重量百分比為多少？(原子量：Cr＝52) Ans ： (2)0.08mol ； (3)2× 10 － 3 _{mol ； (4)8 ％} 【範例 17】 有一過氧化氫(H2O2)溶液 1.20 克與過量 KI 的酸性溶液反應，其生成之碘以標準 0.10 N 之 Na2S2O3溶液滴定至終點時，共用去21.0 mL 滴定液，則原過氧化氫溶液中含 H2O2的百分率 為若干？ Ans ： 2.98 ％ 【範例 18】 已知1.5 M 的 NaOH（aq）標準溶液30.0 mL，可滴定 45.0 mL 的草酸氫鉀溶液至完全中和，在 酸性條件下，25.0 mL 的該草酸氫鉀溶液可與 25.0 mL 的過錳酸鉀溶液完全氧化還原。求此過 錳酸鉀溶液的濃度為若干？

Ans ： 0.4M 【範例 19】氧化還原滴定實驗的操作程序如下： (I)標定過錳酸鉀溶液濃度： a 稱取 0.1675 克草酸鈉，溶成 25.0 mL 水溶液，倒入錐形瓶中，加入 2.0 M 硫酸溶液 30.0 mL，並以 70.0 mL 蒸餾水稀釋之，並加熱至約 70℃，不要到 90℃。 b 以過錳酸鉀溶液滴定之，達當量點時耗去 10.0 mL 的過錳酸鉀溶液。 請回答下列問題： (1)此滴定達當量點時，錐形瓶中的溶液呈什麼顏色？是何物種形成的顏色？為何本實驗 不必另加指示劑？ (2)完成並平衡此滴定的反應方程式。 (3)請求出過錳酸鉀溶液的容積莫耳濃度為若干？ (4)為何要加熱至 70℃而不可超過 90℃？ (II)測定未知試樣中的含鐵量： a 秤取 0.88 克的未知試樣〔含鐵(II)〕，倒入錐形瓶中，加入 2 M 硫酸溶液 30.0 mL 並以 70.0 mL 蒸餾水稀釋之。 b 以標定後的過錳酸鉀溶液滴定之，當用去 30.0 mL 時恰達當量點。 請回答下列問題： (5)完成並平衡此滴定的反應方程式。 (6)請求出未知試樣中含鐵(II)的重量百分率為若干？(Fe＝56) Ans ： (1) 恰為淡紫 色、 Mn O 4－ ； (3)0.05M ； (6)47.7 ％

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 牛 刀 小 試 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

1. 使用過錳酸鉀的氧化還原滴定，通常都是在酸性條件下進行。下列哪種酸最適合該類實驗 使用？ (A)硝酸 HNO3 (B)鹽酸 HCl (C)硫酸 H2SO4 (D)草酸(COOH)2。

2. 欲將定量碘離子完全氧化，下列四種相同濃度(0.10 M)氧化劑水溶液(均經過硫酸酸化)所 須體積由大至小之順序為：(甲) KMnO4 (乙) H2O2 (丙) FeCl3 (丁) K2Cr2O7

(A) (甲)＞(丁)＞(丙)＞(乙) (B) (乙)＞(丙)＞(丁)＞(甲) (C) (丁)＞(甲)＞(乙)＞(丙) (D) (丙)＞(乙)＞(甲)＞(丁)。

3. 以二鉻酸鉀(K2Cr2O7)在酸性溶液中定量 Fe2+之敘述何者正確？(K2Cr2O7＝294) (A)還原半反應為 Cr2O72－+ 7H2O + 6e－  2Cr3++ 14OH－ (B) K2Cr2O7之當量為49 (C)以 1 M K2Cr2O7滴定含Fe2+之某試料須K2Cr2O7(aq)20 mL，則某試料中含 0.12 莫耳 Fe2+ (D)若以 1 M KMnO4代替(C)中之 K2Cr2O7，則所需體積大於20 mL (E)反應之離子方程式，若 Cr2O72－之係數為1，則 Fe2+係數為6。 4. 取下列各物質的 0.1 M 水溶液各 5 mL，分別加入 0.3 M KMnO4(aq)酸性液0.5 mL，何者能使 KMnO4(aq)之紫色完全褪色？

(A) Na2C2O4(aq) (B) BaBr2(aq) (C) FeSO4(aq) (D) Na2SO3(aq) (E) H2O2(aq)。

5. 以 1.0×10－2 _{M MnO}

4－的酸性溶液20 mL 氧化下列各還原劑，何者產生氣體，且在一定狀況

下此氣體的體積最大？

(A) H2O2 (B) Na2C2O4 (C) HCl (D) H2S (E) NaHSO3。

6. 下列何組溶液相混合時有氣體產生，同時發生顏色的改變？ (A) 6 M H2SO4酸化之0.1 M K2Cr2O7和3％H2O2 (B) 0.5 M KMnO4和1.0 M HCl (C) 0.1 M K2Cr2O7加入過量NaOH (D) Na2SO3（s）加入6 M HCl (E) 0.1 M Na2C2O4以2 M H2SO4酸化後，加入0.1 M KMnO4。 7. 一定量雙氧水中加入過量過錳酸鉀溶液，所產生氣體的量為同量雙氧水加入二氧化錳生成 氣體的量之若干倍？ 8. 將純 KIO3 2.14 克溶於水而配成 100 mL，取其 10.0 mL 加足量 KI（aq）及少量稀酸混合時會 呈現褐色，此褐色溶液中加入澱粉數滴則呈藍色，再滴定Na2S2O3（aq）15 mL 時藍色消失， 試問Na2S2O3(aq)溶液之濃度為若干M？ 9. 二鉻酸鉀(K2Cr2O7)在酸性溶液中可做氧化劑進行滴定，已知 25.0 毫升的 0.10 M 乙二酸氫

