理化第四冊第二課 氧化還原反應 康翰南
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Junior High 2年生
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📍Grade2/B4/L4&Ch.2
📍 章節重點：
1.【焦點一、燃素說】
2.【焦點二、氧化還原反應】
3.【焦點三、物質燃燒的產物與其水溶液（實驗）】
4.【焦點四、活性與安定性】
5.【焦點五、生活中的氧化還原】
6.【焦點六之一、金屬冶煉】
7.【焦點六之二、漂白劑／消毒劑／添加劑】
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🔗第一頁文字檔部分試讀：
1. 物質與氧結合的反應（得到氧的反應），稱作氧化反應，反之，失去氧的反應，則成為還原反應。
［例1］ 鎂燃燒:鎂（Mg）+氧（O2）→氧化鎂（MgO）是一個氧化反應。
［例2］ Zn+CuO→ZnO+Cu 【Zn 鋅／Cu 銅】鋅氧化成了氧化鋅，對鋅來說是氧化反應；氧化銅還
原成了銅，對銅來說是個還原反應。
鈉 黃火 Na₂O 白色固體
鎂 白色強光 MgO 白色固體
鋅 黃綠色火焰 ZnO 黃綠固體
銅 不燃燒 CuO 黑色固體
硫 藍紫色火焰 SO₂刺鼻氣味
碳 金黃色火焰 CO₂無色味氣體
ノートテキスト
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理化第四冊第二章氧化、還原、燃燒與生活應用 本筆記由 IG:_e.nyn 編製,僅供研習所用,圖片來源均為網路。筆記勘誤請聯繫 Ins 的編者!「本筆記第二頁須彩印」2026/4月份撰 【焦點一、燃素說】 1. 西元1669,貝歇爾提出燃素說,指出物質中含有「燃素」,物質會釋放燃素而質量變小,但以木材與金 屬為例,質量變化無法給予一致解釋,因此被推翻。 2. 西元 1777,拉瓦節提出「氧化還原」理論,表達燃燒室物質與空氣中的氧結合反應的過程。 1. 【焦點二、氧化還原反應】 物質與氧結合的反應(得到氧的反應),稱作氧化反應,反之,失去氧的反應,則成為還原反應。 [例1] 鎂燃燒:鎂(Mg)+氧(O)→氧化鎂(MgO)是一個氧化反應。 〔例2] Zn+CuO→ZnO+Cu 【Zn鋅/Cu銅】鋅氧化成了氧化鋅,對鋅來說是氧化反應;氧化銅還 原成了銅,對銅來說是個還原反應。 〔補帖]廣義的氧化還原反應為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. 氧化還原反應必同時發生。 3. 物質與氧氣反應後,產生含氧的物質都稱作氧化物。因此,氧化鈉、二氧化碳、水皆是氧化物, 4. 氧化反應是化學反應,包含:燃燒、生鏽、呼吸作用等。 燃燒 生鏽 較劇烈的化學反應,同時產生光和熱[例]蠟燭燃燒 〔補帖1〕國小自然:燃燒三要素—1.可燃物2.助燃物3.溫度達到燃點 〔補帖2]助燃物不一定是氧氣,鈉可以在氣中燃燒。 較緩慢的化學反應,只產生熱〔例]鐵暴露在空氣中,與空氣中的氧、水緩慢反應而生鏽 其他 如呼吸作用、酒精發酵成醋酸、光合作用,也是氧化反應。 5. 