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PASCO科學教室 氧化還原反應

JUN 09 ,2020

化學反應有各式各樣的形式,除了最基本的分解與合成反應外,有些化學反應涉及氣體或沉澱的生成,有些涉及酸與鹼的混合,而有一種類型的化學反應稱為「氧化還原反應」。究竟氧化還原涉及到什麼?什麼樣的反應能夠被稱作是氧化還原反應?現在歡迎進入PASCO科學教室-氧化還原反應

 

主題1 生活中的氧化現象 (適合國中)

    日常生活中,很常遇到的一些現象,例如蘋果變色、鐵釘生鏽等等皆是氧化的現象,「氧化」直觀來說就是與物質與氧氣結合的過程,而「還原」則是物質失去氧氣的過程,因此「氧化還原反應」即為涉及氧氣的化學反應。透過PASCO偵測氣體的感應器,更能幫助我們探討與分析這個過程

探究活動-氧化反應

影片教學-雙氧水的分解

 

    「燃燒」亦是屬於氧化還原反應的一種,由於達到燃點的情況下,物質可能與大氣中的氧氣發生劇烈的反應,而釋放大量的能量。相同的概念也可以應用至生物中,當體內的葡萄糖與氧氣反應後,產生能量供給自身所使用,這是每個生物體都可以進行的「呼吸作用」。

探究活動-有機物的燃燒

 

Q1: 觀察氧化過程中氧氣濃度的變化,是上升還是下降?要如何透過圖表計算氧氣消耗率?

Q2: 在燃燒過程中,如果氧氣被消耗完畢,則物質還會繼續燃燒嗎?為什麼?

Q3: 要讓物質產生燃燒需要滿足一些條件,要如何避免火災的發生呢?可以列舉一些方式

 

主題2 廣義的氧化還原反應(適合高1~2)

事實上,氧化還原反應具有更廣義的概念:就是涉及電子轉移的化學反應,「氧化」為失去電子的過程,而「還原」則是得到電子的過程,根據這樣的定義方式,氧化還原反應可應用至生物、環境、工程的領域,例如光合作用、呼吸作用、碳循環、氮循環、金屬提煉……

日常生活中也有很多氧化還原反應的例子,例如漂白、殺菌、燙染髮……,在食品與美妝品中,許多添加了「抗氧化劑」的成分,能夠減緩體內的細胞遇到自由基而氧化的現象,除了能夠幫助美白抗皺外,更重要的是可以幫助人體更健康。「維生素C」是其中一種抗氧化劑,也是人體所需的營養物質之一,究竟維生素C到底如何幫助細胞進行抗氧化的作用?

影片教學-透過結晶紫的褪色探討化學力學

主題課程-氧化還原滴定

探究活動-抗氧化的戰士維生素C

 

Q1: 在探討維生素C抗氧化的實驗中,通常使用碘酒作為測試溶液,當兩者反應後,要如何判定維生素C具有抗氧化的能力?

Q2: 維生素C與碘酒反應的過程中,何者發生氧化反應?而何者發生還原反應?試畫出電子的轉移方向

 

 

主題3 電與化學反應-電池與電解(適合高2~3)

 在日常生活中,電池、電解與電鍍是非常重要氧化還原反應的應用。透過科學家賈法尼解剖青蛙發現了生物電,以及伏打透過鋅片與銅片堆疊做出來的裝置,奠定了電池發展的基礎。電池,就是透過化學能轉變為電能的裝置,現在我們使用水果、鋅片與銅片,來做出一個最簡單的電池。

探究活動-水果電池

影片教學-水果電池

電池的電極依據物理電位差的概念,可以區分為正極與負極,而根據化學中氧化還原的概念可以區分為陰極與陽極,「陽極」發生氧化反應,而「陰極」發生還原反應,無論是正極負極還是陰極陽極的概念,兩者皆成雙成對,不會單獨出現。

主題課程-電化電池

電解的概念就是透過電能驅動化學反應,例如電解水即為透過電能,將水分解為氫氣與氧氣的過程,能量轉移的方向剛好和電池相反,電解的量與驅動的電流量息息相關,透過這樣的概念可以應用至工程領域中。

主題課程-電流的化學效應

 

Q1:要構成電池需要有哪些要件?如果將鋅片與銅片插在其他的水果上則會有相同的結果嗎?

Q2:假設現在有6種金屬片:鋅、鐵、銅、鋁、鎳、銀,在不考慮電解液的情況下,取哪兩個金屬片能夠產生最大的電壓?