(一) 氧化還原反應：
A、 狹義：
(1) 物質和氧化合的反應，稱為氧化；物質失去氧的反應，稱為還原。
(2) 物質失去氫的反應，稱為氧化；物質與氫化合的反應，稱為還原。
B、 廣義：
(1) 物質失去電子的反應，稱為氧化；物質獲得電子的反應，稱為還原。
(2) 氧化數增加的反應，稱為氧化；氧化數減少的反應，稱為還原。
C、 實例：
(1) 2Fe2O3＋3C→4Fe＋3CO2 F2O3失去氧，被還原；C 得到 O，被氧化。
(2) Zn＋Cu2＋→Cu＋Zn2＋ Zn 失去 2 個電子，被氧化成 Zn2＋； Cu2＋得到2 個電子，被還原 Cu。
(3) C＋O2→CO2 C 的氧化數由 0→＋4，氧化數增加，C 被氧化；O 的氧化數由 0→
－2，氧化數減少，O 被還原。
D、 常見不屬於氧化還原的反應：
(1) 離子沉澱反應：NaCl＋AgNO3→NaNO3＋AgCl，各元素氧化數不變，不是氧化還原 (2) 酸鹼中和反應：NaOH＋HCl→NaCl＋H2O，各元素氧化數不變，不是氧化還原。
E、元素氧化活性的大小順序表：
鉀＞鈉＞鈣＞鎂＞鋁＞ 碳 ＞鋅＞鉻＞鐵＞錫＞鉛＞ 氫 ＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金 K Na Ca Mg Al C Zn Cr Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
(二) 氧化還原反應：
A、氧化：活性大的元素，性質活潑，易和氧形成氧化物，性質變得比較安定。
A ＋ O2 AO2
不安定 安定
B、還原：活性小的元素，形成的氧化物性質安定，易和氧脫離，保持元素狀態。
AO2 A ＋ O2
不安定 安定
C、氧化還原反應：
(1) 活性大的元素取代活性小的元素，使活性小的元素和氧脫離，稱為氧化還原反應。
(2) 此種反應方式必定氧化反應和還原反應同時存在。
(3) 活性小的元素不能取代活性大的元素。
(4) 容易失去電子的元素，容易發生氧化反應；可以還原容易得到電子的元素或是或合物。
(5) 產生氧化反應的物質稱為還原劑；產生還原反應的物質稱為氧化劑。
【註】：氧化劑被氧化；還原劑被還原。
(6) 若A＞B，則： A + BO B + AO
元素活性：A＞B 氧化物的安定性：AO＞BO。
氧化反應：A AO 還 原 反 應：BOB。
氧 化 劑：BO 還 原 劑：A。
D、實例：
(1) 碳粉加入二氧化鉛混合後，以石棉紙包住，在火焰上加熱的實驗中，則：
反 應 方程式：C＋2PbO2 2Pb ＋ CO2。
元素活性大小：C＞Pb 氧化物的活性大小：CO2＜PbO。
碳粉的顏色為 黑色； 二氧化鉛粉末的顏色為黃色。
氧 化 反 應：CCO2 還原反應：PbOPb。
氧 化 劑：PbO 還 原 劑：C。
(2) 鎂帶在二氧化碳中燃燒，會產生白色的氧化鎂及黑色的碳粒子 反 應 方 程 式：2Mg＋CO2C＋2MgO。
元素活性的大小：Mg＞C 氧化物活性大小：MgO＜CO2。 氧 化 反 應：MgMgO 還原反應：CO2C。
還 原 劑：Mg 氧 化 劑：CO2。 Mg被CO2氧化成MgO；CO2被Mg還原成C。
(3) 鎂帶和氧化銅反應產生白色的氧化鎂及赤紅色的金屬銅。
反 應 方 程 式：Mg＋CuO Cu＋MgO。
元素活性的大小：Mg＞Cu 氧化物活性大小：MgO＜CuO。
氧 化 反 應：MgMgO 還原反應：CuOCu。
還 原 劑：Mg 氧 化 劑：CuO。
Mg被CuO氧化成MgO；CuO被Mg還原成Cu。
此反應結束後，氧化銅的顏色由黑色轉變成紅色
(三) 氧化數：
A、 氧化數的用途：
(1) 有些反應不是典型的氧化還原反應，不容易判斷何項物質被氧化，或是被還原。
(2) 氧化數可以了解物質內的各項元素電子得失的變化，藉以判斷是否發生氧化反應或 是還原反應。
(3) 元素的氧化數增加，表示該元素失去電子，因此發生氧化反應。
元素的氧化數減少，表示該元素得到電子，因此發生還原反應。
氧化反應所失去的電子數，必等於還原反應所得到的電子數，因此反應中氧化數增 加的總和，必等於氧化數減少的總和。(以氧化數平衡方程式係數)
B、 規則：
(1) 元素狀態的物質氧化數為零。
例如：O2、H2、N2、O3、S8、P4、Na、Cu 等物質，其氧化數皆為零。
