氧化還原

第三章 氧化還原 第一節 氧化作用 一、氧化： 1.物質與氧結合的反應，稱為 ，生成物稱為 。 例：燃燒為劇烈的氧化反應，鐵生鏽屬於緩慢的氧化作用。 2.活性： (1)以元素在空氣中燃燒的難易程度，來判定物質(金屬或非金屬)的活性大小。 (2)愈容易與氧結合，愈容易燃燒，其活性愈大； 愈不容易與氧結合，愈不易燃燒，其活性愈小。 二、金屬的氧化 1.實驗：比較鎂、鋅、銅在空氣中燃燒的難易。 觀察項目 鎂Mg 鋅Zn 銅Cu 外觀 燃燒情形 火焰顏色 燃燒的反應式 氧化物是否溶於水 溶解的反應式 廣用試紙的顏色 氧化物在水中酸鹼性 2.金屬活性的大小： 鉀K > 鈉 Na > 鈣 Ca > 鎂 Mg > 鋁 Al > 碳 C > 鋅 Zn > 鉻 Cr > 鐵Fe > 錫 Sn > 鉛 Pb > 氫 H > 銅 Cu > 汞 Hg > 銀 Ag > 鉑 Pt > 金 Au 口訣: 家那蓋美女，但心若鐵，惜千斤，總共一百金 (鉀鈉鈣鎂鋁，碳鋅鉻鐵，錫鉛氫，銅汞銀鉑金) 例：鉀、鈉活性大，易與空氣中的氧反應，一般都保存於石油中。 3.金屬燃燒產物之水溶液： 金屬燃燒產物若可溶於水，一般呈 性。 此類氧化物稱為鹼性氧化物。 4.金屬活性大小的應用： (1)一般金屬的活性代表氧化的快慢。 例如金、鉑活性很小，不易氧化，可以長時間的保存而不易變質。 (2)鐵長時間暴露於空氣中容易氧化生鏽。 如何防止鐵生鏽？可利用防鏽油、油漆、電鍍…等，來防止鐵氧化生鏽。 (3)有些金屬，如鋅與鋁，活性比鐵大，氧化物分別為 ZnO(氧化鋅) 與 Al2O3(氧化鋁)，兩

者皆會形成質地細密的保護膜，保護裡面的鋅或鋁，使之不繼續氧化下去。故鋅加熱時， 會因產生氧化鋅隔絕空氣，故必須用探針撥開氧化鋅，才能讓鋅繼續燃燒。 三、非金屬的氧化 1.實驗：比較硫粉、紅磷、碳粉在空氣中燃燒的難易。 觀察項目 硫粉 紅磷 碳粉 外觀 燃燒情形 火焰顏色 燃燒的反應式 氧化物是否溶於水 溶解的反應式 廣用試紙的顏色 氧化物在水中酸鹼性 2.非金屬燃燒產物之水溶液： 一般非金屬氧化物溶於水呈 性。 此類氧化物稱為酸性氧化物。 ◎自我評量 1.銅加熱時生成的黑色物質是 ；鋅加熱生成的白色物質是 。 2.鈉、銅、鋅的活性大小排序： 。 3.鎂燃燒產生 光，水溶液為 性；銅燃燒產生 ，水溶液 性。 4.使廣用指示劑變藍色是 性。 5.寫出鎂燃燒的化學反應式： 。 6.硫氧化物溶於水為 性，寫出其反應式 。 7.碳燃燒火焰為 色，水溶液為 性。 8.以鎂粉、鋅粉、銅粉分別做燃燒實驗，若要比較此三種金屬對氧的活性大小，應依據下列哪一項 觀察結果來判斷？ (A)燃燒的難易 (B)燃燒產物在水中的溶解情形 (C)燃燒時火焰顏色 (D)燃燒產物在水中的酸鹼性試驗。 9.實驗室中通常把鈉貯藏於石油中，下列何者與此無關？ (A)鈉的密度比石油大，可沉入石油中 (B)在石油中可隔絕氧氣 (C)石油不會與鈉反應 (D)鈉沾石油後，較易燃燒。 10.通常以黃金打造戒指、項鍊做為飾物，而不以鐵打造，這是因： (A)金的活性較鐵大，在空氣中較不易與氧起作用 (B)金的活性較鐵小，在空氣中較不易與氧起作用 (C)金的活性較鐵大，在空氣中較易與氧起作用 (D)金的活性較鐵小，在空氣中較易與氧起作用。

