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  4. 第三課 電化序與氧化還原能力
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第二節 電化序的應用
電化序的應用——預測物種間的化學反應

電化序展示了物質氧化/還原能力的相對強弱。一般來說，較強氧化劑和較強還原劑之間比較容易發生氧化還原反應。右圖中，展示了鋅與銅(II) 離子之間發生置換反應涉及的物種在電化序中的位置。根據圖中所示內容，回答下面的問題。

  • 位於電化序較高位置的發生
    • 正向
    • 逆向
    反應；
  • 位於電化序較低位置的發生
    • 正向
    • 逆向
    反應；
  • 整體來講，是按照
    • 順時針
    • 逆時針
    進行的。

根據電化序預測氧化還原反應的逆時針規則
練習
練習一：預測將鋅塊置於硫酸銅(II) 溶液時可能發生的氧化還原反應。

第一步：寫出相關的離子半反應式，並按照電化序的順序排列。提示

電化序中的位置 涉及的離子半反應式
較高
  • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
  • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
\(\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \)
  • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
  • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
較低
  • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
  • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
\(\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \)
  • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
  • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\)

電化序中的位置 涉及的離子半反應式
較高 \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
較低 \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{Cu}\left( \text{s} \right)\)

  1. 根據上表中展示電化序可知：
    • 氧化能力最強的物種是 
      • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
      • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
      ；
    • 還原能力最強的物種是 
      • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
      • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
      。
  2. 所以，鋅塊與硫酸銅(II) 溶液 
    • 能
    • 不能
    發生化學反應。

  • 氧化過程的半反應式：
    • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
    • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
    • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\ \to \ \text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\)
    • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\)
  • 還原過程的半反應式：
    • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{Zn}\left( \text{s} \right)\)
    • \(\text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
    • \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\ \to \ \text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\)
    • \(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\)
  • 合併後總的化學反應式： \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\ +\ \text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \)
    • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{Cu}\left( \text{s} \right)\)
    • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{Cu}\left( \text{aq} \right)\)
    • \(\text{Zn}\left( \text{aq} \right)\ +\ \text{C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\left( \text{s} \right)\)
    • \(\text{Z}{{\text{n}}^{\text{2+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{C}{{\text{u}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\)

練習二：預測將酸性重鉻酸鉀溶液與碘化鈉溶液混合時可能發生的氧化還原反應。

第一步：寫出相關的離子半反應式，並按照電化序的順序排列。提示

電化序中的位置 涉及的離子半反應式
較高
  • \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)
較低
  • \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
  • \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)

電化序中的位置 涉及的離子半反應式
較高 \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
較低 \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\ \rightleftharpoons \ \text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)

  1. 根據上表中展示電化序可知：
    • 氧化能力最強的物種是 
      • \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \({{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\)
      ；
    • 還原能力最強的物種是 
      • \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \({{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\)
      • \(\text{C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\)
      。
  2. 所以，酸性重鉻酸鉀溶液與碘化鈉溶液混合時， 
    • 能
    • 不能
    發生化學反應。

  • 氧化過程的半反應式：
    • \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
    • \(\text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ {{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\)
    • \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)
    • \(\text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\)
  • 還原過程的半反應式：
    • \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\)
    • \(\text{2}{{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ {{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{e}}^{-}}\)
    • \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\ \to \ \text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)
    • \(\text{2C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{7}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{14}{{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{6}{{\text{e}}^{-}}\)

  • 合併後總的化學反應式：

    \(\text{C}{{\text{r}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{7}}}^{\text{2}-}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \) \({{\text{I}}^{-}}\left( \text{aq} \right)\ +\ \) \({{\text{H}}^{\text{+}}}\left( \text{aq} \right)\ \) \( \to \ \) \(\text{C}{{\text{r}}^{\text{3+}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \) \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \) \({{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\)

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