高中化学第二章元素与物质世界第3节氧化剂和还原剂学案鲁科版.docx

第3节氧化剂和还原剂1.氧化还原反应(1)化学反应与元素化合价的变化在化学学习和日常生活中，我们已经认识了许多化学反应，如铜与氧气的反应、氧化铜与氢气的反应、铁与CuSO4溶液的反应、碳酸钙高温下的分解反应、NaCl溶液与AgNO3溶液的反应等。下面写出它们的化学方程式，分析参加反应的各种物质所含元素的化合价在反应前后是否发生了变化？如何变化？2CuO22CuOFeCuSO4=FeSO4CuCuOH2CuH2OCaCO3CaOCO2NaClAgNO3=NaNO3AgCl分析：222，铜元素由0价升为2价，氧元素由0价降为2价。SO4=SO4，铁元素由0价升为2价，铜元素由2价降为0价。O22O，铜元素由2价降为0价，氢元素由0价升为1价。32，反应前后各元素的化合价均没有发生变化。3=3，反应前后各元素的化合价均没有发生变化。由以上几个反应可知：从反应过程中元素化合价有无变化的角度，可以将化学反应分为两类：一类是有元素化合价变化的反应；一类是没有元素化合价变化的反应。在有元素化合价变化的化学反应中，既有元素的化合价升高，又有元素的化合价降低。(2)氧化还原反应氧化还原反应的定义在反应过程中有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应。在反应过程中没有元素化合价变化的化学反应叫做非氧化还原反应。谈重点 判断氧化还原反应的依据判断一个反应是氧化还原反应还是非氧化还原反应，关键是分析反应过程中有无化合价的变化。氧化反应和还原反应在氧化还原反应中，反应物所含某种或某些元素化合价升高的反应称为氧化反应；反应物所含某种或某些元素化合价降低的反应称为还原反应。作为一个反应，有化合价升高，必然有化合价降低，因而氧化反应和还原反应是氧化还原反应中两个对立统一的方面，在同一个反应中，氧化反应和还原反应必然同时发生。【例1】 下列反应不属于氧化还原反应的是()A3CuS8HNO3(稀)3Cu(NO3)22NO3S4H2OB6KOH3Cl25KClKClO33H2OCBa(OH)2Na2SO4=BaSO42NaOHDFe2O32AlAl2O32Fe解析：判断一个反应是不是氧化还原反应，关键是分析反应前后元素的化合价有没有变化。化学方程式中，不管有多少种元素，只要能找出其中某一种元素化合价有变化，这个反应就是氧化还原反应；反之，所有元素化合价都没有发生变化的反应，就是非氧化还原反应。A中S元素由2价变成了0价，同时也有部分N元素由5价变成了2价；B中Cl元素化合价反应前是0价，反应后部分变为1价，部分变成5价；D中Al元素反应前为0价，反应后变为3价，同时Fe元素也由3价变成了0价。可见，它们都属于氧化还原反应。C项所有元素化合价都没有发生变化，不属于氧化还原反应。答案：C2氧化还原反应与四种基本反应类型的关系(1)二者的关系可用具体实例来分析，详见下表：氧化还原反应非氧化还原反应有元素化合价升降的反应没有元素化合价升降的反应化合反应22222有单质参加CO2H2O=H2CO3Na2OH2O=2NaOH没有单质参加分解反应2K 2K32有单质生成CaCO3CaOCO2没有单质生成置换反应2SO4=SO42SO4=SO4u2O 2u O2无复分解反应无2NaOHH2SO4=Na2SO42H2OCaCO32HCl=CaCl2H2OCO2Na2CO3CaCl2=CaCO32NaCl(2)通过以上表格的分析，不难总结出氧化还原反应和四种基本反应类型的图示关系，详见下图：置换反应一定属于氧化还原反应。复分解反应一定不属于氧化还原反应。部分化合反应和部分分解反应属于氧化还原反应。【例2】 下列反应都能发生，其中既是化合反应，又是氧化还原反应的是()铁与氯气的反应：2Fe3Cl22FeCl3氯气通入NaBr溶液：Cl22NaBr=2NaClBr2氯化钠固体与浓硫酸混合加热：2NaClH2SO4(浓)Na2SO42HCl二氧化锰与浓盐酸反应：MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O氧化钙与水反应：CaOH2O=Ca(OH)2A只有B只有C只有 D只有解析：根据反应物和生成物的种类可将反应分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应四种基本反应类型；氧化还原反应必须有化合价的变化，题目中不属于化合反应，属于化合反应，但不是氧化还原反应。答案：D3氧化还原反应的实质(1)探究氧化还原反应的实质应用原子结构理论探究氧化还原反应的实质已知钠和氯气发生氧化还原反应生成氯化钠：2NaCl22NaCl此反应中由于钠原子最外层只有1个电子，易失去1个电子而形成8个电子的稳定结构；氯原子最外层有7个电子，易得到1个电子而形成8个电子的稳定结构。当Na与Cl2反应时，NaNa(带一个单位正电荷)，ClCl(带一个单位负电荷)，双方均达到8个电子的稳定结构，形成的Na、Cl相互吸引，结合成了稳定的离子化合物NaCl(如图)。也就是说，这个氧化还原反应是通过电子转移实现的。