鈉(NaHC2O4)可與 29.0 毫升的二鉻酸鉀溶液在酸性條件下，完成氧化還原反應，試問： (a)以半反應表示二鉻酸鉀的還原反應？ (b)如改用同莫耳濃度的過錳酸鉀(KMnO4)以替代二鉻酸鉀，在同條件下反應，則需若干 毫升KMnO4（aq）方可達到當量點？ (c)同一乙二酸氫鈉 25.0 毫升，以 0.1 M 氫氧化鈉溶液滴定時，須用去若干毫升的 NaOH（aq），方可達到當量點？ 10. 草酸結晶(H2C2O4‧2H2O)與草酸鈉(Na2C2O4)之混合水溶液 500 mL。進行下列實驗： (a)混合液 20 mL，以酚酞作指示劑，需 0.1 N NaOH 16.0 mL 來滴定。 (b)混合液 10 mL，加硫酸使成酸性，加溫，再以 0.02 M KMnO4來滴定，需22.0 mL KMnO4。 (1) (a)之滴定的反應式為何？ (2) (b)之滴定的反應式為何？ (3) 500 mL 之混合液中，草酸結晶及草酸鈉各若干克？

11. 20 mL 的 NaHSO3（aq）與50 mL 0.04 N 的 Ba(OH)2（aq）恰能中和，又該NaHSO3（aq） 30 mL

用KMnO4（aq）來滴定恰需8 mL，則 (1) NaHSO3的濃度為若干M？ (2) KMnO4（aq）的濃度為若干M？ 12. 實驗中將 0.201 克 Na2C2O4(式量＝134)溶於適量的水，並經酸化後，以未知濃度的 KMnO4溶液滴定。 (1)完成離子反應平衡方程式(MnO4－+C2O42－+H＋)。 (2)當加入 20.0 mL KMnO4溶液後，再多加一滴KMnO4溶液時，溶液即呈紫色，求 KMnO4(式量＝158)溶液的體積莫耳濃度。 (3) 20.0 mL 的 KMnO4溶液，含KMnO4若干克？ (4)欲滴定 0.105 莫耳 FeSO4溶液，需上述KMnO4溶液若干mL？

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牛刀小試解答

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1. C 2. D 3. BCDE 4. ABDE 5. B 6. ABE 7. 2 倍 8. 0.4M 9. (a)略；(b)34.8mL；(c)25 10. (3)2.52g 及 4.69g 11. (1)0.1M；(2)0.15M 12. (1)略；(2)0.03 M；(3)0.0948；(4)700 mL

第四節 電池電動勢

一、電化學研究的領域：電化學就是探討氧化還原反應與電流間之相互作用，不外乎有兩種 可能性： 1. 氧化還原反應可以產生電流，這種輸出電能的裝置，稱為 。 2. 電流可以產生氧化還原反應，這種輸入電能的裝置，稱為 。 二、電化電池 1. 電池裝置以_{Zn Cu} 2_電池為例 2. 電池之反應 (1) 接通後，Cu極發生 ，鋅極發生 。 (2) 電子由鋅極( )流至銅極( )。 (3) 經一段時間後，鋅極 重量，銅極 重量，銅、鋅增減之莫耳數比為 。 V e-Zn

-

+ _Cu Zn2+ SO₄ 2-SO₄ 2-Cu2+ 陰極 陽極 陰離子 陽離子 半反應式： 陽極： 陰極： 全反應： 鹽 橋

(4) 剛接通時電壓最大，達平衡時電壓為 ，移去鹽橋後電壓亦為零。 3. 電化電池的電極反應： (1) 發生還原半反應之電極，稱為 極，在商業電池上常標之以 號。 (2) 發生氧化半反應之電極，稱為 極，在商業電池上常標之以 號。 (3) 外線路中，電子由 極流向 極，伏特計(安培計)之指針偏向 極。 (4) 電解液中陽離子趨向 極，陰離子趨向 極。 4. 鹽橋：在電化電池中連接兩半反應電池之裝置。 (1) 組成： (2) 功用： (3) 用一多孔素瓷杯亦可，且效果更佳。 5. 未能取得電流之裝置： (1) 將銅線插入盛AgNO3飽和溶液之燒杯中。 現象： (2) Zn與Cu NO( 3 2() aq)之反應： Zn片上有Cu析出，當反應達平衡後取出溶液，並在溶液中加入Na S2 ，則生成白色 ZnS沈澱，由此可以證明_Zn2_存在。 【範例 1】 在一杯硝酸銀水溶液內放人秤好重量的銅絲，隔夜後發現發生了化學變化。下列有關這實驗 的敘述，何者為正確？ (A)本實驗 1 莫耳的銀離子和 2 莫耳的銅原子作用 (B)水溶液由原先的無色變成淡藍色 (C)本反應為一種氧化還原反應 (D)可利用本反應的原理來組成化學電池 (E)反應後銅絲的重量比反應前增加。

