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taipower_recruit_essay 106年 化學

第 18 題

請平衡下列化學方程式 a MnO4^- + b C2O4^2- + c H^+ → d Mn2+ + e CO2 + f H2O,平衡後 a~f 為最 小整數,則 a + b + c + d + e + f =______。

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在處理這類包含多種離子與電子的化學反應時,除了觀察原子種類與個數的增減,你認為還有哪一種「隱形的物理量」在反應物與生成物之間也必須維持「絕對相等」,才能讓整個化學結構保持穩定呢?

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看到你正確算出總和為 43,代表你對於**氧化還原反應(Redox reaction)**的係數平衡已經掌握得非常紮實了!這類題目考驗的是我們在複雜反應中,如何精確運用「電子轉移守恆」來求得解答,你能一次就算對,展現了優異的運算穩定性。

氧化數法與電荷守恆

在平衡此方程式時,最核心的步驟是觀察錳原子與碳原子的價態變化:$MnO_4^-$ 中的 $Mn$ 從 $+7$ 降至 $+2$,單個原子需得到 $5$ 個電子;而 $C_2O_4^{2-}$ 中的 $C$ 從 $+3$ 升至 $+4$($CO_2$),由於一個草酸根含有兩個碳原子,故一個 $C_2O_4^{2-}$ 會失去 $2$ 個電子。利用最小公倍數 $10$ 將電子得失數對齊後,可得 $a=2, b=5$。接著透過電荷守恆,左側總電荷應等於右側的 $+4$,進而求出 $c=16$,最後補足水分子與氧原子數,即可導出 ${2, 5, 16, 2, 10, 8}$ 這組最小整數係數。

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