【DSE 化學】Redox Reaction 氧化還原反應全攻略 (附常見題目)

The Chemist🧪
The Chemist🧪 2021-7-18 1,662
DSE Chem syllabus 裡面,最多同學搞唔掂嘅 topic 莫過於 Redox reaction。今日就等 DSE 化學導師 TC 教你點樣 KO 氧化還原反應嘅題目喇!
Redox reaction 氧化還原反應係 DSE Chem syllabus 裡面佔分極重嘅 topic 之一,平均 Paper 1 有 12% - 15% 嘅分數都同 Redox Reaction 呢個課題有關!而且去到 Elective 部分亦有唔少內容係同 Redox Reaction 有關。如果你做過 redox 嘅 DSE Chem Past Paper 題目,你會發現好多時候,教科書內容並無辦法幫你解題,幫唔到你攞分!
點解會咁?到底有無方法可以做好 Redox reaction 嘅 DSE chem 題目?
今日 AfterSchool 就邀請咗 The Chemist 教你點樣先可以做好 DSE Chem Redox reaction 嘅題目,最後仲會有「氧化還原反應」嘅 Chem DSE 題目 example 畀你操練!
 

咩係 Redox Reaction (氧化還原反應)?

Photo by Alex Kondratiev on Unsplash
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Redox reaction:指任何包含 Oxidation(氧化)同 Reduction(還原)反應嘅 reaction
  • Oxidation:失去 Electron(電子)嘅反應
  • Reduction:獲得 Electron 嘅反應
簡單嚟講,Redox 氧化還原反應就好似將啲 Electron 移嚟移去 (Transfer of Electron),由 A 移去 B,從而發生化學反應。
 

有邊啲一定要識嘅 Redox 概念 ?

Photo by Elevate on Unsplash
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Oxidation Number (氧化數)

Oxidation Number 其實係一個 imaginary charge,喺 DSE 入面主要係用嚟判斷一樣嘢係進行 Oxidation 定 Reduction!
  • Oxidation Number 上升:進行 Oxidation
  • Oxidation Number 下跌:進行 Reduction
 
Oxidation Number Assignment Rule
另外同學都需要留意翻 O.N. Assignment 需要遵從下面幾個規則:
  • 所有 Element 嘅 O.N. 永遠都係 0
  • 有部分 element 係 compound 入面嘅 O.N. 係唔會變(見下表)

Element in CompoundsOxidation NumberExample
Group I Elements+1NaCl, KOH, Na2O
Group II Elements+2CaO, Ca(OH)2, MgSO4
Hydrogen, H+1
Except O.N. of H in metal hydrides is -1
H2O, HCl, NaOH Exception: NaH
Halogen, X-1CaCl2, HBr, HF, KI
Oxygen, O-2
Except O.N. of O in peroxides is -1
H2O, KOH, CuO Exception: Na2O2, H2O2
  • Monoatomic ion 嘅 O.N. =佢自己本身嘅 Charge
  • E.g. O.N. of Na⁺ = +1, Ca²⁺ = +2, Al³⁺ = +3……
  • 一個 Neutral Compound 嘅 O.N. 總和 = 0
  • 一個 Polyatomic Ion 嘅 O.N. 總和=佢自己本身嘅 Charge
  • 有部分 Element 可以擁有多種 O.N. (e.g. N, S, Cl, Cr, Mn, Fe)

Example Question
以 MnO₄⁻ 為例,留意翻佢嘅 overall charge 係 -1,而 O 嘅 O.N. 係 -2,有咗呢啲資訊我哋就可以透過解以下嘅 equation 去搵翻 Mn 嘅 Oxidation Number 出嚟喇!
Let the oxidation number of Mn in  MnO₄⁻ be x.
X + (-2) x 4 = -1
X = +7
Therefore, the oxidation number of Mn is +7.
 

Oxidizing Agents, O.A. & Reducing Agents R.A.(氧化和還原劑)

我教咗咁多年,發覺同學成日會混淆呢兩個概念。其實用兩個個口訣就可以分清佢哋!

Oxidizing Agents, O.A.oxidize 人哋,自己被 reduced
我哋應用 redox 嘅概念,oxidizing agents 令人哋 lose electrons (oxidize),咁嗰啲 electrons自然會俾 oxidizing agent 拎返,所以oxidizing agents 會被 reduced。
Reducing Agents, R.A.:reduce 人哋,自己被 oxidized
同樣道理, reducing agents 令人哋 gain electrons (reduce),咁啲 electrons 自然會喺 reducing agent 度拎,所以 reducing agents 會被 oxidized。
 

Electrochemical Series, E.C.S.(電化序)

定義:常見金屬(以及氫)按照標準電極電勢,由低到高排列得到嘅序列。
簡單一句,就係決定一個 Redox Reaction 裡面,邊個收同放電子喇!呢嗰 Concept 人人都見過佢,但就無咩人會背佢,可能因為佢實在太長。
但你又知唔知,其實唔需要將成個 ECS 背晒都可以奪星?想知點解?睇埋落最尾你就知!
 