(2) 單原子離子的氧化數，即為該元素所帶的電荷數。
例如：Na＋、K＋、H＋的氧化數皆為＋1；Cl－、Br－、I－的氧化數皆為－1。
(3) 化合物中，氫的氧化數多為＋1，但氫與金屬結合的氫化物，氧化數則為－1。
氧化物中的氧元素，其氧化數多為－2，但過氧化物中的氧元素，其氧化數則為－
1。
例如：H2O 中的 H 的氧化數為＋1，O 的氧化數為－2；
但 H2O2(過氧化氫)中的 H 的氧化數為＋1，O 的氧化數為－1。
(4) 酸根離子的氧化數，即為該酸根中各元素的氧化數總和。
CO32－表示碳酸根的氧化數為－2，然而O 的氧化數為－2，3 個 O 為－6，所以 C 的氧化數為＋4。
SO42－表示硫酸根的氧化數為－2，然而O 的氧化數為－2，4 個 O 為－8，所以 S 的氧化數為＋6。
(5) 離子化合物溶於水可解離成陽離子與陰離子。
NH4NO3可解離成NH4＋與NO3－，其中：
NH4＋的氧化數為＋1，而 H 為＋1，4 個 H 為＋4，所以 N 為－3；
NO3－的氧化數為－1，而 O 的氧化數為－2，3 個 O 為－6，所以 N 的氧化數為＋5。
【例】：下列物質中畫線部分的元素的氧化數為若干？
物質 K2CrO4 AgNO3 CuSO4 H2SO3 NH4NO3
氧化數 ，
物質 OF2 NaH NH4Cl NH3 K2Cr2O7
氧化數
物質 KMnO4 H2O2 (NH4)3PO4 NaClO3 Fe2O3
氧化數 ，
C、 日常生活中常見的氧化還原反應：
(1) 光合作用：
植物以H2O 及 CO2為原料，合成葡萄糖的反應。
6CO2＋6H2O → C6H12O6＋6O2 反應式中：
CO2中C 的氧化數為＋4，C6H12O6中C 的氧化數為 0，因此 CO2發生還原反應。
H2O 中 O 的氧化數為－2，O2中的氧化數為0，因此 H2O 發生氧化反應。
CO2是氧化劑，H2O 是還原劑。
(2) 呼吸作用：
生物將葡萄糖(C6H12O6)分解產生 CO2及H2O，可視為光合作用的逆反應。
C6H12O6＋6O2 → 6CO2＋6H2O
反應式C6H12O6→CO2，其中C 氧化數由 0 ＋4，為氧化反應，C6H12O6為還原劑。
O2 的氧化數則由 0 －2，為還原反應，O2為還原劑。
(3) 水管暢通劑(通樂)：
以NaOH及鋁粉(Al)為原料，加水後進行氧化還原反應。
2NaOH＋2Al＋6H2O → 2Al(OH)4－＋2Na＋＋3H2 反應式中：
Al 的氧化數為 0，Al(OH)4－中Al 的氧化數為＋3，因此 Al 被氧化，Al 為還原劑。
H2O 中 H 的氧化數為＋1，H2中H 的氧化數為 0，因此 H2O 被還原，H2O 為氧化劑。
(4) 雙氧水消毒：
過氧化氫(H2O2)遇血液中的Fe2＋或Fe3＋離子作催化劑，催化雙氧水的分解反應。
2H2O2→2H2O＋O2 反應式中：
H2O2中O 的氧化數為－1，H2O 中 O 的氧化數為－2，O2中O 的氧化數為 0，
因此H2O2→H2O 為還原反應，H2O2→O2為氧化反應，
H2O2同時為還原劑，也是氧化劑，此反應稱為自身氧化還原反應。
(5) 蘋果削皮後發生氧化反應：
蘋果含大量的Fe2＋離子，經削皮後，在空氣中遇氧氣會氧化成Fe3＋離子，形成 Fe2O3或Fe(OH)3，因此成黃褐色。
(6) 食物中的抗氧化劑：
體內的化學反應經常會產生對身體有害的活性物質 (未成對電子的化學物質，又稱 為自由基)；這些活性物質急需與電子結合成為穩定態，因此具有強大的氧化力。而 胡蘿蔔素、維生素C 或維生素 E 等物質在體內能及時提供電子，降低體內自由基對 細胞的傷害，因此胡蘿蔔素、維生素C、E 等物質作為還原劑，或稱為抗氧化劑。
【題組】硫化菌所進行的反應是屬於氧化還原反應，假設其反應式如下：
8H2S＋xO2＋2CO2 → S8＋2CH2O＋yH2O
當一原子的氧化數上升，表示該原子失去或提供電子，若一原子的氧化數下降，表示該 原子得到或接受電子。上式中 O 在 O2 與 S 在 S8 的氧化數均為 0，而 C 在 CO2 中的氧 化數為＋4，但在 CH2O 中為 0，一個分子的氧化數總和為 0。試回答下列2題：
( )1. 下列有關硫化菌所進行的反應，何者正確？