Ans ： BCDE 【範例 2】 將10.0 克重之細銅線浸入 100 毫升，1.0 M 之硝酸銀水溶液，片刻後取出銅線。經分離乾燥 後，測得銅線與析出銀之總量為10.70 克，取出銅線後的溶液中銅離子及銀離子之濃度各為？ (原子量：Cu＝63.51，Ag＝107.9) (A) _[Cu2_{]＝0.20 M，[Ag}_{]＝0.800 M (B) [Cu}2_{]＝0.046 M，[Ag}_{]＝0.908 M} (C) _[Cu2_{]＝0.10 M，[Ag}_{]＝0.950 M (D) [Cu}2_{]＝0.100 M，[Ag}_{]＝0.900 M。} Ans ： B 【範例 3】 將鐵片放入硫酸銅溶液中，等鐵片表面附有一層金屬銅後取出，洗淨、乾燥、然後秤量時， 得知其重量增加1.0 克。在鐵片上析出的銅重量約為多少克？(Fe＝56，Cu＝64) Ans ： 8g 三、標準電位 1. 電位之意義： (1). 氧化電位： (2). 還原電位： 2. 電子之爭取與釋放： (1). 一氧化還原反應如下： ，則物系中M 及N競爭放出電子，_Mn_、Nn_競 爭要獲得電子，若反應平衡傾向右端，則： 放出電子之傾向：M ＞N 獲得電子之傾向：_Nn_＞Mn_。 M + N n+ M n+ + N

(2). 實驗： A B C D D2+ _{＋ ＋ ＋ 獲得電子能力 ________} C2+ _{＋ ＋ －} B2+ _{＋ － － 失去電子能力 ________} A2+ _{－ － －} 3. 電位之測定(_E0₎ (1). 規定：因電位隨物質的種類，濃度的變化及溫度而異，故化學上規定在下列條件下 測得者稱為標準電位，以_E0_表示。 (a) 對氣體而言： (b) 對離子而言： (c) 對固體而言： (2) 測定： (a) 參考電極： 以標準半電池測定其它半電池相對釋放 或爭取電子的能力，稱為參考電極。 目前所使用的參考電極為氫標準電極。 2H+

(aq,1M)+2e－→H2(g,1atm) E0＝0.00V

H2(g,1atm)→2H+(aq,1M)+2e－ E0＝0.00V

(b) 一半電池之電位為其與標準氫電極所組成電池之電位差 ① 若伏特計指針偏向氫標準電極，則表示被測定半電池 電子能力較強， 電位為正。 ② 若伏特計指針偏向被測定半電池，則表示被測定半電池 電子能力較 強， 電位為正。 ③ 若半反應式逆寫，則電位值(_E0_{) ______。表示一還原劑的 電位愈高} ，則其共軛氧化劑之 電位值愈低。 ④ 若半反應式兩端同乘以正數 n 時，則其 不變，但 能量 變至 n 倍。 V e－ Zn － Zn2+ SO₄2- _Cl－ K+ 陰極 陽極 鹽 橋 ＋ H₂ H₂O H₂O H₂ Cl－ Pt e－ (1atm) H＋ (1M)

4.電位表 還原電位 氧化電位 2( )g 2 2 (aq) F _ e_ F +2.87V －2.87V 2( )s 2 2 (aq) I  e  I +0.53V －0.53V 2 (aq) 2 ( )s Cu   eCu +0.34V －0.34V ( ) 2( ) 2H_aq 2eH _g 0.00V 0.00V 2 (aq) 2 ( )s Ni  _ e _Ni －0.25V +0.25V 2 (aq) 2 ( )s Co   e Co －0.28V +0.28V 2 (aq) 2 ( )s Zn   eZn －0.76V +0.76V 2 (aq) 2 ( )s Mn   eMn －1.18V +1.18V 2 (aq) 2 ( )s Mg  _ e_Mg －2.37V +2.37V (aq) ( )s Cs e Cs －2.92V +2.92V (aq) ( )s Li eLi －3.00V +3.00V 愈上方的物質得電子能力愈強 還原電位愈_____ 是愈強的氧化劑 愈下方的物質得電子能力愈弱 還原電位愈_____ 是愈弱的氧化劑 想一想 以上述的電位表來看，誰是最強的還原劑? 5. 半電池電位表之應用： (1)判斷氧化劑及還原劑之相對強度 (a)氧化電位_E0_{值愈大為愈強的 。最強之還原劑為 。} 常見還原劑的強度： (b)還原電位_E0_{值愈大為愈強的 。最強之氧化劑為 。} 常見氧化劑的強度： (2)求電池的電壓 (a)陽極、陰極的選擇：

(b)電池之電壓＝ 陰極還原電位＋陽極氧化電位 ＝ 陰極還原電位－陽極還原電位 ＝ 陽極氧化電位－陰極氧化電位 【範例 4】 已知Zn( )s Zn(2aq)2e E0＝0.76V ( )s (aq) Ag _Ag _e _E0_＝－0.80V 則Zn( )s 2Ag(aq)Zn(2aq)2Ag( )s 之E0＝ V。 Ans ： 1.56V (c)電池電壓之討論 ①_E0_{之大小和反應式之係數無關。} 如： ② 一反應被寫成逆反應時，則其逆反應之電位 大小不變 、 符號相反 。 如： ③ 一半電池的電位隨所定標準半電池之電位之改變而 ，但一電池之電壓不 隨之改變。 例如：已知2H+ (aq)+2e－→H2(g) E0＝0.00 V Cu2+