關於氧化劑與還原劑(圖源2021/3/30 科學月刊): ° 項目 作用 自身 以焦點二第二 失去氧是還原 例為例 還原劑 使別人氧化 本身氧化 Zn鋅 氧化劑 使別人還原,氧化劑必 本身還原 (抗氧化是氧化物 CuO 氧化銅 Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2 劑) 【焦點三、物質燃燒的產物與其水溶液(實驗)】 (右圖:步驟之示例,摘自基測) 1. 實驗目的:觀察元素在與氧的反應情形。 獲得氧是氧化 步驟一 步驟二 步驟三 步驟四 2. 實驗步驟:以刮勺取適量鎂粉(也可用鎂 帶)、鋅粉、銅粉等放置表玻璃上,觀察其外 觀。隨後將他們放在燃燒匙上,利用酒精燈加 熱,觀察燃燒情形。 3. 實驗步驟2:將燃燒的產物(其物氧化物)加 入水,形成其水溶液,測其酸鹼性。 鎂粉 酸鹼 指示劑 置於廣口 瓶內燃燒 搖晃均勻使 產物溶於水中 觀察加入指示劑 後的溶液颜色 4. 實驗記錄:物質燃燒現象一 元素 外觀 燃燒時火焰顏色 燃燒後產物 鈉鎂鋅銅 鈉 銀白色|黃火 NazO 白色固體 NaOH氫氧化鈉 鹼性 銀白色 白色強光 銀白色 黃綠色火焰 紅棕色 不燃燒 MgO 白色固體 「Mg(OH)z氫氧化鎂|鹼性 加水後其水溶液 氧化物溶於水之酸鹼性 Tips:若 不懂活性 此名詞之 CuO 黑色固體 ZnO 黃綠固體 「Zn(OH)2氫氧化鋅 鹼性 不溶於水 中性 意思,可 先跳過此 硫 紅磷 碳 黃色 藍紫色火焰 暗紅色 白黃色火焰 黑色 金黃色火焰 SOz刺鼻氣味 H2SO亞硫酸 酸性 P2Os白煙 H3PO4磷酸 酸性 焦點讀焦 點四。 COz無色味氣體 H2CO:碳酸 酸性 〔補帖1]比較鎂、鋅、銅三種金屬受熱變化後,發現鎂最容易燃燒,燃燒難易度(活性)鎂>鋅>銅。 〔補帖2]金屬與氧結合時,不一定會產生火焰。 理化 B4L2 筆記 _e.nyn- 1 -
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〔補帖3]鋅、鈦、鋁等金屬,雖活性大,但移開火源便停止燃燒。若用探針挑開表面,內部的金屬與空氣 接觸,隨即又起火燃燒。這三種金屬氧化後因能在表面形成質地緻密的氧化物,能保護內部金屬。 5. 〔補帖4]鋅燃燒後是黃綠色,但冷卻後變為灰白色。 〔補帖5〕銅不易燃燒,加熱後僅在「表面」生成一層黑色的氧化銅。 〔補帖6]氧化鋅較難溶於水,與水反應產生極少的氫氧化鋅,無法使石蕊試紙變色。 深入探究(常考鈉鎂鋅銅硫碳,磷考的不多,除磷其他背!): 壹、鈉燃燒:4Na+Oz->2NazO//氧化鈉加水:Na2O+H2O→2NaOH 貳、鎂燃燒:2Mg+O2→2MgO//氧化鎂加水:MgO+HzO→Mg(OH)z 參、鋅燃燒:2Zn+Oz->2ZnO//氧化鋅加水:ZnO+H2O→Zn(OH)2 肆、銅燃燒:2Cu+Oz>2CuO//氧化銅加水:不溶於水 伍、硫燃燒:S+Oz+>SOz//二氧化硫加水:SO2+H2O→H2SO3 陸、磷燃燒:4P+5O2>2P2O5//五氧化二磷加水:P2O5+3H2O→2H3PO4 柒、碳燃燒:C+O2→COz//二氧化碳加水:COz+H2O→H2CO3 1. 鎂金屬因產生白光,常用作煙火的白色光亮。 6. 氧化物溶於水的酸鹼性: 7. 壹、金屬氧化物溶於水,水溶液呈鹼性[例]NazO+H2O→2NaOH,氫氧化鈉就是鹼性。 貳、非金屬氧化物溶於水,水溶液呈酸性〔例〕SO2+H2O→H2SO3,亞硫酸就是酸性。 