11.鋅、鋁製成的器具不易銹蝕乃因： (A)不易起氧化反應 (B)活性太小，不與空氣作用 (C)呈銀白色易反射光線 (D)表面生成的氧化物，會保護內部。 12.在建築材料中，為什麼常用鋁製品來取代鐵製品？ (A)鋁比鐵更耐酸 (B)鋁比鐵更不易被氧化 (C)鐵對氧的活性比鋁大，且鐵會形成質鬆多孔氧化物 (D)鋁對氧的活性比鐵大，但鋁會形成氧化物保護內部。 13.大部份的金屬氧化物溶於水中，其水溶液的特性之一是： (A)呈酸性 (B)呈鹼性 (C)呈中性 (D)使藍色石蕊試紙變紅。 14.下列那一元素的氧化物與水反應的產物溶於水，會使廣用試紙呈紅色？ (A)硫 (B)鎂 (C)鉀 (D)鈉。 15.下列何種物質的燃燒產物溶於純水後，會使藍色石蕊試紙變紅色？ (A)鎂帶 (B)硫粉 (C)鈉粒 (D)氫氣。 16.根據歷史，人類利用銅器早於鐵器，但在博物館所保存的古物中，往往銅器多於鐵器，這可能 與銅和鐵的何種性質有關？ (A)活性及表面生成物的性質 (B)重量及導熱、導電性有關 (C)顏色及延展性 (D)硬度及熔點有關。 17.下列哪一項敘述與金屬的活性或表面生成物的性質無關？ (A)鋁製的器具不易鏽蝕 (B)水銀是溫度計與氣壓計的良好材料 (C)金屬鈉在空氣中，其新切面很快由銀白色變成灰色 (D)人類利用銅器早於鐵器，但保存至今的古物中，往往銅器多於鐵器。 18.甲、乙、丙三種不同的金屬，甲在空氣中緩慢氧化而鏽蝕，乙在空氣中加熱後仍保持原金屬光 澤，丙需保存在石油中以防止氧化，則甲、乙、丙三種金屬對氧的活性大小關係為何？ (A)甲＞乙＞丙 (B)乙＞丙＞甲 (C)丙＞甲＞乙 (D)丙＞乙＞甲。 19.俗語說”真金不怕火”指的是下列何者？ (A)金的熔點很高，用火加熱不會熔化 (B)金的活性很小，加熱不會氧化 (C)金的氧化物很安定，無法用焦煤提煉出來。 (D)金加熱後，其表面生成緻密的氧化物，可防止內部的金氧化 20.有關碳粉在空氣中燃燒的實驗，下列敘述何者錯誤？ (A)燃燒是與氧產生化學反應 (B)燃燒時火焰呈金黃色 (C)燃燒時會產生無色、無味氣體 (D)燃燒後產物溶於水中呈鹼性。 21.氫氣燃燒為_________性（酸、鹼、中性），若使用廣用指示劑檢驗呈_________色。

22.根據下列反應式：Mg＋PbO → MgO＋Pb ，Hg＋PbO→無反應，此三元素對氧的活性大小為： (A) Mg＞Hg＞Pb (B) Pb＞Hg＞Mg (C) Hg＞Mg＞Pb (D)Mg＞Pb＞Hg。

