「高一化学创新班课程」第4讲 氧化还原反应的基本原理

　　

　　【内容导航】

　　1．氧化还原反应的基本概念和分析方法

　　2．常见的氧化剂和还原剂

　　3．氧化还原反应的类型

　　4．拓展：氧化还原反应的半反应

　　一、氧化还原反应的基本概念和分析方法

　　【复习回顾】

　　1．完成下列填空

　　(1)C＋H2O(g)===高温CO＋H2中发生氧化反应的物质是______，被还原的元素是_____。

　　(2)2KClO3MnO2===△2KCl＋3O2↑中被氧化的元素是____，被还原的元素是_______。

　　(3)2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O中被还原的物质是_________，被氧化的物质是___________，被氧化的元素是__________，被还原的元素是________。

　　(4)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑中发生氧化反应的物质是________，发生还原反应的物质____________，被氧化的元素是__________，被还原的元素是__________。

　　答案：(1)C　H　(2)O　Cl　(3)SO2　H2S　S　S　(4)HCl　MnO2　Cl　Mn

　　2．用双线桥法标出下列氧化还原反应的电子转移情况。

　　(1)4P＋5O2===点燃2P2O5

　　(2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

　　(3)Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

　　答案：(1)

　　

　　(2)

　　

　　(3)

　　

　　【要点归纳】

　　1．氧化还原反应

　　(1)氧化还原反应的概念：有电子转移的反应叫作氧化还原反应。

　　(2)氧化还原反应的特征：反应中物质所含元素化合价发生改变。

　　2．氧化还原反应概念之间的关系

　　(1)氧化还原反应的基本原理

　　

　　(2)氧化还原反应概念之间的关系

　　氧化剂—得到电子—化合价降低—发生还原反应—还原产物

　　还原剂—失去电子—化合价升高—发生氧化反应—氧化产物

　　反应物 本质 特征 过程 产物

　　【问题解决】

　　ClO2是一种高效水处理剂，实验室通过以下反应制得ClO2：2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4===△2ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋2H2O

　　关于此反应的说法正确的是(　　)

　　A．KClO3化合价降低，失电子

　　B．反应中H2SO4体现了酸性和氧化性

　　C．反应中H2C2O4被氧化

　　D．H2C2O4既被氧化又被还原

　　答案：C

　　解析：由方程式可知：KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，化合价降低，得到电子，A错误；反应中S的化合价没有变化，不表现氧化性，B错误；H2C2O4中C元素从＋3价变为＋4价，化合价升高，失去电子，被氧化，故C正确、D错误。

　　3．氧化还原反应的分析方法

　　(1)双线桥法表示电子转移的方向和数目

　　

　　注意事项：

　　①箭头、箭尾必须对应化合价变化的同种元素的原子；

　　②必须注明“得到”或“失去”；

　　③被还原的物质和被氧化的物质得、失电子数守恒。

　　

　　(2) 单线桥法表示电子转移的方向和数目

　　

　　注意事项：

　　①不需要标明“得到”或“失去”，只标明电子转移数目；

　　②要用箭号标明电子转移的方向；

　　③箭头由反应物中失电子元素原子指向得电子元素原子。

　　

　　【问题解决】分别用双线桥法和单线桥法标出下列氧化还原反应的电子转移情况。

　　(1)WO3＋3H2W＋3H2O

　　(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑

　　(3)2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O

　　

　　二、常见的氧化剂和还原剂

　　【思考讨论】

　　1．下列物质在氧化还原反应中，常作氧化剂的有_________，常作还原剂的有___________。

　　①Zn ②CO ③O2 ④KI ⑤FeCl3 ⑥CuSO4

　　答案：③⑤⑥ ①②④

　　2．判断正误

　　(1)有单质参加或有单质生成的化学反应一定是氧化还原反应(×)

　　(2)金属阳离子一定只具有氧化性(×)

　　(3)氧化还原反应中有一种元素被氧化时，一定有另一种元素被还原(×)

　　(4)氧化还原反应中的反应物，不是氧化剂就是还原剂(×)

　　(5)某元素从游离态变为化合态，该元素可能被氧化也可能被还原(√)

　　(6)置换反应都是氧化还原反应，化合反应可能是氧化还原反应(√)

　　【要点归纳】

　　1．常见的氧化剂

　　当物质中的元素的处于高价态常作氧化剂。常见氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。

　　(1)活泼非金属单质

　　

　　(2)高价态化合物

　　