(aq) +2e－→Cu(s) E0＝0.34 V

Ni2+

(aq) +2e－→Ni(s) E0＝0.25 V

Ni(s)+Cu2+(aq)→Ni2+(aq)+Cu(s) E0＝ V

若改定 2H+

(aq)+2e－→H2(g) E0＝1.00 V

則：Cu2+

Ni2+

(aq) +2e－→Ni(s) E0＝__________V

Ni(s)+Cu2+(aq)→Ni2+(aq)+Cu(s) E0＝ ___ V

(d)一電池電壓的大小決定於 、 、 ，但與電極的大小，反應方程式之 係數及所定之標準半電池之電位 。 (e)由二半反應電位求另一半反應電位： 由於各半反應之電子得失數不同，其質點在電場作功不同，故必須利用 能量加成定律求之。 例如：已知Fe(2aq)2eFe( )s E0＝－0.44 V 3 2 (aq) (aq) Fe _e _Fe  _E0_{＝0.77 V} 則 Fe(3aq)3e Fe( )s E0＝ V (3)預測在標準狀態下反應可否自然發生： (a)若全反應_E0_{＞0， 自然發生。} (b)若全反應_E0_{＜0， 自然發生。} 例如：已知 2 4 8 5 4 2 MnO H e Mn  H O _E0_{＝1.52 V} 2 2Cl Cl 2e _E0_{＝－1.36 V} 反應 2 4 2 2 2MnO16H10Cl2Mn 8H O5Cl 之_E0_{＝ 。} 表示反應在標準狀態下 。 (4)預測之限制： (a)若全反應之_E0_{僅為 ＜ 0.2V 則基於標準狀態所做的預測，可能與實驗結果有}

出入。 (b)_E0_{值僅可預測反應是否發生，無法預測 。} 6. 伏打電池 7. 元素的重要反應 【範例 5】 標準氫電極的電位_E0_{＝0.00 伏特，是：} (A)化學共同定義的 (B)從反應能量推算的結果 (C)由理論計算的結果 (D)由實驗測得的。 Ans ： A 【範例 6】 已知半反應O₂2H2e H O_{2 2 E}0_{＝0.68 伏特，} 2 4 8 5 4 2 MnO H e Mn  H O _E0_{＝1.49 伏特，} 則反應 2 2 2 4 2 2 5H O 2MnO6H 5O 2Mn 8H O之電動勢為？ (A)－0.81 伏特 (B)－0.42 伏特 (C) 0.81 伏特 (D) 2.17 伏特。 Ans ： C 【範例 7】 已知CuCue _E0_{＝－0.52 V；Cu} _Cu2_e _E0_{＝－0.15 V，} 則Cu自身氧化還原反應之_E0_{值為若干？} Ans ： 0.37V

【範例 8】 已知_{Zn Co} 2 _Zn2 _{Co、Fe Co} 2 _Fe2_{Co，而Fe與Zn}2_{不反應，則下列何者正確？} (A)氧化力：_Co2_＞Fe2_＞Zn2 _{(B)還原力：Zn＞Co＞Fe (C)氧化力：Zn}2_＞Fe2_＞Co2 (D)還原力：Fe＞Co＞Zn。 Ans ： A 【範例 9】 若金屬A可溶於B(2aq)，而不溶於E(2aq)；B可溶於C(2aq)；C不溶於A(2aq)中，而可溶於D(2aq)中； 則： (A)E可溶於B(2aq)及D(2aq)中 (B)B可溶於D(2aq)中 (C)B及D皆可使A(2aq)還原為金屬A (D)氧化力最大者為B(2aq) (E)還原力大小次序為：E＞A＞C＞D＞B。 Ans ： AB 【範例 10】 已知下列各氧化電位：(未平衡) 2 Cu_Cu  _E0_{＝－0.34 V；} 2 I I _E0_{＝－0.53 V；Ag}_Ag _E0_{＝－0.80 V；} 0 E ＝－1.06 V；Cl Cl2  _{ E}0_{＝－1.36 V；} 2 4 Mn  MnO _E0_{＝－1.52 V。} 下列何者能氧化_I_{但不能氧化Cl}_？ (A)Br2 (B)Ag (C)MnO4  (D)_Cu2_。 Ans ： AB 【範例 11】 下列金屬各一對相接觸，浸於稀硫酸，電子流動由右金屬流往左金屬者為何？ (A)鋅－銀 (B)錫－鐵 (C)銀－錫 (D)鐵－鋅 (E)銅－鋅。 Ans ： BCDE

【範例 12】

下列反應不發生者為？

(A)2NaI Br 2 2NaBr I 2 (B)2NaI Cl 2 2NaCl I 2 (C)2NaBr Cl 2 2NaCl Br 2

(D)2NaF Br 2 2NaBr F 2。

Ans ： D

【範例 13】

下列組合中何者會發生反應？

(A)Zn CaCl 2 (B)Ca AlCl 3 (C)Al CuCl 2 (D)I2CaCl2 (E)Br2MgI2。

Ans ： BCE 【範例 14】 下列反應在常溫而不另外加其它能量之情形下，何者不易向右方進行？ (A)6CO2( )g 6H O2 ( )l C H O6 12 6(aq)6O2( )g (B)2FeCl3(aq)2Fe( )s 3Cl2( )g (C) 2 ( ) 2( ) 2( ) 2H O_l 2H _g O _g (D)Co( )s Cu2(1 )M Co(2aq)Cu( )s (E) 2 2 ( )s (1 ) (aq) ( )s Zn _Ni  M _Zn  _Ni _。 Ans ： ABC 【範例 15】 下列各物質水溶液100 mL 各滴入同一濃度KMnO4溶液(酸性)2、3 滴時，不使MnO4 _之紫紅色 消失者為何物？