23.對氧的活性大小為：鎂＞碳＞鐵＞鉛＞銅，下列何者正確？

(A)鎂帶能在二氧化碳中燃燒 (B)碳與氧化鉛反應時，碳被氧化，故為氧化劑

第二節 金屬礦的還原 一、自然界中的金屬礦

1.(1)自然界中，少數活性小的金屬元素，如金、鉑等，以 的狀態存在。 (2)大都以化合物的狀態存在。

如：鐵有赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、黃鐵礦（FeS2）。

2.從金屬礦提煉金屬的過程稱為 。 二、氧化還原 1.物質與氧結合叫 ，而失去氧的叫 。 2.把它物氧化而自己被還原的叫 劑，把它物還原而自己被氧化叫 劑。 3.氧化與還原反應必須同時進行，故合稱為氧化還原反應。 例1： 2Mg + CO2 → 2MgO + C 為氧化還原反應， 其中 Mg 是氧化也是還原劑，而 CO2為還原也是氧化劑。 例2： CuO + H2 → Cu + H2O 其中H2被氧化，而CuO 被還原。 所以H2被氧化也是還原劑，而CuO 被還原也是氧化劑。 例3： C + 2CuO → Cu + CO2 其中C 被氧化，而 CuO 被還原。 所以C 被氧化也是還原劑，而 CuO 被還原也是氧化劑。 ◎高中範圍(略，不看)：氧化定義為失去電子的叫氧化，得到電子的叫還原。 例如: 2Mg +CO2 → 2MgO + C 鎂在二氧化碳中燃燒。 其中Mg → Mg2+ ，失去電子，所以是氧化也是還原劑； CO2中的C4+ → C，得到電子，所以是還原也是氧化劑。 三、鐵礦的冶煉 1.鐵：鐵在地殼中的含量僅次於氧、矽、鋁，皆以化合物的狀態存在於自然界。 倘若要做鐵器或煉鋼等，均要先將鐵從鐵礦中還原出來。 2.鐵的冶煉：利用 來煉鐵。 高爐煉鐵需四大要件：(1)鐵礦 (2)焦煤 (3)熱空氣 (4)熔劑(灰石)。 3.鐵礦在高爐中的反應: (1)利用焦煤燃燒產生一氧化碳來還原氧化鐵(1式)， 或焦煤本身也可以還原氧化鐵(2式)。 2 C + O2 → 2 CO Fe2O3 + 3 CO → 2Fe + 3CO2 ……1 2 Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3 CO2 ……2 (2)加入灰石 CaCO3功用為： a.產生二氧化碳與焦煤反應，生成一氧化碳(3式)。 b.產生氧化鈣與鐵礦中的泥沙(SiO2)混合形成熔渣 (CaSiO3)，浮在液態鐵表面可保護鐵再次被氧化(4式)。 CaCO3 → CaO + CO2 CO2 + C → 2CO ……3

4.生鐵：剛煉製出來的鐵，含碳量高，又稱鑄鐵。 熟鐵：將碳除去者，含碳量少，又稱鍛鐵。 鋼：含碳量介於生鐵與熟鐵間，加入 、 為不銹鋼。 四、日常生活中的氧化還原 1.氧化反應：屬於氧化反應的有燃燒、呼吸、生鏽…等。 2.還原反應：屬於還原反應的有光合作用、漂白作用…等。 3.氧化劑：使他物氧化而本身被還原。 還原劑：使他物還原而本身被氧化；在食品化學中，被稱為抗氧化劑。 4.常見的氧化劑：如氧氣、氯氣、次氯酸鈉 NaOCl、次氯酸鈣、過氧化氫、硝酸…等。 •漂白劑是利用氧化作用來除去白色織物上的有顏色物質。 •次氯酸鈉是氧化型漂白劑，除了可漂白外，稀釋後還可用於環境消毒。 5.常見的還原劑：如焦煤、氫氣、一氧化碳、二氧化硫或維他命 C、E、胡蘿蔔素…等。 •二氧化硫屬於還原型漂白劑，用於動物織品。 ◎自我評量 1.金與鐵在自然界中分別是以 、 狀態存在。 2.下列哪一種金屬在自然界中主要是以元素狀態存在？ (A)金 (B)鈉 (C)鋁 (D)鐵。 3.在氧化還原反應中，氧化反應和還原反應兩者發生的先後順序為下列何者？ (A)先發生氧化反應 (B)氧化反應與還原反應相伴發生 (C)先發生還原反應 (D)不一定，必須視情況而定。 4.化學反應式：Mg＋CuO → Cu＋MgO，何者為氧化劑？