　　(3)过氧化物

　　氧化剂：H2O2

　　还原产物：H2O

　　2．常见的还原剂

　　当物质中的元素的处于低价态常作还原剂。

　　常见还原剂包括活泼的金属单质、含低价态元素的化合物、某些非金属氢化物等。

　　(1)活泼金属单质：金属单质参加反应都作还原剂

　　还原剂：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Cu Ag

　　氧化产物：K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Cu2+ Ag+

　　(2)热还原剂（加热或高温条件）

　　

　　C过量时，产物是CO。

　　(3)非金属阴离子、低价态化合物

　　

　　3．中间价态的物质既有氧化性，又有还原性

　　

　　其中：Fe2＋、SO主要表现还原性，H2O2主要表现氧化性。

　　【问题解决】

　　1．写出下列化学方程式

　　(1)Fe2O3与CO反应：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

　　(2)Al与Fe3O4反应：8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O3

　　(3)Cu与浓硫酸在加热条件下反应：Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O

　　2．已知氨气具有还原性，能被氧气（点燃）和CuO（加热）氧化生成氮气，请分别写出反应的化学方程式。

　　答案：4NH3+3O2===点燃2N2+6H2O 3CuO+2NH3===加热3Cu+ N2+3H2O

　　三、氧化还原反应的类型

　　【思考讨论】

　　填空：

　　(1)2KClO3MnO2===△2KCl+3O2↑中，氧化剂为______，还原剂为_________，被氧化的元素为________，被还原的元素为__________。

　　(2)3NO2+H2O=2HNO3+NO中，氧化剂为______，还原剂为_________，氧化剂和还原剂的个数比为___________。

　　(3)2H2S+SO2=3S+2H2O中，氧化产物为_______，还原产物为_________，氧化产物和还原产物的个数比为_________。

　　(4)3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O中，氧化剂和还原剂的个数比为_________，硝酸表现为______________。

　　答案：(1) KClO3 KClO3 O Cl (2) NO2 NO2 1:2 (3)S S 2:1 (4)2:3 氧化性和酸性

　　【要点归纳】

　　1．氧化还原反应的特殊类型

　　(1)自身氧化还原反应：同一种物质既是氧化剂又是还原剂，如：

　　2KMnO4===加热K2MnO4+MnO2+O2↑

　　2KClO3MnO2===△2KCl+3O2↑

　　2H2O===通电H2↑+O2↑

　　(2)歧化反应：同一种元素的中间价转化为该元素的的高价和低价。是自身氧化还原反应的特例。如：

　　3NO2+H2O=2HNO3+NO 2e- 1:2

　　Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O 1e- 1:1

　　2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ 2e- 1:1

　　2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 2e- 1:1

　　【思考讨论】请分析上述氧化还原反应，指出电子转移数目，氧化剂和还原剂的个数比。

　　(3)归中反应：同一种元素的高价和低价转化为该元素的中间价。如：

　　KClO3+6HCl=KCl+3Cl2↑+3H2O 5e- 5:1

　　2H2S+SO2=3S+2H2O 4e- 2:1

　　【思考讨论】请分析上述氧化还原反应，指出电子转移数目，氧化产物和还原产物的个数比。

　　2．氧化还原反应中部分被氧化（还原）问题

　　主要出现在盐酸、浓硫酸和硝酸的反应中，若酸部分被氧化（还原），反应产物中一定有盐生成（表现为酸性）。

　　如：3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O中，HNO3一部分化合价降低（生成NO），表现为氧化性，一部分生成盐（化合价不变），表现为酸性。被还原的HNO3和未被还原的HNO3个数比为1:3。

　　【问题解决】

　　填空：

　　(1)反应2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O，HCl表现的性质为________________。

　　(2) HNO3在反应中常作氧化剂，已知反应3FeO+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O，电子，则被还原的HNO3和未被还原的HNO3的个数比为____________。

　　答案：(1)酸性和还原性 (2)1:9

　　【知识拓展】氧化还原反应的半反应式

　　1．半反应式

　　氧化还原一个完整的氧化还原反应方程式可以被拆写成两个“半反应”式，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。于是所有氧化还原反应便可以表述为两个半反应的加和。

