复习笔记：氧化还原平衡

氧化还原平衡是中五篇幅最大的章节之一，它最看重两项技能：准确判定氧化数，以及正确书写半反应式。其余的一切，置换、生锈、电解、电池与提取，都建立在这两个观念之上。

这份笔记一次处理一条内容标准，让你能把自己的定义与评分方案所期望的对照核实。

9.1 氧化与还原

氧化与还原有三种互补的定义方式，考试可以考其中任何一种。

• 就氧而言： 氧化是得到氧；还原是失去氧。
• 就氢而言： 氧化是失去氢；还原是得到氢。
• 就电子而言： 氧化是失去电子；还原是得到电子。

记住 OIL RIG。 Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain，指电子。这是中五你最常用的定义，务必练到自动。

氧化还原反应是氧化与还原同时发生的反应，因为一种物质失去的电子被另一种物质得到。氧化剂是引起氧化、而自身被还原的物质；还原剂引起还原、而自身被氧化。

正确命名这个剂、并说清它自身发生了什么，是常见的送分点。

9.2 氧化数及其变化

氧化数是赋予一个原子、用来追踪电子归属的带正负号的数值。按顺序记住下列规则，并自上而下运用：

• 未化合的元素其氧化数为 0（例如 Cu、O₂、Cl₂）。
• 对简单的单原子离子，氧化数等于离子电荷（Na⁺ 为 +1，S²⁻ 为 −2）。
• 第 1 族金属为 +1，第 2 族金属为 +2，铝为 +3。
• 氢通常为 +1（但在金属氢化物如 NaH 中为 −1）。
• 氧通常为 −2（但在过氧化物如 H₂O₂ 中为 −1）。
• 中性化合物中氧化数总和为 0；在多原子离子中等于离子电荷。

用这些规则求未知值：在 SO₄²⁻ 中，氧贡献 4 × (−2) = −8，因此硫必须为 +6，总和才是 −2。当一个原子的氧化数升高，它被氧化了；当氧化数降低，它被还原了。

氧化数也支撑 Stock 命名法，铜(II) 指氧化数为 +2 的 Cu，铁(III) 指 +3。

考试习惯。 要判定一个反应是否为氧化还原，就给两边每个原子标出氧化数，找出一个升、一个降。没有变化就没有氧化还原。

9.3 置换反应中的氧化还原

较活泼的元素置换较不活泼的元素，这是氧化还原，因为发生了电子转移。

• 金属置换： 较活泼的金属把较不活泼的金属从其盐溶液中置换出来，例如锌把铜从硫酸铜(II)中置换出来。锌被氧化（失电子）；铜(II)离子被还原（得电子）。
• 卤素置换： 较活泼的卤素把较不活泼的卤离子从溶液中置换出来，例如氯把溴从溴化钾中置换出来。
• 远距离电子转移： 若把氧化半与还原半分开，用导线和盐桥相连，电子便经导线流动，可用检流计测出，这证明置换就是电子转移。

把每个变化写成半反应式：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（氧化）与 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu（还原）。合并两个半反应式时，电子必须相等。

9.4 生锈及其防止

生锈是铁被氧化成水合氧化铁(III)，它需要水和氧气两者，去掉任一，铁锈就不会形成。铁与较不活泼的金属（如锡）接触时锈得更快，与较活泼的金属接触时锈得更慢。

防止方法及其理由：

• 屏障法（油漆、油、油脂、塑料、镀锌、镀锡）：隔绝水和氧气。
• 牺牲保护： 接上较活泼的金属如锌或镁。它替铁被腐蚀，因为它更容易失去电子。
• 镀锌有双重作用：锌层是屏障，而且即使被刮伤，仍以牺牲方式保护铁。
• 合金化（不锈钢）通过改变金属表面的化学性质来抵抗腐蚀。

9.5 熔融与水溶液化合物的电解

电解用直流电分解电解质。阳离子移向阴极（负极）并被还原；阴离子移向阳极（正极）并被氧化。

• 熔融化合物： 只存在该化合物的离子，因此产物可直接预测。熔融溴化铅(II)在阴极给出铅、在阳极给出溴。
• 水溶液： 水还提供 H⁺ 和 OH⁻，因此适用选择性放电。三个因素决定哪种离子放电：在电化学序中的位置（较不活泼元素的离子更易放电）、浓度（很浓的卤离子可能优先于 OH⁻ 放电），以及电极种类（惰性碳极对上会溶解的活性电极如铜）。

产物预测流程。 列出所有存在的离子，逐个电极分开处理，运用三个因素，然后写出半反应式。这套流程在电解题中能拿满分。

9.6 伏打电池与电化学电池

**伏打电池（原电池）**把化学能转换为电能。两种活性不同的金属浸入电解质；较活泼的金属是负极（它被氧化并放出电子），较不活泼的金属是正极。

电子经外部导线从较活泼的金属流向较不活泼的金属。**活性差越大，电压越高。

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电解电池则相反，它用电能驱动化学变化。比较两者（能量变化、电极正负、反应是否自发）是常见的考试任务。

9.7 活性顺序与金属提取

活性顺序按金属失去电子的难易程度排列。它的位置决定金属如何从矿石中提取：

• 很活泼的金属（钾、钠、钙、镁、铝）用熔融化合物的电解提取，因为它们对氧化物抓得太牢，碳无法夺走。
• 中等活泼的金属（锌、铁、锡、铅）用碳还原提取。
• 不活泼的金属（银、金）以天然态存在，或只需轻度处理。

铝热反应中铝还原氧化铁(III)，这是一种置换，说明铝在活性顺序中位于铁之上。

如何使用这份笔记

一次复习一条标准，并大声自测。练习判定氧化数直到自动，然后反复练习置换与电解的半反应式。

一位一对一老师可以帮你检查电极正负与半反应式是否一致，这是学生在这一 SPM化学 章节里最常失手的两处。然后去做练习题，并按这些定义批改你的步骤。