氧化還原反應
基礎氧化還原反應的本質是電子轉移：氧化是失去電子、氧化數上升，還原是得到電子、氧化數下降；兩者必定同時發生，令他物氧化而自身被還原的是氧化劑，令他物還原而自身被氧化的則是還原劑。
- 氧化＝失電子、氧化數上升；還原＝得電子、氧化數下降。
- 氧化與還原必定同時發生，電子得失總數相等。
- 氧化劑令他物氧化而自身被還原；還原劑令他物還原而自身被氧化。
文體小知識：科學知識說明文——由燃燒與生鏽說起，說明氧化還原的電子轉移本質、氧化數規則，以及判斷氧化劑與還原劑的方法。
§課文原文 Passage
1鎂帶在氧氣中劇烈燃燒，發出耀眼白光；鐵器在潮濕空氣中慢慢生鏽。這兩個看似不同的變化，本質上屬於同一類反應——氧化還原反應。氧化一詞最初指物質與氧結合，還原指氧被奪走，但化學家後來發現，更根本的定義在於電子的轉移，這也是本課的核心概念。
2從電子轉移角度看：氧化是失去電子，還原是得到電子。鎂燃燒時每個原子失去兩個電子，變成鎂離子，被氧化；氧分子得到電子，被還原。失與得必定成對出現，所以氧化與還原總是同時發生，只是發生在不同的物種身上，這類反應因此合稱氧化還原反應。
3電子看不見，判斷時可借助氧化數。單質中元素的氧化數定為零，單原子離子的氧化數等於其電荷，氧在一般化合物中是負二，氫與非金屬結合時是正一。反應中氧化數上升的物種被氧化，下降的被還原；以鎂的燃燒為例，鎂由零升至正二，氧由零降至負二。
4令他物被氧化而自身被還原的物種稱為氧化劑，常見的有氧氣和高錳酸鉀；令他物被還原而自身被氧化的稱為還原劑，常見的有碳、一氧化碳和氫氣。冶金工業用一氧化碳把鐵礦石中的鐵還原出來，一氧化碳自身則被氧化成二氧化碳，正是還原劑的典型角色。
5氧化還原無處不在：身體氧化葡萄糖取得能量、食物腐壞、金屬鏽蝕、漂白劑去漬，都涉及電子轉移。掌握判斷方法之後，下一課將看到這類反應如何在化學電池中把化學能變成電能，又如何在電解池中被電流倒過來驅動。
1重點摘要 Summary
氧化還原反應的本質是電子轉移：氧化是失去電子、氧化數上升，還原是得到電子、氧化數下降；兩者必定同時發生，令他物氧化而自身被還原的是氧化劑，令他物還原而自身被氧化的則是還原劑。
2生字卡 Vocabulary
同時涉及氧化與還原的反應，本質是電子轉移。
失去電子、氧化數上升的過程。
得到電子、氧化數下降的過程。
令他物氧化而自身被還原的物種，如氧氣、高錳酸鉀。
令他物還原而自身被氧化的物種，如碳、一氧化碳、氫氣。
表示原子在物種中帶電狀態的數值，用升降判斷氧化還原。
只寫出氧化或還原一方、以電子平衡電荷的方程式。
只寫出實際參與反應的離子與分子的方程式。
電子由一個物種轉往另一個物種的過程，是氧化還原的本質。
3逐步講解 Steps
- 第一步：由燃燒與生鏽認識氧化還原氧化還原離不開生活：鎂帶燃燒發出白光、鐵閘生鏽剝落、燃氣爐把燃料燒成二氧化碳和水，都是這類反應。舉個例子：鐵生鏽時，鐵與空氣中的氧和水反應，鐵被氧化，氧被還原，鐵鏽的主要成分是氧化鐵。早期的定義把氧化理解為與氧結合、還原為失去氧；這個角度直觀易明，但無法涵蓋沒有氧參與的反應，因此化學家改用電子轉移來定義，這正是本課的出發點。
- 第二步：氧化失電子，還原得電子現代定義十分精簡：氧化是失去電子，還原是得到電子。舉個例子：把鋅粒放進硫酸銅溶液，鋅原子失去兩個電子變成鋅離子進入溶液，銅離子得到兩個電子變成銅原子沉積出來；鋅被氧化，銅離子被還原，電子由鋅轉移到銅離子。記憶口訣是「失者氧化，得者還原」。電子只會轉手、不會消失，所以每一次電子轉移中，失去電子的總數必等於得到電子的總數，氧化與還原缺一不可。
- 第三步：用氧化數判斷升降電子看不見，考試時借助氧化數最穩妥。基本規則：單質中元素的氧化數是零；單原子離子的氧化數等於離子電荷；一般化合物中氧是負二，氫與非金屬結合時是正一。舉個例子：在氧化鎂 MgO 中，氧是負二，鎂便是正二；反應前鎂單質的氧化數是零，反應後升至正二，所以鎂被氧化；氧由零降至負二，被還原。口訣是：氧化數升者被氧化，降者被還原，判斷題全靠這兩句。