　　一般在溶液中进行的氧化还原反应，都可以拆写成两个“半反应式”。

　　2．书写步骤

　　在氧化还原反应中，按氧化剂对应还原产物，还原剂对应氧化产物的对应关系找到确切两个物质（或微粒）这个步骤是半反应书写的关键步骤。

　　如：Zn+2H+=Zn2++H2↑，拆写结果是：

　　氧化反应：Zn-2e-=Zn2+；还原反应：2H++2e-=H2↑

　　【课堂探究】将下列氧化还原反应拆写成半反应式：

　　(1)2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+

　　氧化反应：Cu-2e-＝Cu2+

　　还原反应：2Fe3++2e-＝2Fe2+

　　(2)3NO2 + H2O＝2H+ + 2NO3- + NO

　　氧化反应：NO2 - e -+ H2O = NO3- + 2H+

　　还原反应：NO2 +2e-+ 2H+ = NO + H2O

　　解析：氧化剂和还原剂都是NO2，失电子后的氧化产物是NO3-，NO2 - e- → NO3-

　　为将两边电荷配平，在右边加上2H+，NO2 -e → NO3- + 2H+

　　最后用H2O将方程两边的H、O原子配平，NO2 -2e -+ H2O = NO3- + 2H+

　　得电子后的还原产物是NO，NO2 +2e- → NO

　　为将两边电荷配平，在左边加上2H+，NO2 +2e- + 2H+ → NO

　　最后用H2O将方程两边的H、O原子配平，NO2 +2e + 2H+ = NO + H2O

　　第4讲 氧化还原反应的基本原理 当堂检测

　　姓名：__________

　　1．下列关于氧化还原反应的说法中正确的是(　　)

　　A．氧化还原反应前后元素化合价有升降

　　B．氧化还原反应前后一定有氧的得失

　　C．实现Fe3＋―→Fe2＋的变化过程一定是氧化反应

　　D．元素化合价升高的反应是还原反应

　　答案：A

　　解析：化合价有变化的反应一定是氧化还原反应，但不一定有氧的得失。化合价升高发生的是氧化反应；Fe3＋转化为Fe2＋，铁元素的化合价降低，发生的是还原反应。

　　2．下列变化过程中，属于氧化反应的是(　　)

　　A．MnO2―→Mn2＋　　　　　B．CuO―→CuCl2

　　C．Ag＋―→Ag2O D．Sn2＋―→Sn4＋

　　答案：D

　　解析：物质所含元素化合价升高的反应为氧化反应。

　　3．在下列反应中，HCl被氧化的是(　　)

　　A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O

　　B．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

　　C．4HCl(浓)＋MnO2===加热MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

　　D．CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O

　　答案：C

　　解析：A、D属于非氧化还原反应，B项中HCl被还原。

　　4．下列对氧化还原反应的分析中合理的是(　　)

　　A．Mg变成MgO时化合价升高，失去电子，因此Mg在该反应中被还原

　　B．KMnO4受热分解，锰元素化合价一方面升高，一方面降低，因此锰元素既被氧化又被还原

　　C．CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4属于氧化还原反应

　　D．反应2H2O通电2H2↑＋O2↑，H2O中元素的化合价既有升高，又有降低

　　答案：D

　　解析：A中镁失去电子被氧化而不是被还原；B中高锰酸钾中锰元素的化合价只有降低，没有升高，因此锰元素只被还原，没被氧化；C中没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应；D中氧元素的化合价升高，氢元素的化合价降低。

　　5．某种飞船以N2H4和N2O4为动力源，发生反应：2N2H4＋N2O4===3N2＋4H2O，反应温度可高达2 700 ℃，对于该反应，下列说法中正确的是(　　)

　　A．该反应属于置换反应

　　B．N2H4是氧化剂

　　C．N2O4是还原剂

　　D．N2既是氧化产物又是还原产物

　　答案：D

　　解析：该反应的反应物中无单质，不属于置换反应，A错误；N2H4中N元素的化合价为－2价，在反应中失电子变为0价，因此N2H4是还原剂，B错误；N2O4中N元素的化合价为＋4价，在反应中得到电子变为0价，因此N2O4是氧化剂，C错误；－2价的N和＋4价的N均生成0价的N，因此N2既是氧化产物又是还原产物，D正确。

　　6．氯气与KOH溶液发生反应：3Cl2+6KOH5KCl+KClO3+3H2O。

　　(1)用双线桥表示该反应的电子转移情况。

　　(2)该反应中，氧化产物是_________，还原产物是________，氧化剂与还原剂的个数比为_________。

　　答案：(1)略 (2) KClO3 KCl 5:1

　　7．Cu与浓硝酸反应的为：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

　　(1)该反应中，氧化剂和还原剂的个数比为___________。

　　(2)HNO3表现的性质是_______________。

　　答案：2:1 酸性和氧化性

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