參、不溶於水的氧化物加水後,不與水作用,水仍保持中性〔例〕氧化銅(CuO)、氧化鐵(FeO) 一氧化碳(CO)、赤鐵礦(FezOs)、一氧化氮(NO)、二氧化矽(SiO2)、二氧化錳(MnOz) 等。 酸鹼值的測定(酸鹼指示劑): 壹、石蕊試紙:有紅色和藍色兩種,紅色石蕊試紙在酸性、中性時不變色,在鹼性溶液裡才變藍色,反 藍色石蕊試紙亦然〔例〕二氧化硫有將藍色石蕊試紙變成紅色的能力。 貳、酚酞指示劑:酞在酸性溶液中變為無色,在鹼性溶液中變為粉紅色。 參、廣用試紙:又稱通用指示劑、廣用指示劑、廣泛試劑,顏色變化平滑,表現酸鹼值範圍極廣,表示 溶液的酸鹼度。 石蕊試紙(摘自LIS 情境教材影片) 酚酞指示劑(摘自chemicalbook) 廣用試紙(摘自黃智彬網) 石蕊 酸性 中性 8. 實驗完成後,燃燒匙要先用稀鹽酸清洗,再以刮勺除去殘留物質。 9. 這次實驗為放熱反應。 【焦點四、活性與安定性】 PH值色度差別表 4.0 5.0 6.0 6.6 7.0 7.6 8.5 9.0 9.5 10.0 酸性 鹼性 chit 1. 活性:某物質與其他物質發生化學反應的難易程度,稱活性或活潑性。 2. 安定性:物質不易與其他物質發生化學反應的難易程度。 3. 化學上可藉由觀察各元素在空氣中燃燒的難易程度,比較元素對氧的活性大小。 4. 活性大小影響: 5. 甲、活性大的元素,安定性小(不安定),易與其他物質作用,容易燃燒。其氧化物活性愈小〔例]鈉 活性大、不安定,氧化鈉則活性小,較安定。 乙、鹼金屬因為活性很大,故常將鹼金屬(如鈉、鉀)儲存在礦物油中以隔絕空氣。 丙、反之,活性小的元素很安定(安定性大),不易與其他物質作用,不易燃燒。其氧化物活性很大〔 例]氧化銅比氧化鈉活性大。 丁、金、銀、鉑(也名白金)活性小,以元素的形式儲存在自然界,常製成飾品或器物,能在空氣中長 期保存 活性大小: 理化 B4L2 筆記 _e.nyn- 2 -
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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]加拿蓋美女,嘆薪貼息錢,請童工贏鉑金 〔譯文]加拿大有個蓋房子的美女,哀嘆自己薪水,還要替別人補貼利息這份錢,只好找到童工贏下鉑金。 註:鉻不常考,亦不好背,因此以【】標示出來。 6. 判斷反應: 甲、活性大元素+活性小氧化物→會反應[例〕鋁+二氧 化碳→氧化鋁+碳。 還原 活性C>Pb 乙、活性小元素+活性大氧化物→不會反應[例〕氧化鋁 C + PbO2 → Pb + CO2 氧化: +碳→不反應 圖為示意圖,摘自科學的家庭教師 7. 實驗室中氧化還原的例子: 甲、把鎂帶點燃之後,放入充滿二氧化碳的集氣瓶中能繼續燃燒,因為鎂對氧的活性大於碳(如右圖) 乙、由此可知,當遇到因為鎂粉而發生的火災時,不能使用二氧化碳滅火器 下左:科學的家庭教師下中:南一出版社課本下右:康軒出版社課本 ■■知識快遞 發生氧化反應 發生遠反應 2 Mg + CO2 (還原劑) (氧化劑) 把對方還原 把對方氧化 → 2MgO + (白色) (黑色 C >C 活性Mg 活性MgO<CO2 氫化性 氧氣 [由對氧活性大的金屬,例如鉀、鈉、鋁、鎂等易氧化類金屬或 「禁水性物質所引起的火災,需要特種技術及使用特種金屬化學 「乾粉撲滅。