(A)Na SO2 4 (B)FeSO4 (C)NaHSO3 (D)H S2 (E)NaF。

Ans ： AE 【範例 16】 若各離子濃度均為0.15 M，下列那一組離子不可能都以 0.15 M 共存於同一溶液中？ (A)Na_， 3 NO，_I_， 4 NH (B)K，_Br_，Li_， 3 NO (C)H，Cl_，Na_，OH (D)Na_，CN_， 3 NO，_Ni2 _(E) 2 2 7 Cr O ，Na_，H_，I_。

Ans

： CDE

【範例 17】

在標準狀況下，下列各混合物何者不進行化學變化？

(A)CuCl2(aq)F2( )g (B)Zn( )s CuCl2(aq) (C)ZnF2(aq)Co( )s (D)Ag(aq)CuCl2(aq) (E) 2(aq) 2(aq) NiCl ZnBr 。 Ans ： CE 【範例 18】 以下各組溶液(濃度皆為 1 M)以所附資料之容器儲存，何項不妥當？ (A)HCl Cu ( ) (B)KI Zn ( ) (C) Fe(NO3)2 (Zn) (D)Mg NO( 3 2) ( )Al 。 Ans ： C 【範例 19】 已知_Fe2_Fe3_e_，E0_{＝－0.77 V，} 2 ₂ FeFe  e，_E0_{＝+0.44 V，} 2 ₂ NiNi  e，_E0_{＝+0.25 V，則下列敘述何者正確？} (A)鎳製容器可以儲存 1 M _Fe3_{溶液，但不適於儲存1 M Fe}2_溶液。 (B)鎳製容器可以儲存 1 M _Fe2_{溶液，但不適於儲存1 M Fe}3_溶液。 (C)鎳製容器可以儲存 1 M _Fe3_{溶液或1 M Fe}2_溶液。 (D)鎳製容器不可以儲存 1 M _Fe3_{溶液，或1 M Fe}2_溶液。 Ans ： B 【範例 20】 將鋅片及銅片分置於同一杯稀硫酸中，並在液外以電線連接兩金屬上端。以下何者為正確？ (A)鋅不溶解，但鋅片上有H2氣發生 (B)銅溶解，並在銅片上有H2氣發生 (C)銅不溶，其銅片上亦無H2發生 (D)鋅片溶解，而銅片不溶，但在鋅片及銅片上都有H2發生。

Ans ： D 【範例 21】 對一氧化還原之Δ_E0_{而言，下列敘述何者正確？} (A)Δ_E0_{＞0，則反應向右可自然發生 (B)ΔE}0_{越大則平衡常數K 越大} (C)Δ_E0_{值越大，反應速率越快 (D)方程式各係數加倍後，ΔE}0_{值亦應加倍} (E)電位值與溫度無關。 Ans ： AB 【範例 22】 有關半電池及電化電池(可放電)的下列敘述中，何者正確？ (A)半電池的標準還原電位以 0 2 ( ) E HH ＝0.00 V 為標準 (B)所謂標準狀態是氣體分壓為 1 atm，25℃，離子濃度 1 M (C)所謂標準狀態是氣體分壓為 1 atm，0℃，離子濃度 1 N (D)二個半電池構成一個電化電池時，還原電位較高的是正極 (E)電化電池的正極就是陽極。 Ans ： ABD 【範例 23】 鋅銅電池的反應可表示為Cu(2aq)Zn( )s Cu( )s Zn(2aq)，ΔE0＝1.1 伏特。下列有關此電池的敘 述，何者正確？ (A)鹽橋的功用在聯結二電極間的電路 (B)陽極可析出銅 (C)電池用完時，電位差為 0 伏特 (D)電池反應達到平衡狀態時，電壓＝0 (E)Cu(2aq)2e Cu( )s ，E0＝0.34 伏特，所以2Cu(2aq)4e 2Cu( )s ，E0＝0.68 伏特。 Ans ： AD

【範例 24】 在A、B、C、D 四燒杯中各放 30 毫升 1 M 的硫酸鋅、硫酸鎳、硫酸銅及硝酸銀，依序以碳棒、鎳 片、銅片、碳棒為電極，構成四個半電池，問那兩個半電池所組成的化學電池，其電位差最 大？試繪簡圖顯示化學電池之組合情形，並標明各部分名稱，注意伏特計之兩端應標示(+) (－)。 Ans ： 略 【範例 25】 依下列數據，回答有關「秒錶反應」(clock reaction)的問題： 3 2 2 1 6 5 3 2 IO H e  I  H O _E0_{＝1.20 V} 3 6 6 3 2 IO H e I H O _E0_{＝1.09 V} 2 2 2 I  e  I _E0_{＝0.53 V} 2 4 3 2 3 2 SO  H eHSOH O _E0_{＝0.11 V。} (1)IO3 _會先與 3 HSO作用產生_I_{。試寫出此反應的反應方程式。此反應為何自然發生？} Δ_E0_{為若干伏特？} (2)當HSO3 _{耗盡時，過量的} 3 IO又與_I_作用產生 2 I ，I2再與澱粉作用，使溶液顯出藍色。 試寫出IO₃與_I_產生 2 I 的反應方程式。此反應的Δ_E0_{為若干伏特？} (3)I2能氧化HSO3 _{否？試寫出其反應方程式，並以} Δ_E0_說明之。 (4)在酸性溶液中，HSO3 _{的還原能力較} I為強，其理由為何？