(A) Mg (B) CuO (C) Cu (D) MgO。

5.在 2Al＋3CuO → Al2O3＋3Cu 反應中，下列敘述何者正確？ (A) Al 被氧化是還原劑 (B) CuO 被氧化是氧化劑 (C) Al 對氧的活性較 Cu 小 (D)若進行燃燒試驗，則 Cu 較 Al 容易氧化。 6.下列哪一種金屬可以在二氧化碳中繼續燃燒？ (A)鋅 (B)鐵 (C)鎂 (D)鉛。 7.碳可以把鐵、鉛等金屬的氧化物還原出金屬來，主要原因是： (A)碳屬於非金屬元素 (B)碳可以磨成粉末狀 (C)碳的價格便宜 (D)碳的活性比較大。 8.下列有關氧化劑及還原劑的敘述，何者正確？ (A)對氧活性大的元素可作還原劑 (B)對氧活性小的元素可作還原劑 (C)對氧活性大的元素其氧化物可作氧化劑 (D)對氧活性大的元素其氧化物可作還原劑。 9.在 Mg＋CuO → Cu＋MgO 的反應中，下列何者正確？

(A) Mg 是還原劑，CuO 是氧化劑 (B) Mg 是氧化劑，CuO 是還原劑 (C) Mg 被還原，CuO 被氧化 (D)對氧活性是 Cu 大於 Mg。

10.關於「點燃的鎂可以在裝有二氧化碳的集氣瓶中繼續燃燒」這種現象，下列敘述何者正確？ (A)鎂可以把二氧化碳氧化 (B)鎂比碳更易與氧化合

11.將氧化鐵粉末和碳粉的混合物加熱可以產生鐵，此反應過程中要將混合物置於捲成圓柱狀且一 端封閉的鋁箔紙中，其主要原因為下列何者？

(A)使鋁箔和氧化鐵反應 (B)隔絕空氣中的氧

(C)包住混合物，使溫度容易上升 (D)使混合物熔化後不會滴下來。

12.氫通過加熱的氧化銅會發生以下的反應：CuO + H2 → Cu + H2O，其中何者產生還原反應？

(A)CuO (B)H2 (C)Cu (D)H2O。

13.氫通過加熱的氧化銅的反應如右：CuO＋H2 → Cu＋H2O，在此反應中還原劑為：

(A) CuO (B)H2 (C) Cu (D) H2O。

14.在反應式 2 Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3 CO2 中，氧化劑是 ，還原劑是 。 15.在反應式 Mg +CuO → Cu + MgO 中，氧化劑為 且跟哪一個漂白劑屬同型 。 16.下列何者不屬於氧化反應？ (A)鐵生銹 (B)銅腐蝕 (C)木材腐朽 (D)氧化銅變成銅。 17.已知鈉、鋅、銅對氧的活性順序是：鈉＞鋅＞銅，則下列哪一組加熱後可發生氧化還原反應？ (A)鋅和氧化鈉 (B)鋅和氧化銅 (C)銅和氧化鈉 (D)銅和氧化鋅。 18.將鋅粉置於硫酸銅溶液中，進行了下面的反應：鋅＋硫酸銅溶液→銅＋硫酸鋅溶液＋熱量，下 列敘述何者錯誤？ (A)本反應為化學變化 (B)本反應為吸熱反應 (C)鋅的活性大於銅 (D)鋅在本反應中作為還原劑。 19.已知下列元素對氧的活性大小為：鎂＞碳＞鐵＞鉛＞銅，試問下列敘述何者正確？ (A)碳與氧化鉛反應時，碳被氧化，故為氧化劑 (B)鎂帶能在二氧化碳中燃燒 (C)鐵與氧化鎂共熱可產生金屬鎂 (D)對氧的活性愈大，在自然界中愈易以元素狀態存在。 20.下列各元素中，何者在地殼的含量最多？ (A)矽 (B)鐵 (C)鋁 (D)氧。 21.鐵礦中，哪一種礦是鐵的硫化物？ 。 22.高爐煉鐵需要哪些材料 、 、 、 。 23.請寫出鐵礦在高爐的化學反應式 。 24.請寫出灰石受熱的化學反應式 。 25.熔渣的功用為何？ 。 26.利用高爐煉鐵，下列何者不是其需具備的原料？ (A)鐵礦 (B)焦炭 (C)熱空氣 (D)水。 27.利用高爐煉鐵時，下列何者可將氧化鐵還原為熔化的鐵？ (A)一氧化碳 (B)二氧化碳 (C)氧 (D)碳酸鈣。 28.將鐵礦製成鐵，可依下列之方程式反應而得：2 Fe2O3 ＋ 3C → 4 Fe ＋ 3 CO2，在此反應中，Fe2O3 的角色是： (A)發生了還原作用 (B)發生了氧化作用 (C)是還原劑 (D)產生中和反應。