普通滅火劑不能使用,以免燃燒物與滅火發生化 「學作用而增長火勢。 丙、碳粉與氧化銅反應,會產生二氧化碳與銅,因此澄清石灰水會變混濁,試管壁上也會有紅色斑點 (此紅色斑點為銅)。由此可知碳的活性大於銅。 丁、實驗結束後,應先將石灰水移開,再移開酒精燈,避免石灰水逆流導致試管破裂。 下左:南一出版社課本下中:南一出版社課本下右:康軒出版社課本 碳粉+氧化銅 石灰水 CuO 失去氧,發生還原 [碳粉+氧化銅 C + 2CuO → CO2 + 2Cu (碳)(氧化銅) (二氧化碳)(銅) C得到氧,發生氧化 活性:C>Cu 反應前 加熱混合物 反應後 【焦點五、生活中的氧化還原】 1. 在空氣中,鐵生鏽、汽油與煤的燃燒、水果褐變、食物 腐敗、植物分解後的死亡作用、人體內的新陳代謝、衣 服漂白、金屬冶(ㄧㄝˇ)煉等都是。 2. 燃燒是一種氧化還原,以丙烷(瓦斯)來說,反應式為 C3H8+5O2→3CO2+4H2O。 3. 鐵生鏽是一種氧化還原反應產生鐵鏽(三氧化二 鐵),反應式為4Fe+3Oz→2Fe2O3。 汽機車的觸媒轉化器可將引擎在高溫 下生成有害的一氧化碳(CO)和氮氧化物 (NO、NO等)轉化為二氧化碳(CO) 和氮氣(N.),減少空氣汙染(圖 2-12)。 CO₂ 4. 呼吸作用是一種氧化還原,主要在粒腺體進行,反應式 為 C$HızO% +6O2→6CO2+6HzO-APT(能量) 5. 光合作用是一種氧化還原反應式為 葉綠體 6CO,+12H,O = CH._O+60,+6H,O 6. 汽機車的觸媒轉換器也是一種氧化還原反應,它能讓有 2-12 汽機車的觸媒轉化器 可轉換廢氣中對人體 有害的物質 害的一氧化碳氣體(CO)和氮氧化物(NOx)轉化成二 氧化碳和氮氣(Nz)。 NO₂ 圖摘自南一出版社課本 理化 B4L2 筆記 _e.nyn- 3 -
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〔補帖]課外補充:氮氧化物 (NOx)包含一氧化氮(NO)、 二氧化氮(NO2)和笑氣(z O)等。一氧化氮無色無味,易 變成二氧化氮;二氧化氮有紅棕 色刺激味,是酸雨的成分之一。 笑氣沒有顏色卻有略甜味,常用 作於麻醉劑。 【焦點六之一、金屬冶煉】 1. 自然界中,鋅、鐵、鉛、 銅等大多數金屬都是以化 合物存在於礦石中,因此 需要利用「還原劑」把他 們還原出來。 原料:鐵礦(氧化劑) 原料:煤焦(還原劑) 2Fe2O3+3C→4Fe+3CO2 FeOg+3CO→2Fe+3CO2 原料:灰石 CaCO, → CaO + CO, CaO 與泥沙形成熔渣 2. 人們常用碳(C)來做還原 劑,其原因為: →發生還原 發生氧化 甲、活性大於多數金屬 乙、 價格便宜 丙、取得容易 丁、火力強且無煙 3. 煉鐵:以還原法煉鐵,以 碳(焦煤、煤焦、焦炭) 作為還原劑,將鐵礦還原 出來。 出鐵口 (密度大) 4. 煉鐵的主要裝置:高爐(鼓 風爐)。 5. 煉鐵的原料: 出渣口 (密度小) 甲、鐵礦:常為赤鐵礦(三氧化二鐵,FezOs) 〔補帖]鐵礦不只赤鐵礦,也有磁鐵礦(Fe3O4)、黃鐵礦(又名愚人金,FeSz)等 乙、焦煤、煤焦:碳,作為還原劑。 丙、灰石:主要成分為碳酸鈣(CaCO:)。 〔補帖1]灰石不是石灰!!(但焦煤是煤焦(?)),灰石是CaCO,石灰是氧化鈣(CaO) 。 