Ans ： (1)0.98V(2)0.67V 【範例 26】 某元素X 具有四種不同氧化態，其相互間的標準還原電位如下： 2 4 4 2 2 O  H e  H O _E0_{＝+1.2 伏特} 4 3 X eX  _E0_{＝+0.6 伏特} 3 2 X e X  _E0_{＝－0.1 伏特} 2 ₂ X  e X _E0_{＝－1.0 伏特} (1)若將 2 M 的_X2_{加入同體積2 M 的H}_{溶液時，下列何者可能產生？} (A)_X3 _(B)X4 _{(C)X (D)} 2 H (E)O2。 (2)X 加入1 M 的_H_{溶液時，反應是否會發生？其主要產物為何？} (3) 2 M 的_X3_{加入同體積2 M 的H}_{溶液時，反應是否會發生？溶液中最主要之物質為何？} (4) 2 M 的_X2_{加入同體積2 M 的X}4_{溶液時，反應是否會發生？溶液中最主要之物質為何？} Ans ： (1)AD(2) 自發， 1V (3) 否 (4) 自發 【範例 27】 實驗室中有1 M Pb NO( 3 2) 、鉛棒、1 M Cu NO( 3 2) 、銅棒、鹽橋、導線、燒杯： (a)試繪出電池_PbCu2 _之簡圖。 (b)寫出總反應式及在標準狀態時電池之電動勢。(氧化電位值：Pb＝0.13V，Cu＝－0.34V) (c)決定電流及電子流之方向。 (d)若Pb用去2.07 克，則析出Cu若干克？(原子量：Pb＝207，Cu＝63.51) (e)如將Cu棒換成石墨，電壓如何？ (f)如將Pb棒換成石墨，電壓又如何？ Ans ： (b)E=0.47V(c) 電子流： Pb → Cu ， 電流 →Cu Pb(d)0.6351g 8. 電解液濃度、溫度對電池電壓之影響 (1) 定性討論：利用 原理。 (a) 反應向生成物方向進行之趨勢增大，電池電壓 。

(b) 反應向反應物方向進行之趨勢增大，電池電壓 。 (c) 當正逆兩向反應爭取（或釋放）電子能力相等時，電池電壓 意即反應達成 。 【範例 28】 將鋅及銀兩個半電池組合成一個電化電池，其電池反應如下：Zn( )s 2Ag(aq)Zn(2aq)2Ag( )s ， 電池的標準電壓為1.56 伏特，則下列各項操作，對電池電壓有何影響？ (1)在陽極反應槽中加水稀釋，則電池電壓 。 (2)在兩極反應槽中加水稀釋，至電解液體積均加倍，則電池電壓 。 (3)將銀電極改用較大的銀棒，則電池電壓 。 (4)在銀極反應槽中加入足量AgNO3結晶，使溶液飽和，則電池電壓 。 (5)在銀極反應槽中加入濃Na S2 溶液，則電池電壓 。 (6)在鋅極反應槽中加入濃Na S2 溶液，則電池電壓 。 (7)將電解液加熱，則電池電壓 。 Ans ： (1) 變大 (2) 變小 (3) 不變 (4) 變大 (5) 變小 (6) 變大 (7) 變小 (2)定量討論：Nernst 方程式（參考） (a) ΔE＝Δ_E0_{－ Q} nF RT log 303 . 2 (b) 當 25℃時， F RT 303 . 2 ＝0.0591 ∴ΔE＝Δ_E0_{－ Q} n log 0591 . 0 (c) 平衡時 ΔE＝ 。Δ_E0_{＝ K} n log 0591 . 0 ∴Δ_E0_{： 標準電位 ； K： 平衡常數 。} (3)濃差電池(參考) (a)定義： (b)電極：1 陽極： 2 陰極：

(c)電壓： 【範例 29】(參考) 有關右圖電池的問題，下列敘述何者正確？ (A)此組電池沒有電流，伏特計指針為零 (B) A 為陽極，B 為陰極。電流由BA (C) A 為陰極，B 為陽極。電流由AB (D)此組電池放電後，電壓逐漸降低，最後兩燒杯內 A 中之[Ag]_{大於B 中之[Ag}_] (E) B 為正極，A 為負極，電流由AB。 9. 雙電池 (1) 定義： (2 ) 種類：(a) (b) (3) 電壓求法：(a) (b) 【範例 30】 (1) 正向聯接(順接) 已知：Zn( )s Zn(2aq)2 e E0＝0.76 V Ni( )s Ni(2aq)2 e E0＝0.25 V Ag Ag AgNO_3(aq) AgNO_3(aq) 1.0 M 0.001 M A B V

