산화와 환원

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Oxidation–Reduction: The Transfer of Electrons

Electrons from copper metal are

transferred to silver ions.

Silver metal is formed, and the solution turns blue

from copper(II) ions formed.

Fig. The displacement of Ag+(aq) by Cu(s)

(a) A coil of copper wire is suspended in colorless AgNO3(aq).(b) After a period to time, a blue color has developed in the solution

and a silvery deposit has covered the copper coil.

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출처1

oxidation-reduction reaction, or redox reaction

한 화학종으로부터 다른 화학종으로 전자가 이동하는 반응

산화: 어떤 화학종이 전자를 잃었을 때

환원: 어떤 화학종이 전자를 얻었을 때

산화 반응과 환원 반응은 반드시 동시에 진행된다.

전자의 이동을 수반하므로 전지와 같다.

산화형 화합물: 전자를 받는 물질(electron acceptor)

환원형 화합물: 전자를 제공하는 물질(electron donor)

Ox ＋ ne ⇄ Red

예) Fe3＋＋ e ⇄ Fe2＋

Sn4＋＋2e ⇄ Sn2＋

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1. 산화환원 반응

1. Oxidation and Reduction

Oxidation/reduction reactions, often called Redox reactions, involve the transfer of electrons from one reactant to another.

A reducing agent (or reductant) is an electron donor.

An oxidising agent (or oxidant) is an electron acceptor.

Ce4+ + Fe2+ ⇄ Ce3+ + Fe3+

in the above reaction, cerium accepts an electron from iron and therefore is the oxidant. Iron is the reductant.

Any oxidation or reduction reaction can be split into two half-reactions that can be added to provide the original redox reaction.

Ce4+ + e- ⇄ Ce3+ (reduction of cerium)Fe2+ ⇄ Fe3+ + e- (oxidation of iron)

Remember: Charges on each side of a redox reaction or half-reaction must balance.

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유리상태의 전자는 있을 수 없으므로, 산화형 화합물이 전자를 수용하려면

반드시 전자를 제공하여야 할 환원형 화합물이 있어야 한다.

산화형 화합물을 Ox1으로 하고 이와 반응할 환원형 화합물을 Red2로 표시하면,

두 화학종 사이에 전자의 이동이 일어나 다음과 같은 산화환원 반응이 성립된다.

aOx1 ＋ ne ⇄ a'Red1

＋bRed2 ⇄ b'Ox2 ＋ ne

aOx1 ＋bRed2 ⇄ a'Red1 ＋ b'Ox2

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2. 산화환원과 반쪽 반응

산화환원적정

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산화제 ; 높은전극전위환원제 ; 낮은전극전위

출처2

표 13-1

출처3

Redox Reactions

OIL – Oxidaton Is Loss of electrons.RIG – Reduction Is Gain of electrons.

Oxidaton and Reduction must occur together.They cannot exist alone.

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3. 산화환원 반응계의 예

2Fe3＋＋2e ⇄ 2Fe2＋

＋) Sn2＋ ⇄ Sn4＋＋2e

2Fe3＋＋Sn2＋ ⇄ 2Fe2＋＋Sn4

I2＋2e ⇄ 2I－

＋) S2O32－ ⇄ S4O6

2－＋2e

I2＋2S2O32－ ⇄ 2I－＋S4O6

2－

2MnO4－＋10e＋16H＋ ⇄ 2Mn2＋＋8H2O

＋) 5H2O2 ⇄ 5O2＋10e＋10H＋

2MnO4－＋5H2O2＋6H＋ ⇄ 2Mn2＋＋5O2＋8H2O

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4. 갈바니 전지과 전극 전위(electrode potential)

Person Height relative to post (cm)

CAB

+20+15-15

전극 전위의 절대값은 측정할 수 없다.

다른 전극과의 차이를 측정할 수 있다.

전극 전위의 절대값은 측정할 수 없다.

다른 전극과의 차이를 측정할 수 있다.