〔補帖2]大自然也有其他物體主要成分為碳酸鈣〔例〕大理石、貝殼、螺殼、蛋殼、珍珠、珊瑚礁等 丁、熱空氣:使焦煤燃燒成一氧化碳,並產生高溫,一氧化碳可以作為燃料與還原劑。 6. 反應過程: 甲、焦煤可以還原鐵,其反應式為:2FzO3+3C→4F+3COz 乙、按照反應式可得知,10公斤的赤鐵礦可練出7公斤的鐵(鐵占赤鐵礦的70%) 丙、焦煤在空氣不足下燃燒,會產生一氧化碳和熱。 一氧化碳會還原氧化鐵,形成液態鐵。其反應式: B2C+O2→2COFzO3+3CO→2F+3COz 丁、灰石(碳酸鈣)受熱分解成石灰(氧化鈣),反應式:「CaCO: *>CaO+COz/ 戊、氧化鈣與鐵礦中的泥沙雜質(SiO2)結合成熔渣(偏矽酸鈣,CaSiO)液體流出,其反應式: CaO+SiOz>CaSiO 己、熔渣可以去除雜質,密度小於鐵,可浮於鐵水面以防止鐵再被氧化,亦可作為水泥的原料。 鐵的相關功能: 7. 種類 生鐵 含碳量 多 熟鐵 少 鋼鐵 次之 〔補帖〕其他種類的鋼: 特性 性質脆而硬 硬度低有延展性 高強度、高韌性 應用 章魚燒鐵盤 五金鐵絲 鋼鍋 不鏽鋼:由鋼(Fe)、鎳(Ni)、鉻(Cr)組成(口訣剛唸過) 鎢鋼:特點為極高硬度(僅次於鑽石)、耐磨、耐高溫及抗腐蝕。常用作切削刀具(銑刀、鑽頭)、 及耐磨零件。 馬口鐵:又名鍍錫鐵,是兩面鍍有錫的鐵皮,可防鏽、耐腐蝕。用於罐頭食品、化妝品瓶蓋等。 模具 理化 B4L2 筆記 _e.nyn- 4 -
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【焦點六之二、漂白劑/消毒劑/添加劑】 1. 消毒劑與漂白劑: 2. 種類 項目 成分 形式 作用 氧化型 漂白 次氯酸鈉 (氯系) 水 (NaClO E NaOCl) 衣物漂白 劑、消毒 劑 氧化型 雙氧 過氧化氫 (氧系) 水 (H₂O2) 衣物漂白 劑 氧化型 氯氣(Ch) 消毒劑 藉由次氯酸(HClO) 容易穿透細菌或病毒 來殺菌 藉由氧化作用將衣服 上的色素破壞,去除 污漬 藉由氧化作用將衣服 上的色素破壞,去除 污漬 特點 1.漂白力強、有刺激性2.殺菌、 除臭效果佳3.不可與酸混合使 用,會產生有毒的氯氣4.黃綠色 透明液體,弱鹼性 1.漂白力溫和,可用於花色衣服 2.較不傷害衣物3.會自然分解成 水和氧氣,對環境與人體負擔較 小 常用於游泳池或自來水消毒 氧化型 臭氧(Os) 消毒劑 氧化細菌的細胞壁與 細胞膜,破壞病毒使 其失去活性 用於水處理、空氣淨化及食品保 鮮 還原型 二氧化硫(SO2) 食品漂白 劑 利用還原作用,抑制 微生物酶的活性 1.通常來自食品添加物,如亞硝 酸鈉2.添加過多有致癌、氣喘之 虞 天然的抗氧化劑(添加劑),如類胡蘿蔔素,維他命C、維他命E、兒茶素、蝦紅素、茄紅素、花青素 等,是天然的抗氧化劑,可延緩食物氧化或人的細胞老化。 以下圖片皆摘自翰林課本 维生素 C 胡蘿蔔素 E Ski 經過漂白 未經過漂白 ●田2-13 天然食材中富含減緩氧化的成分,可以作為食品添加物 ● 圖2-12 市面上的金針花 時常為了美觀而漂白 O团2-11 衣物洪口暨中含 有次氣歧鈉 Note 理化 B4L2 筆記_e.nyn-5-
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