seegongsik
고등학교 1~2학년 (15-17세)

산화-환원 반응

Oxidation-Reduction Reaction

철이 녹슬고, 나무가 타고, 전지에서 전류가 나오는 일은 모두 한 물질에서 다른 물질로 전자가 옮겨 가는 산화 환원 반응이에요. 전자를 잃으면 산화, 얻으면 환원이라고 하고, 누군가 잃은 전자는 반드시 다른 누군가가 받으므로 두 반응은 언제나 함께 일어나요. 전자가 어디로 갔는지 눈으로 볼 수 없을 때는 산화수를 매겨 따지는데, 산화수가 커지면 산화, 작아지면 환원이에요. 위 그림에서는 아연이 구리 이온에 전자 2개를 넘겨주는 과정을, 아래 그림에서는 세 반응의 산화수 변화를 따라갈 수 있어요.

산화 환원은 전자가 옮겨 가는 일

50%
💡 그림에서 읽을 것
①반응 전에는 아연 원자 Zn 과 구리 이온 Cu²⁺ 가 있다. Zn 의 산화수는 0, Cu²⁺ 는 +2 다
②진행을 올리면 Zn 이 전자 2개를 내주고 Zn²⁺ 가 된다. 전자를 잃었으니 산화다
③그 전자 2개를 Cu²⁺ 가 받아 구리 원자 Cu 가 된다. 전자를 얻었으니 환원이다
④Zn 이 잃은 전자 수와 Cu²⁺ 가 얻은 전자 수가 같아서, 산화와 환원은 따로 일어날 수 없다
⑤황산 구리 수용액에 아연판을 넣으면 실제로 아연판 표면에 붉은 구리가 석출되고 용액의 푸른색이 옅어진다

산화수로 따지기

2Mg + O₂
산화수 규칙
홑원소 물질 = 0, 화합물 속 H = +1, O = −2, 단원자 이온 = 이온의 전하
화합물에서는 모든 원자의 산화수 합이 0, 다원자 이온에서는 이온의 전하와 같다
🔍 세 반응 확인
①2Mg + O₂ → 2MgO: Mg 는 0 → +2 로 산화, O 는 0 → −2 로 환원된다. Mg 원자 2개가 잃은 전자 4개를 O 원자 2개가 받는다
②Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂: Fe 는 +3 → 0 으로 환원, C 는 +2 → +4 로 산화된다. 오가는 전자는 6개다
③2Na + Cl₂ → 2NaCl: Na 는 0 → +1 로 산화, Cl 은 0 → −1 로 환원된다. 오가는 전자는 2개다
④어느 반응이든 잃은 전자 수와 얻은 전자 수가 같다

산화제와 환원제

산화제
상대를 산화시키고 자신은 환원되는 물질
상대에게서 전자를 빼앗는다 (자신의 산화수 감소)
환원제
상대를 환원시키고 자신은 산화되는 물질
상대에게 전자를 내준다 (자신의 산화수 증가)
💡 헷갈리지 않는 법
①산화제는 남을 산화시키는 물질이라 자기는 환원된다
②환원제는 남을 환원시키는 물질이라 자기는 산화된다
③이름은 상대에게 하는 일을 가리키고, 자기 자신의 변화는 그 반대다. 시험에서 자주 노리는 함정이다
④Zn + Cu²⁺ 에서 Zn 은 전자를 내주므로 환원제(자신은 산화), Cu²⁺ 는 전자를 빼앗으므로 산화제(자신은 환원)다

직접 풀어보기

예제 1
황산(H₂SO₄)에서 황(S)의 산화수를 구하시오.
1
H = +1, O = −2 를 넣고, 화합물의 산화수 합이 0 이 되도록 식을 세운다.
2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0
2
식을 S 에 대해 정리한다.
S = +6
▸ S = +6
H 2개와 O 4개의 산화수 합이 +2 − 8 = −6 이므로, 합이 0 이 되려면 S 는 +6 이어야 한다.
예제 2
다음 반응에서 산화된 원소와 환원된 원소를 찾으시오: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
1
반응 전후 각 원소의 산화수를 적는다.
Zn: 0 → +2, Cu: +2 → 0
2
산화수가 커진 쪽이 산화(전자를 잃음), 작아진 쪽이 환원(전자를 얻음)이다.
Zn 산화(전자 2개 잃음), Cu²⁺ 환원(전자 2개 얻음)
▸ Zn 산화 / Cu²⁺ 환원
위 그림의 반응 그대로다. Zn 이 잃은 전자 2개를 Cu²⁺ 가 모두 받는다.

총정리

산화 · 환원을 보는 세 관점
①전자: 산화 = 잃음, 환원 = 얻음 ②산화수: 산화 = 증가, 환원 = 감소 ③산소: 산화 = 얻음, 환원 = 잃음
같은 반응을 서로 다른 눈금으로 읽은 것이어서 세 관점의 결론이 일치한다
2021 평가원 모평 화학Ⅰ 유형 변형
다음 중 질소(N)의 산화수가 +5인 것은?
①NH₃
②N₂
③NO
④NO₂
⑤HNO₃
▸ ⑤ HNO₃
1
화합물에서 산화수의 합은 0 이다. 선택지마다 N 의 산화수를 구한다.
2
NH₃ 는 −3, N₂ 는 0, NO 는 +2, NO₂ 는 +4 이고, HNO₃ 에서는 H = +1, O 3개 = −6 이므로 N 은 +5 다.
(+1) + N + 3 × (−2) = 0 → N = +5
🎯 시험 포인트
①산화수 구하기: H = +1, O = −2 를 넣고, 화합물이면 합 0, 이온이면 합이 이온의 전하가 되도록 맞춘다
②산화제 · 환원제는 이름과 자기 자신의 변화가 반대다
③잃은 전자 수 = 얻은 전자 수
④철이 녹스는 것은 철이 산화되는 반응이고, 광합성에서는 이산화 탄소가 환원되어 포도당이 된다
⑤산화수 변화로 산화된 물질, 환원된 물질, 산화제, 환원제를 가려내는 문제가 자주 나온다
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