29.冶煉鐵礦時需要加入灰石，請問加入灰石的主要目的為何？ (A)作為催化劑之用 (B)生成氧化鈣，可和鐵礦中的泥沙生成熔渣，以防止熔鐵再氧化 (C)吸收煉鐵時產生的廢氣 (D)和熔鐵一起流出，形成鐵的混合物。 30.在高爐中煉鐵時，有關熔渣的敘述，下列何者錯誤？ (A)是氧化鈣和礦石中的泥砂作用生成的 (B)熔點較鐵低 (C)密度較鐵大 (D)由渣口流出的熔渣可做為水泥的原料。 31.將鐵礦冶煉成鐵，其中一部分可依下列之方程式反應而得：2 Fe2O3 ＋ 3 C → 4 Fe＋3 CO2，在 此反應中，下列敘述何者正確？ (A) Fe2O3發生了還原作用 (B) CO2發生了氧化作用 (C) Fe2O3和碳產生中和反應 (D)反應後碳原子數增加了。 32.赤鐵礦（氧化鐵）粉末和碳粉混合均勻，再隔絕空氣加熱，則最可能產生下列何種氣體？ (A)氫氣 (B)氧氣 (C)二氧化碳 (D)氮氣。 33.使用自太陽光所獲得的能量，將太陽能轉化成化學能而儲存於我們的食物中的是： (A)菌類 (B)綠色植物 (C)草食性動物 (D)海洋生物。 34.下列何者不能用來作為白色織物的衣物用漂白劑？ (A)次氯酸鈉 (B)次氯酸鈣 (C)過氧化氫 (D)氧化銅。 35.燃燒、呼吸、生鏽、光合作用、漂白作用，哪些屬於氧化反應 。 36.(甲)鐵的生銹；(乙)鎂的燃燒；(丙)銅箔加熱；(丁)水受熱蒸發變成水蒸氣，以上反應中屬於氧化 反應的有： (A)僅甲乙丙 (B)僅乙丙丁 (C)僅甲丁 (D)僅丁。 37.請完整地挑出下列正確的敘述：(甲)氧化與還原反應必相伴發生；(乙)氧化與還原反應不必相伴 發生；(丙)在氧化還原反應中，本身被氧化的物質叫做氧化劑；(丁)在冶煉礦物時，常利用還原 劑把金屬還原出來。 (A)甲、丙 (B)乙、丙 (C)甲、丁 (D)丙、丁。

38.假設以 A、B、C 代表三元素，AO、B2O、C2O3代表它們的氧化物，如有下列反應發生：2B＋AO

→ B2O＋A ； 6B＋C2O3 → 2C＋3B2O，則 A、B、C 三元素的活性以何者為大？

(A) A (B) B (C) C (D)三者相等。

39.表格中，A、B、C、D 代表四種元素，A2O、BO、C2O3、DO2 分別表示其氧化物，試回答下列問

題：（＋號表示有反應，－號表示沒有反應） _A2O BO C2O3 DO2 A 甲 乙 丙 B ＋ 丁 戊 C － 己 庚 D － 辛 ＋ (1)A、B、C、D 四元素中，活性大小順序為 。 (2) A、B、C、D 四元素中， 為最強還原劑。 (3)A2O、BO、C2O3、DO2 中， 為最強氧化劑。

(4)「B＋C2O3」的反應中，產物是 。

(5)「B＋C2O3」的反應中，氧化劑為 ，還原劑為 。