- 第四步：寫半反應式半反應式把電子寫進方程式，清楚顯示得失；寫法分三步：先寫物種變化，再平衡原子，最後用電子平衡電荷。舉個例子：鎂的氧化半反應式是 Mg → Mg²⁺ + 2e⁻，右邊電荷共正二、左邊為零，電子數目正確；氧的還原半反應式是 O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻。把兩條半反應式乘上適當係數，令電子數相等後相加，消去電子，便得整體反應式；這個技巧在下一課化學電池還會大派用場。
- 第五步：分辨氧化劑與還原劑氧化劑令他物氧化，自身被還原，氧化數下降；還原劑令他物還原，自身被氧化，氧化數上升。常用氧化劑包括氧氣、酸性高錳酸鉀溶液等；常用還原劑包括碳、一氧化碳和氫氣。舉個例子：高爐煉鐵時，一氧化碳奪去氧化鐵中的氧，把鐵還原出來，自身被氧化成二氧化碳，所以一氧化碳是還原劑，氧化鐵是氧化劑。判斷時緊記「劑」與「被作用」的角色相反，先認清誰的氧化數下降，才不會混淆。
- 第六步：氧化與還原同時發生凡有電子轉移，氧化與還原必定成對出現：沒有物質被氧化，就沒有物質被還原。舉個例子：氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫，過程沒有氧參與，但氫的氧化數由零升至正一，被氧化；氯由零降至負一，被還原，所以仍是氧化還原反應。這個例子正說明為何不能以「有無氧」作判斷準則。答題若問「指出氧化劑」，先寫出各物種氧化數的升降，再下結論，步驟清晰便不易失分。
- 第七步：生活與工業中的氧化還原氧化還原支撐着現代生活：身體細胞把葡萄糖逐步氧化，釋出能量維持體溫與活動；鋼鐵防鏽用塗油、上漆或鍍鋅，目的正是阻止鐵被氧化；漂白水把染料氧化成無色物質而除去污漬。舉個例子：蘋果切開後果肉變褐，是果肉中的物質被空氣氧化，擠少許檸檬汁可以減慢，因為當中的維他命C先被氧化，充當了還原劑。學會辨認身邊的氧化還原現象，回答資料延伸題時便有話可說。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
鎂帶在氧氣中燃燒生成氧化鎂（MgO）。試以氧化數判斷哪個物種被氧化、哪個被還原，寫出兩條半反應式，並把它們合併成整體方程式。
- 寫出並配平反應式：2Mg + O₂ → 2MgO。
- 標出氧化數：鎂由 0 升至 +2，被氧化；氧由 0 降至 −2，被還原。
- 寫半反應式：氧化 Mg → Mg²⁺ + 2e⁻；還原 O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻。
- 把氧化半反應式乘 2，使電子數相等，再與還原半反應式相加，得 2Mg + O₂ → 2MgO。
- 答案：鎂被氧化（氧化數 0 → +2），氧氣被還原（0 → −2）；半反應式為 Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ 與 O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻；整體反應 2Mg + O₂ → 2MgO，其中鎂是還原劑，氧氣是氧化劑。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1氧化與還原在本質上有何分別？
Q2在 Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu 中，哪個物種是氧化劑？
Q3寫出鋅被氧化的半反應式。
Q4高爐中一氧化碳把氧化鐵還原成鐵，過程中哪個物種被氧化？
Q5為甚麼氧化與還原必須同時發生？
8重點回顧 Recap
- 氧化＝失電子、氧化數上升；還原＝得電子、氧化數下降。
- 氧化與還原必定同時發生，電子得失總數相等。
- 氧化劑令他物氧化而自身被還原；還原劑令他物還原而自身被氧化。
- 常用氧化劑如氧氣、高錳酸鉀；常用還原劑如碳、一氧化碳、氫氣。
- 半反應式三步：寫物種變化、平衡原子、用電子平衡電荷。