Ag( )s Ag(aq)e E0＝-0.80 V a 圖： b 反應式： A： B： A＋B： C： D： C＋D： 全反應電壓： (2) 逆向聯接(逆接) a 圖： b 反應式： A： B： A＋B： C： D：

C＋D： 全反應電壓： 【範例 31】 已知Cu( )s 2Ag(aq)Cu(2aq)2Ag( )s E0＝0.46 V ； 2 2 ( )s (aq) (aq) ( )s Zn _Cu  _Zn  _Cu E0＝1.10 V。 若將Cu Ag_ _{電池及Zn Cu} 2_{電池的銅極與銅極以導線相聯，鋅極與銀極以導線相聯。} (1)雙電池之淨電位為 伏特。 (2)電子由 極流向 極。 (3)雙電池之淨反應為： (4)Cu Ag_ _{電池中，銅半電池內電解液顏色漸呈 。 Zn Cu} 2_{電池中，銅半電池內電解液顏色漸呈 。} (5)若Ag極重量增加1.08 克，則Cu Ag_ _{電池中銅極重量 。Zn Cu} 2_{電池中銅極重量} ，外線路中通過電量為 庫倫。(原子量：Cu＝64、Ag＝108) Ans ： (1)1.56V(2)Zn ， Ag(3) 略 (4) 藍色，淺至無色 (5) 變小，變大， 965 【範例 32】 下列四個半電池分別由該金屬棒插入於1 M 之該金屬離子溶液而成，其氧化電位如下： 甲：_E0_{(Cr Cr} 3_{) ＝0.74 V，乙：E}0_{(Fe Fe} 2_{) ＝0.44 V，} 丙：_E0_{(Ni Ni} 2_{) ＝0.25 V，丁：E}0_{(Cu Cu} 2_{) ＝-0.34 V。} 若兩兩相連接構成兩個電池後，又彼此連接而成雙電池，則下列何者為真？ (A)欲得最高電壓有二種連接法 (B)欲得不同之總電壓有三種連接法 (C)欲得最低電壓有二種連接法 (D)最高電壓為 1.27 V (E)最低電壓為 0.29 V。 Ans ： ABCDE

由範例可得結論： 四個半反應之氧化電位A＞B＞C＞D 組成雙電池 (1)組合數： (2)電壓種類： (3)最高電壓： (4)中間電壓： (5)最低電壓：

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01. 鹵素離子之標準氧化電位(單位：伏特)各為_F_{：－2.87，Cl}_{：－1.36，} Br：－1.07， I：－0.53，就鹵素元素及鹵素離子間之反應而言，當最強氧化劑與最強還原劑反應時 0 E (伏特)應為？ (A)－2.34 (B)－1.51 (C) 2.34 (D) 4.86。 02. Au3K(aq) Au(3aq)3K E0＝－4.43V，下列敘述何者為正確？ (A)Au是比K更強的還原劑 (B)K(aq)的氧化力大於Au(3aq) (C)Au(3aq)是比K(aq)更強的氧化劑 (D)在標準狀況下，反應從左向右進行。 03. A，B，C 三種金屬，A 與 B 同時浸入稀硫酸中，並以導線連接，則 A 為正極。C 之硝酸 鹽的水溶液中放入B，則 B 之表面析出 C。但 C 不溶於稀酸中，則 A，B，C 可能依次為 (A)Mg，Fe，Ag (B)Ca，Zn，Cu (C)Zn，Mg，Ag (D)Fe，Zn，Cu (E)Al，Fe，Pt (F)Al，Zn，Pt。 04. 已知_Cu2 _0_{ }.153_V _Cu _0_{ }.521_V _Cu，Fe3 _{ }0.771_V _Fe2 _{ }0.44_V _{Fe，則何者可發生自身氧化還} 原反應？(A)Cu (B)_Fe2 _(C)Cu_及Fe2 _{(D)均不能。} 05. 在 25℃物質濃度 1 M 的條件下，混合下列各組物質，何者不進行化學變化？

(A)CuCl2 Br2 (B)CuCl2Zn (C)CuCl2 Ag (D)CuCl2AgNO3 (E)CuCl2 ZnBr2。

07. 下列敘述正確者為何？ (A)H O2 2當氧化劑時產生O2 (B)H O2 2的酸性溶液會使KI 的澱粉溶液呈藍色 (C)H O2 2的氧化力在鹼性中比在酸性中強 (D)H O2 2的還原力隨溶液pH 增大而降低。 08. 下列各物質，何者可在室溫下與水反應生成H2？ (A)Ca (B)Mg (C)Fe (D)K。 09. 化學反應方程式，平衡時反應物與生成物的係數，與下列何者無關？ (A)反應次數 (B)反應速率常數 (C)平衡常數 (D)反應熱 (E)Δ_E0_。 10. 鉛與銀的標準還原電位分別為_E0_(Pb2_{Pb)＝－0.13 伏特，E}0_(Ag_{Ag)＝+0.80 伏特，} 若以銀和鉛為兩極所構成的電化電池，在標準狀態下其電動勢為？ (A) 0.67 伏特 (B) 0.93 伏特 (C) 1.47 伏特 (D) 1.73 伏特。 11. 已知還原電位如課本，下列敘述何者錯誤？ (A)Cl2( )g 2Br(aq)可反應產生Br2( )l 2Cl(aq) (B)Cu( )s 2H(aq)可反應產生Cu(2aq)H2( )g (C)_3Fe2_{可自身氧化還原產生} 3 ( )s 2 Fe _ Fe  (D)_Cu2_{Cu半電池與Al}3_{Al半電池組成的電池電位為2.0 伏特，且知銅為陰極，則} 3 ( ) 3 _s Al _ e _Al _{的 0} E ＝－1.66 伏特。

