DSE化學｜詳解 Redox Reaction 氧化還原反應 附常見問題參考！
Redox Reaction 氧化還原反應是 DSE化學科必考的Topic，在卷一更佔12-15%，而且Redox Reaction 亦能應用在選修單元中，絕對不能失分！今次Uni+ 就為你詳細講解DSE Chem 中的Redox Reaction概念及答題技巧，最後更有常見問題比你練習！
什麼是 Redox Reaction 氧化還原反應？
Redox Reaction是指同時發生氧化（Oxidation）和還原（Reduction）的反應：
氧化（Oxidation）是失去電子（Loss of electrons）的反應，氧化數增加。
還原（Reduction）是得到電子（Gain of electrons）的反應，氧化數減少。
同學可記住以下簡單口訣：OIL RIG (Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain）
例子:
Zn (s)+Cu2+(aq)→Zn2+(aq)+Cu (s)
鋅 (Zn) 失去電子，氧化為 Zn²⁺。
銅離子 (Cu²⁺) 得到電子，還原為銅 (Cu)。
1. 必學 Redox 概念：Oxidation Number（氧化數）
Oxidation Number（氧化數）是用來判斷一個元素是進行氧化（Oxidation），還是還原（Reduction）。以下是判斷方法：
如果 Oxidation Number（氧化數）上升，則進行氧化（Oxidation）
如果 Oxidation Number（氧化數）下降，則進行還原（Reduction）
氧化數指派規則 Oxidation Number Assignment Rule
| Element in Compounds（化合物中的元素） | Oxidation Number（氧化數） | Example（例子） |
|---|---|---|
| Group I Elements（第一族元素） | +1 | NaCl, KOH, Na2O |
| Group II Elements（第二族元素） | +2 | CaO, Ca(OH)2, MgSO4 |
| Hydrogen, H（氫） | 通常為 +1，但金屬氫化物中為 -1 | H2O, HCl, NaOH Exception（例外）: NaH |
| Halogen, X（鹵素） | 通常為 -1 | CaCl2, HBr, HF, KI |
| Oxygen, O（氧） | 通常為 -2，但過氧化物中為 -1 | H2O, KOH, CuO Exception（例外）: Na2O2, H2O2 |
參考問題
Let the oxidation number of S in Ca(HSO4)2 be x.
Since the oxidation number of Ca, H and O are +2, +1 and -2 respectively,
(+2) + 2[(+1) + (x) + (4)(-2)] = 0
2 + 2 + 2x - 16 = 0
x = +6
Therefore, the oxidation number of S in Ca(HSO4)2 is +6.
Let the oxidation number of Cr in Cr₂O₇²⁻ be x.
Since the oxidation number of O is -2,
(2)(x) + (7)(-2) = -2
2x = 12
x = +6
Therefore, the oxidation number of Cr in Cr2O72- is +6.
2. 必學 Redox 概念：Oxidizing Agents, O.A. & Reducing Agents, R.A.（氧化劑與還原劑）
同學可記住以下原則：
氧化劑 (Oxidizing Agent, O.A.)：使其他物質被氧化，自己則被還原（得到電子）。
氧化劑會令其他物質失去電子，令自己被還原，並獲得電子，同學只要記住氧化劑 會「搶奪」別人的電子即可。
例子：
Cl₂(g) + 2Br⁻(aq) → 2Cl⁻(aq) + Br₂(aq)
在這個例子中，氯氣 (Cl₂) 得到電子變成氯離子 (Cl⁻)，因此氯氣是氧化劑 (O.A.)，而溴離子 (Br⁻) 被氧化成溴分子 (Br₂)。
還原劑 (Reducing Agent, R.A.)：使其他物質被還原，自己則被氧化（oxidized）。
還原劑能令其他物質還原，並得到電子（gain electrons），而自身會被氧化（oxidized），失去電子。
例子：
Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)
鋅 (Zn) 失去電子形成鋅離子 (Zn²⁺)，因此鋅 (Zn) 是還原劑 (R.A.)，而銅離子 (Cu²⁺) 被還原成銅金屬 (Cu)。
3. 必學 Redox 概念：Half Equations（半式）
完整的 Redox 反應可以拆成兩個半式，來表示氧化與還原分別發生的電子轉移，而Redox 的半式中，一定會有電子存在：
氧化半式：表示失電子過程。
還原半式：表示得電子過程。
例子
Zn (s) + Cu²⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + Cu (s)
將反應分拆成半式，氧化半式（Zn 失電子）：
Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻
還原半式（Cu²⁺ 得電子）：
Cu²⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s)
DSE Chem Redox Reaction 應試策略
先分辨 O.A / R.A 氧化劑與還原劑
同學要先分辦氧化劑及還原劑，如果反應後的氧化數減少，便是O.A；如果氧化數增加，便是R.A。
分辨O.A / R.A後，便可撰寫半式（Half Equations），再將兩條半式合併，形成一條完善的Redox reaction equation。
Redox Reaction 練習題目
1. 判斷以下反應是否 Redox Reaction
反應式：
Zn (s) + CuSO₄ (aq) → ZnSO₄ (aq) + Cu (s)
解答：
步驟 1：計算主要元素的氧化數
Zn (鋅)
在單質 Zn (s) 中：Zn的氧化數 = 0
在 ZnSO4 中：Zn的氧化數 = +2
Cu (銅)
在 CuSO4中：Cu的氧化數 = +2
在單質 Cu (s) 中：Cu的氧化數 = 0
步驟 2：判斷氧化數變化
Zn：由 0 變 +2 → 氧化（失去電子）
Cu：由 +2 變 0 → 還原（得到電子）
因為有元素oxidation number發生改變，所以此反應是 Redox Reaction。
2. 寫出已平衡氧化還原方程式 ( Balanced Redox Equation)
題目：
在酸性溶液中，鉻酸根離子 Cr₂O₇²⁻ 與鐵(II)離子 Fe²⁺ 反應，生成鉻(III)離子 Cr³⁺ 與鐵(III)離子 Fe³⁺。請利用半反應法，寫出該反應的已平衡氧化還原方程式。
解答：
還原半反應（鉻酸根還原為鉻(III)）
平衡加入電子前：
Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺
加入 7H₂O 至右側以平衡氧原子：
Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
加入 14H⁺ 至左側以平衡氫原子：
Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
加入 6e⁻ 至左側以平衡電荷：
Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
氧化半反應（鐵(II)氧化為鐵(III)）
Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻
為使電子數匹配還原半反應，乘以 6：
6Fe²⁺ → 6Fe³⁺ + 6e⁻
合併兩個半反應：
加上還原與氧化半反應，6e⁻ 互相抵銷，得到已平衡的總反應：
Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6Fe²⁺ → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 6Fe³⁺
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