(A)H2S 進行還原反應 (B)CO2 為氧化劑 (C)x 的數值為 4 (D)y 的數值為 4。
( )2. 針對上述反應式而言，下列哪一選項中的原子，其氧化數在反應前與反應後都相同？
(A)C (B)H (C)O (D)S。
【答案】：(1)B； (2)B
【解析】：(1) 8H2S＋2O2＋2CO2 → S8＋2CH2O＋6H2O 的反應式中：
S 的氧化數由 －2 0 ，因此H2S 發生氧化反應，生成 S8。 方程式的平衡係數 x＝2，y＝6。
(2) 化學反應式中：
CO2中 C 的氧化數由 ＋4 0，發生還原反應；
H2S中 H 的氧化數由 ＋1 ＋1，因此氧化數不變。
O2 中的 O 氧化數由 0 －2，發生還原反應。
H2S 中 S 的氧化數由 －2 0，發生氧化反應。
【題組】汽車引擎會排放出 CO、CO、NO 及碳氫化合物等廢氣，造成空氣汙染。為減低此等廢氣
的毒性，可加裝觸媒轉化器。由引擎排出的廢氣在進入大氣之前，先通過觸媒轉化器的 第一部分，將 NO 反應成 NH3；之後再引進空氣與其混合，通過第二部分，觸媒轉化器 可使廢氣中的 CO 及未完全燃燒的碳氫化合物在較低的溫度下，反應成 CO2 及 H2O，
並使氨氣反應成 N2 及 H2O，使排出的廢氣中的碳氫化合物下降至 30 ppm、CO 下降至 0.1％。請依敘述，回答下列2題：
( )1. 觸媒轉化器並未處理下列哪一種氣體？
(A)CO (B)CO2 (C)NO (D)CH4。
( )2. 觸媒轉化器的第一部分，將 NO 反應成 NH3 是屬於哪一種化學反應？
(A)氧化反應 (B)還原反應 (C)酸鹼反應 (D)離子沉澱反應。
【答案】：(1)B； (2)B
【解析】：觸媒轉化器第一部分將NO→NH3，其中N的氧化數由＋2－3，可知發生還原反應。
而第二部分將CO→CO2，其中C的氧化數由＋2＋4，可知發生氧化反應。
碳氫化合物CH4→CO2，其中C的氧化數由－4＋4，可知發生氧化反應。
而NH3→N2，其中N的氧化數由－30，可知NH3發生氧化反應。
觸媒轉化器的第一部份進行還原反應，第二部分進行氧化反應。
CO2為觸媒轉化器的產物，不是反應物，因此觸媒轉化器並未處理CO2氣體。
( )3. 美國芝加哥大學的研究人員實驗發現，蝦等甲殼類食物含有濃度較高的五價砷化合物。這種 物質食入體內，對人體無毒害作用，但是在服用維生素 C 後，經化學反應會使原來無毒的 五價砷(即砷酸酐，亦稱五氧化二砷，化學式為 As2O5)，轉變為有毒的三價砷(即亞砷酸酐，
亦稱三氧化二砷，化學式為 As2O3)，這就是俗稱的砒霜。關於此化學反應的敘述，何者正確
？
(A)維生素 C 作氧化劑 (B)維生素 C 被氧化 (C)As2O3 被還原 (D)不是氧化還原反應 (E)是 一種酸鹼反應。
【答案】：(B)
【解析】：服用維生素C後， As2O5 → As2O3 ，因此五價砷會轉變成三價砷，可知砷被還原，而維 生素C則被氧化，因此維生素C為還原劑，又稱為抗氧化劑。
此化學反應中，As2O5 被還原成 As2O3，As2O5 為氧化劑，此反應為氧化還原反應。
( )4. 氮化鋁(AlN)具有耐高溫、抗衝擊、導熱性好、……等優良性質，被廣泛應用於電子工業、陶瓷 工業等領域。在一定的條件下，氮化鋁可通過如下的反應合成：
Al2O3＋N2＋3C△ 2AlN＋3CO。下列有關此反應的敘述，何者正確？
(A)在氮化鋁的合成反應中，N2 是還原劑，Al2O3 是氧化劑 (B)上述反應中，每生成 2 莫耳 AlN，N2 就得到 3 莫耳電子 (C)氮化鋁中，氮元素氧化數為－3 (D)氮化鋁晶體屬於分子晶 體。
【答案】：(C)
【解析】：(A)此反應中 Al2O3＋N2＋3C △ 2AlN＋3CO，其中N2 被還原(氧化數由 0 －3) 因此 N2 為氧化劑；而 C 則被氧化 (氧化數由 0 ＋2)，C 是還原劑。
(B) 此生成 2 莫耳 AlN 時，需要1莫耳的 N2，其中N的氧化數由0 －3，因此1莫耳的 N2 共獲得 6 莫耳的電子。
(D)AlN→Al3＋＋N3－，可知 Al N 兩種離子結合成為 AlN 離子晶體。
![HPSH [ 氧化數平衡反應式係數 ]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)