Half Equations (半式)

定義:指氧化還原反應嘅氧化,或還原反應嘅 Equations
簡單一句,半式其實係將氧化還原反應拆返做「氧化」同「還原」兩個 steps,分別寫兩條式,而且 Redox 嘅 Half Equation,係一定有 electrons 存在嘅!
例子:Cl₂+ 2e⁻ → 2Cl⁻ 
 

點先可以做好 DSE Chem Redox Reaction 嘅題目?

確認 Oxidizing & Reducing Agents 後寫出反應式

話明係 Redox Reaction,唔認清 O.A. 同 R.A. 又點得呢?透過上面講述嘅方法,我哋就可以輕易咁分辨到 O.A. & R.A.
然後我哋可以透過寫出佢哋嘅 reactants 同 products 平衡 Half Equations,再 combine 兩條氧化還原公式,咁就完美寫出一條 Balanced 嘅 Redox reaction equation 喇!
 

Visualise 成個實驗過程

Photo by Chromatograph on Unsplash
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有睇我之前 post 嘅 Mole 數攻略嘅同學仔一定知道,透徹明白一個 experiment 做緊咩係非常緊要嘅!
Redox reaction 本身就比較複雜,加上好多唔同嘅 apparatus, 例如正負 Electrodes、Salt bridge 等等,令同學好難理解到實驗本質
但如果你可以將成個實驗過程,親手畫一次出嚟,咁你就一定可以更加深刻咁理解題目嘅核心,用正確嘅思維去計算!
 

熟讀 Mole Calculation 嘅計算方法

Photo by Manik Roy on Unsplash
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吓,原來 Redox 氧化還原反應有咁多 Mole 數要計!仲以為唔洗再見到佢添。
係啊,mole 數其實係 DSE Chemistry 嘅基石,好多 DSE Chem Past Paper 題目都會 combine mole 數同 Redox reaction 一齊考你!所以熟悉計算 mole 數嘅方法,同掌握正確思維真係非常重要!
例如,如果你要計算一個 solution 裡面有幾多 mole 嘅 Cl ions,咁你就一定要識用題目俾嘅資料,例如 Concentration、relative mass 等等,去計算 mole of ions 出嚟,先可以用到你寫出嚟嘅 Redox 反應式,計算其他嘅資料。
 

必做嘅幾條 Redox Reaction Exercise (附解題)

判斷以下反應是否 Redox Reaction

呢類題目最適合就係用 O.N. 去睇,只要成個反應入面其中一樣嘢嘅 O.N. 有改變,咁佢就一定係 Redox Reaction!我哋再睇睇一啲例子:
  • Zn 嘅 O.N. 由 ZnO 嘅 +2 跌到去 Zn 嘅 0,所以呢個係 Redox Reaction
  • 由於 Zn 嘅 O.N. 下跌,所以佢被 reduce,即佢自己係 oxidizing agent.

  • Zn 嘅 O.N. 由 Zn 嘅 0 升到去 ZnSO₄ 嘅 +2,所以呢個係 Redox Reaction
  • 由於 Zn 嘅 O.N. 上升,所以佢被 oxidize,即佢自己係 reducing agent.

  • 成個 Reaction 並沒有任何 O.N. 上嘅轉變,所以佢唔係 Redox Reaction.

  • 成個 Reaction 並沒有任何 O.N. 上嘅轉變,所以佢唔係 Redox Reaction.

  •  Ca 嘅 O.N. 由 Ca 嘅 0 升到去 Ca(NO₃)₂ 嘅 +2,所以呢個係 Redox Reaction
  • 由於 Ca 嘅 O.N. 上升,所以佢被 oxidize,即佢自己係 reducing agent
 

寫出 Balanced Redox Equation

其中一個大路、亦係最穩陣嘅方法就係先搵出 O.A. 同 R.A. ,再寫出兩條 Half Equation,最後再按照 electron 嘅數目將佢哋合體變成一條完整嘅 Balanced Redox Equation!

Example #1 Zn(s), AgNO₃(aq)

  

Example #2 Na₂Cr₂O₇(aq), FeSO₄(aq)

 

Example #3 KMnO₄(aq), K₂SO₃(aq)

 
睇到呢到,相信你已經 master 到大部分嘅 DSE Chem redox reaction 嘅題目同問法。但殘酷嘅係,原來仲有更多氧化還原反應嘅題型,係 DSE Chem Past Paper 裡面無出現過㗎!如果你唔想 miss 咗呢啲題型,記得即刻上去 DSE CHEM: 殺手課題思維特訓班 - AfterSchool 留位報名喇!
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🚀定期分享 DSE CHEM 嘅學習心得、應試技巧🧪港大化學系畢業.專科專教🎖港大理碩士學歷.鑽研最強教學法🏅曾與港大教授進行兩年教育研究🏆多年DSE教學經驗.曾教授近百學生