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(1) KMnO4

(2) I2

(3) K2Cr2O7

(4) 2(NH4)2SO4․Ce(SO4)2

․4H2O

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5. 산화환원성 시약

산화성 시약

MnO4－ ＋ 5e ＋ 8H＋→ Mn2＋ ＋ 4H2O; Eo＝1.51V

Mn:＋7 → ＋2, 1 eq ≡ 1/5KMnO4

I2 ＋ 2e → 2I－; Eo＝0.54VI: 0 → －1, 1 eq ≡ 1/2I2

Cr2O72－＋6e＋14H＋→2Cr3＋＋7H2O; Eo＝1.33V

Cr:＋6 → ＋3, 1eq ≡ 1/6K2Cr2O7

Ce4＋ ＋ e → Ce3＋; Eo＝1.61VCe: ＋4 → ＋3, 1 eq ≡ 2(NH4)2SO4

․Ce(SO4)2․4H2O

(5) KBrO3

(6) KIO3

(7) NaNO2

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5. 산화환원성 시약

산화성 시약

BrO3－ ＋ 6e ＋ 6H＋→ Br－ ＋ 3H2O; Eo＝1.42V

Br: ＋5 → －1, 1 eq ≡ 1/6BrO3－

IO3－ ＋ 6e ＋ 6H＋→ I－ ＋ 3H2O; Eo＝1.09V

I: ＋5 → －1, 1 eq ≡ 1/6KIO3

IO3－ ＋ 5e ＋ 6H＋→ ½I2 ＋ 3H2O; Eo＝1.20V

I: ＋5 → 0, 1eq ≡ 1/5KIO3

IO3－ ＋ 4e ＋ 6H＋ ＋ Cl－→ ICl ＋ 3H2O; Eo＝1.23V

I: ＋5 → ＋1, 1 eq ≡ 1/4KIO3

R-NH2 ＋ HNO2 ＋ HCl → R-N≡NCl ＋ 2H2OR-NH2 ≡ HNO2

(1) Na2C2O4

(2) As2O3

(3) Na2S2O3

(4) TiCl3

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5. 산화환원성 시약

환원성 시약

C2O42－ － 2e → 2CO2; Eo＝－0.49V

C: ＋3 → ＋4, 1 eq ≡ 1/2Na2C2O4

As2O3 ＋ 6OH－→ 2AsO33－ ＋ 3H2O

AsO33－ － 2e ＋ 2OH－→ AsO4

3－ ＋ H2O; Eo＝0.56VAs: ＋3 → ＋5, 1 eq ≡ 1/2AsO3

3－≡ 1/4As2O3

2S2O32－ － 2e → S4O6

2－; Eo＝0.13VS: －1 → 0, 1 eq ≡ Na2S2O3

Ti3＋ －e ＋ H2O → TiO2＋ ＋ 2H＋; Eo＝0.1VTi: ＋3 → ＋4, 1 eq ≡ TiCl3

산 화 제 화 학 식 식량 반 응 Eo(V) 당량수

과망간산칼륨

Potassium permanganate

KMnO4 158.03(강 산 성) MnO4

－ ＋ 5e ＋ 8H＋→ Mn2＋ ＋ 4H2O(약 산 성) MnO4

－ ＋ 3e ＋ 4H＋→ MnO2 ＋ 2H2O(알칼리성) MnO4

－ ＋ 3e ＋ 2H2O→ MnO2 ＋ 4OH－

1.511.6950.588

533

황산제이세륨암모

늄사수화물

Ammonium cerium(IV) sulfate tetrahydrate

Ce(SO4)2․

2(NH4)2

SO4․4H2O

668.56 Ce4＋ ＋ e → Ce3＋ 1.61 1

요오드

iodineI2 253.81 I2 ＋ 2e → 2I－; 0.5355 2

중크롬산칼륨

Potassium dichromate

K2Cr2O7 294.18 Cr2O72－＋6e＋14H＋→2Cr3＋＋7H2O 1.33 6

브롬산칼륨

Potassium bromateKBrO3 167.00

BrO3－ ＋ 6e ＋ 6H＋→ Br－ ＋ 3H2O

BrO3－ ＋ 5e ＋ 6H＋→ ½Br2(aq) ＋ 3H2O

1.441.52

65

요오드산칼륨

Potassium iodateKIO3 214.00

IO3－ ＋ 6e ＋ 6H＋→ I－ ＋ 3H2O

IO3－ ＋ 5e ＋ 6H＋→ ½I2 ＋ 3H2O

IO3－ ＋ 4e ＋ 6H＋ ＋ Cl－→ ICl ＋ 3H2O

1.0851.1951.23

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아질산나트륨

Sodium nitriteNaNO2 69.00

R-NH2 ＋ HNO2 ＋ HCl → R-N≡NCl ＋ 2H2OHNO2 (aq)＋ H＋ ＋ e → NO(g) ＋ H2O 0.99 1

6. 산화제의 종류와 성질

환 원 제 화 학 식 식량 반 응 Eo(V) 당량수

황산제이철암모늄

육수화물

Ammonium iron(II) sulfate hexahydrate

FeSO4.(NH4)2SO

4.6H2O

392.13 Fe3＋＋ e → Fe2＋ 0.771 1

삼염화티탄

Titanium trichlorideTiCl3 154.26 TiO2＋＋ e ＋ 2H＋→ Ti3＋＋ H2O 0.099 1

삼산화비소

Arsenic trioxideAs2O3 197.84 AsO4

3－＋ e ＋ 2H2O → AsO2－＋ 4OH－ -0.71 4

옥살산이수화물

Oxalic acid dihydrate

H2C2O4.2H2O 126.07 2CO2(g) ＋ 2H＋＋ 2e → H2C2O4(aq) -0.49 2

티오황산나트륨오

수화물

Sodium thiosulfatepentahydrate

Na2S2O3.5H2O 248.17 S4O6

2－ ＋ 2e → 2S2O32－ 0.08 1

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7. 환원제의 종류와 성질

출처4

출처

1) 출처1 - http://staff.norman.k12.ok.us/~cyohn/index_files/displacementlab.htm

2) 출처2 - Quantitative Chemical Analysis , Daniel C. Harris, 2012 8th Ed

3) 출처3 - http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter18/Text_Images/FG18_05-

01UN.JPG

4) 출처4- 의약품분석학, 약품분석학분과회, 2012

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