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愛迪生自然科學第 32 堂範例卷：氧化還原與高爐煉鐵
本堂範例卷聚焦廣義氧化還原、氧化劑與還原劑、活性置換附表，以及高爐煉鐵與質量計算。
愛迪生自然科學第 32 堂：氧化還原與高爐煉鐵
我的課程探索段位與個人檔案學習目標
學習目標
1. 能用得氧/失氧與電子轉移判斷氧化還原。
2. 能區分氧化劑、還原劑、被氧化與被還原。
3. 能由金屬與氧化物反應表推論活性順序。
4. 能說明高爐煉鐵中 CO、煤焦、Fe₂O₃ 與熔渣的角色，並完成基本質量計算。
觀念
觀念一：廣義氧化還原判斷
氧化還原可用得氧/失氧判斷，也可用電子轉移理解；物質失去電子或得氧是氧化，得到電子或失氧是還原。
物理變色與氧化變質 例題 1
製作餐點時，常會在鮮奶油中加入些許色素混合，使其顏色變化增加美觀，而鮮奶油仍維持 原本的性質。做好的蛋糕需妥善冷藏，以防止鮮奶油腐壞變質。關於上述鮮奶油「變色」和 鮮奶油「變質」兩者的說明，下列何者最合理？
不是氧化還原反應 例題 2
下列何者不是氧化還原反應？
光合作用與呼吸作用 例題 3
已知光合作用與呼吸作用的反應方程式分別為： 光合作用：植物以 H₂O 及 CO₂ 為原料，合成葡萄糖的反應。 6CO₂＋6H₂O → C₆H₁₂O₆＋6O₂ 呼吸作用：生物將葡萄糖分解產生 CO₂ 及 H₂O。 C₆H₁₂O₆＋6O₂ → 6CO₂＋6H₂O 試分析這兩個反應方程式，找出正確的敘述。
觀念
觀念二：氧化劑與還原劑
本身被氧化的物質能使別人還原，稱還原劑；本身被還原的物質能使別人氧化，稱氧化劑。
煤焦在錫礦反應中的作用 例題 1
金屬錫可由錫礦中的 SnO₂ 與煤焦反應而得，其反應式為：SnO₂＋2C→Sn＋2CO，則煤焦在 此反應的作用為何？（註：煤焦的主要成分為碳（C））
碳粉還原氧化銅 例題 2
大崎將黑色粉末的碳粉與氧化銅粉末均勻混合後，置於試管內加熱，試管口以導管通入澄清石灰水，反應式為 C＋2CuO → 2Cu＋CO₂。則下列敘述何者錯誤？
火箭燃料中的氧化劑 例題 3
液態 N₂O₄ 與 N₂H₄ 是火箭常使用的燃料，這兩種物質混合並於適當條件下反應，可產生 N₂、H₂O 及大量熱能，而得以推動火箭順利升空。上述反應中，關於 N₂O₄ 的敘述，下列何者正確？（註：在氧化還原反應中，發生氧化的物質，因具有還原另一物質的能力，故稱為還原劑；相反的，本身發生還原的物質，因具有氧化另一物質的能力，則稱為氧化劑。）
觀念
觀念三：活性置換與附表判讀
活性大的元素可奪取活性小元素氧化物中的氧；有反應代表「金屬活性大於氧化物中的金屬」。
四種金屬與氧化物反應表 例題 1
| 金屬/氧化物 | AO | BO | CO | DO |
|---|---|---|---|---|
| A | ||||
| B | ＋ | － | ||
| C | － | |||
| D | ＋ |
A、B、C、D 為四種金屬，AO、BO、CO、DO 為該金屬氧化物，現以各種金屬與金屬氧化 物互相作用，結果如表，則 A、B、C、D 四種金屬元素的活性大小依序為何？（＋表示反應 進行，－表示反應無法進行）
鎂銅鋅氧化物附表 例題 2
| 金屬/氧化物 | 甲的氧化物 | 乙的氧化物 | 丙的氧化物 |
|---|---|---|---|
| 甲 | ＋ | ＋ | |
| 乙 | － | － | |
| 丙 | － | ＋ |
鎂、銅、鋅三種金屬與其氧化物的反應情形如表，其中「＋」表示可以反應，「－」表示無 法反應，則甲、乙、丙依序代表哪一種金屬？
氧化物活性與置換推論 例題 3
有三種物質X、Y、Z，其氧化物分別以XO、YO、ZO表示，已知X可將YO還原為Y，又YO無法與Z發生反應，則下列何者最容易和其他物質反應，使其他物質氧化？
觀念
觀念四：高爐煉鐵
高爐中煤焦或 CO 會把 Fe₂O₃ 還原成 Fe；碳或 CO 自身被氧化，質量題要先算 Fe₂O₃ 與 Fe 的係數與式量比。
氧化鐵生成鐵的質量 例題 1
將鐵礦製成鐵，可依化學反應式為 2Fe₂O₃＋3C→4Fe＋3CO₂ 反應而得。若 10 公斤的氧化鐵 與足量的碳反應，所產生的鐵其質量與下列何值最接近？（原子量：Fe＝56，O＝16，C＝ 12）
高爐中還原氧化鐵的物質 例題 2
在煉鐵的高爐中，爐內的哪一種物質使 Fe₂O₃ 還原成 Fe？
高爐熔渣性質 例題 3
煉鐵過程中所產生的「熔渣」，下列敘述何者正確？
觀念
觀念五：食品與生活中的氧化還原——抗氧化、除氧與漂白
氧化還原不只出現在煉鐵,生活中處處可見:①『抗氧化劑』(維生素 C、維生素 E、胡蘿蔔素、茶多酚)本身很容易被氧化,會『搶先』與氧反應,代替食物被氧化,所以是還原劑,可延緩食物變質。
②『除氧(脫氧)劑』常以鐵粉為主成分,利用鐵容易與氧反應、消耗包裝內的氧氣,鐵粉得到氧是進行氧化反應,所以也是還原劑。
③『漂白劑』分兩型:次氯酸鈉(NaClO)是『氧化型』,使色素被氧化褪色,本身被還原;二氧化硫(SO₂)/亞硫酸鹽是『還原型』,使色素被還原褪色,本身被氧化。
判斷生活情境時,先找『誰得到氧(被氧化)、誰失去氧(被還原)』,得氧者即還原劑、失氧者即氧化劑。
氧化還原 例題 1
小天吃海苔時發現包裝裡有一小包抗氧化劑,能減少海苔被氧化的機會,其原因為何？
氧化還原 例題 2
許多食品或藥品包裝內常見『脫氧劑』,主要成分為鐵粉,利用鐵容易與氧氣反應而消耗氧氣,降低包裝內的氧氣濃度,延長保存期限。關於鐵粉在此反應中的角色,下列何者正確？(提示:發生氧化的物質具有還原他物的能力,稱還原劑;本身被還原者稱氧化劑)
氧化還原 例題 3
生活中常見許多類型的漂白劑,關於其作用過程中所發生的現象,下列敘述何者錯誤？
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