12. 在 A、B、C、D 四個燒杯中各放 30 mL 之 1 M ZnSO4，NiSO4，CuSO4，AgNO3依序以鋅

片、鎳片、銅片、銀片為電極，構成四個半電池，並附有鹽橋，電錶及正負極的標示： (1)繪圖顯示由那兩個半電池所組成之電化電池可得最大電位差。

(2)繪圖顯示，由 A，B，C，D 四個半電池所組成之雙電池的最大電壓連接法。

13. 稀硫酸中置入鋅板和銅板：(甲)鋅與銅分開 (乙)鋅與銅上端接觸。下列何者正確？ (A)甲、乙兩鋅板均溶解 (B)甲、乙兩銅板重量均不變

(C)甲之Zn板與乙之Cu板均有氣體發生 (D)甲、乙兩鋅板均有氣體發生。 14. 已知Cu( )s Cu(2aq)2e；E10＝－0.34 伏特，Ag( )s Ag(aq)e；E20＝－0.80 伏特，有 關上面銅半電池及銀半電池所組成的電池，下列五項敘述中何者正確？ (A)Cu Ag 電池之全反應為Cu( )s 2Ag(aq) Cu(2aq)2Ag( )s ；電壓為E102E20 (B)Ag Ag_ _{半電池之銀電極當改用粗大銀棒時，該電池之電壓將增高} (C)該電池之電壓與銀電極的粗細無關 (D)當加蒸餾水於銅半電池時，該電池之電壓將降低 (E)當加蒸餾水於銀半電池時，該電池之電壓將降低。 15. 已知_Fe2_/Fe之E0_{＝－0.44 伏特，Ag}_/Ag之E0_{＝+0.80 伏特，以此兩個半電池組成一} 個電池，正確者為何項？ (A)Fe為陽極，Ag為陰極 (B)可用NaNO3(aq)做為鹽橋 (C)此電池標準電壓為 1.24 伏特 (D)此電池全反應式為Fe(2aq)2Ag( )s Fe( )s 2Ag(aq) (E)當溫度升高，電池電壓降低。 16. 已知Cu( )s Cu(2aq)2e E0＝－0.34 V；Zn( )s Zn(2aq)2e E0＝+0.76 V，則由銅半電池 及鋅半電池所組成的電池，下列敘述何項正確？ (A)電池標準電壓為 1.10 V (B)_{Cu Cu} 2_半電池加 3 2( ) ( ) _s Cu NO 後電池之電壓增高 (C)_{Zn Zn} 2_{半電池中加入蒸餾水則電壓降低} (D)電池電壓與電極的粗細無關 (E)增高電池溫度則電壓不變。 17. 有一電化電池，一個電極為鎳棒，浸在 20 毫升的 1 M 硫酸鎳中；另一電極為銅棒，浸在 20 毫升的 1 M 硫酸銅中，以安培計連接二電極，並以鹽橋插入二溶液中，試問下列敘述 何者正確？(原子量：Cu＝63.6，Ni＝58.7) (A)電流由銅極經由安培計流向鎳極 (B)增加硫酸鎳的濃度時電流變大

(C)增加硫酸銅的濃度時電流變小 (D)電流隨時間逐漸變小，而趨近於零 (E)鎳極的重量改變不會超過 1.18 g。 18. 已知_E0_{電池(Ni Cu} 2_{)＝0.59 V；E}0_{電池(Pb Cu} 2_{)＝0.47 V； E}0_電池( 3 Pb Au )＝1.65 V。求： (1)_E0_{電池(Ni Au} 3_)＝？ (2)若改定_Ni2_2e _Ni之E0_{＝0.00 V，則Pb}2_2e_Pb之E0_{＝？ 電池(} 2 Pb Cu )＝？ (3)若將Ni電極面積增大，_E0_{電池(Ni Au} 3_{) ＝？} (4)_{Ni Cu} 2_{電池，Pb Cu} 2_{電池，Pb Au} 3_{電池各放電一段時間後，整個電池內陽離} 子數目增加、減少或不變？ 19. 考慮Zn( )s ∣Zn2(1.00 M) // Cu2(1.00 M)∣Cu( )s 電化電池，假設吾人使用同樣物質，要製 造一個更高電壓之電池，下列何項措施可行？ (A)增加_[Zn2_]和[Cu2_{]到2.00 M (B)只增加[Zn}2_{]到2.00 M} (C)減少_[Zn2_]和[Cu2_{]到0.10 M (D)只減少[Zn}2_{]到0.10 M。} 20. 下列何者當溫度升高，其數值變小？ (A)放熱反應的速率常數 (B)化學反應活化能 (C)平衡常數 (D)電化電池電位值。 21. [H]_{之大小對下列各氧化劑之氧化力無影響者為何？}

(A)K Cr O2 2 7 (B)KMnO4 (C)H O2 2 (D)Fe3 (E)Ag。

22. 下列有關過氧化氫(H O2 2)氧化還原的敘述，何者為正確？

(A)在室溫時，H O2 2尚頗安定，若加入一滴含Fe2離子的溶液即可加速其分解