氯化钠形成示意图在化学反应中，活泼的金属元素(如Na、K)等易失去电子而达8个电子的稳定结构，表现出正化合价，形成阳离子。活泼的非金属元素原子(如Cl、O、F等)易得电子而达8个电子的稳定结构，表现负化合价，形成阴离子。通过实验探究氧化还原反应的实质原理分析：已知Zn和CuSO4的反应方程式为ZnCuSO4=ZnSO4Cu，Zn的化合价由0价升到2价，Cu的化合价由2价降到0价，上述反应为氧化还原反应。实验设计：按下图连接好实验装置，观察电流计偏转状况以及石墨电极上发生的现象。锌与CuSO4溶液的反应实验现象：电流计的指针发生偏转，石墨电极上附上了红色的固体。实验结论：红色固体是Cu，它的生成说明Zn与CuSO4溶液发生了化学反应；电流计指针发生偏转，说明电路中有电流流过。总之，在Zn与CuSO4发生氧化还原反应中有电子转移。(2)结论通过以上探究表明，所有的氧化还原反应中都存在着电子转移，电子转移是氧化还原反应的实质。谈重点 氧化还原反应中的守恒规律元素化合价升高是由于元素原子失去电子，元素化合价降低是由于元素原子得到电子，在氧化还原反应中得、失电子相等，化合价升、降相等。(3)氧化还原反应中电子转移方向与数目的表示方法双线桥法。表明了物质中某元素的原子在反应前后的电子得失情况。单线桥法。表明反应物之间在反应过程中电子的转移情况。单线桥法与双线桥法的区别及联系见下表：电子得失法(双线桥)电子转移法(单线桥)表示式(实例)分析同一元素在反应中得失电子情况元素间电子转移的方向和总数书写要领长箭号从方程式的反应物指向生成物，且指在同一种元素上，线桥跨越等号；电子数前注明得、失；得失电子数必相等长箭号只在方程式左边，即在反应物间表示，线桥不跨越等号；长箭号的箭头与箭尾已表示电子的转移和方向，不能也不必再注明得失长箭号的含义箭尾在反应物某元素处，箭头在同一元素形成的生成物处；表示每一种元素得失电子的情况箭尾在反应物中失去电子(或偏离)的元素一方，箭头指在反应物中得到电子(或偏向)的元素一方；表明元素间电子转移的情况(方向和总数)【例3】 已知KH和H2O反应生成H2和KOH，反应中1 mol KH()A失去1 mol电子 B得到1 mol电子C失去2 mol电子 D没有电子得失解析：根据题干信息，KH和H2O反应生成H2和KOH可写出该反应的方程式：KHH2O=H2KOH(利用观察法即可配平)。本反应为氧化还原反应，化合价发生变化的只有H元素，KH中H为1价，H2O中H为1价，反应后变为H2中的0价，因此该反应中每有1 mol KH参加反应，氢元素就失去1 mol电子。答案：A4氧化剂、还原剂(1)氧化剂、还原剂在氧化还原反应中，所含的某种元素的化合价降低的反应物，称为氧化剂，所含的某种元素的化合价升高的反应物，称为还原剂。氧化剂反应时本身被还原，具有氧化性；还原剂在反应时本身被氧化，具有还原性。氧化剂被还原所得到的产物叫做还原产物，还原剂被氧化所得到的产物叫做氧化产物。氧化还原反应中各概念之间的关系可表示为：【例41】 在泡沫橡胶的制造中，要利用下面反应放出氧气：2H2O22H2OO2，该反应中的双氧水()A仅为氧化剂B仅为还原剂C既是氧化剂又是还原剂D既不是氧化剂又不是还原剂解析：反应物H2O2中氧元素的化合价为1价，反应后一部分升高为0价(O2)，一部分降低为2价(H2O)，所以，H2O2既是氧化剂又是还原剂。答案：C(2)常见的氧化剂和还原剂【例42】 在S2KNO33C=K2SN23CO2的反应中，_元素被氧化，_元素被还原；_元素的原子得到电子，_元素的原子失去电子；_是氧化剂，_是还原剂；_是氧化产物，_是还原产物。解析：解答有关氧化还原反应的问题，应先从化合价的变化入手，找到电子转移的情况：碳元素()化合价升高，失电子，被氧化，C是还原剂，CO2是氧化产物；硫元素()、氮元素()，化合价均降低，得电子，被还原，S、KNO3是氧化剂，K2S、N2是还原产物。答案：CS、NS、NCS、KNO3CCO2K2S、N25探究铁及其化合物的氧化性或还原性(1)铁元素的存在铁元素在地壳中的质量分数为4.65%，仅次于氧、硅和铝。它在自然界里有单质形态(如陨铁)存在，更多的则是以2价和3价的化合态存在。铁的化合物在自然界中主要以矿石的形式存在，如黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿等。(2)铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体铁的价态2价3价的2价，的3价水溶性不溶不溶不溶稳定性不稳定，在空气里加热迅速被氧化稳定稳定与稀硫酸反应FeO2H=Fe2H2OFe2O36H= 2Fe33H2OFe3O48H=Fe22Fe34H2O共性高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，还原过程中铁的化合价逐渐降低，最终都生成单质铁(3)铁的氢氧化物铁的氢氧化物有两种：Fe(OH)2、Fe(OH)3，它们都是不溶性弱碱。一般是通过可溶性的亚铁盐和铁盐分别与碱反应制得的。如：FeCl22NaOH=Fe(OH)22NaClFeCl33NaOH=Fe(OH)33NaClFe(OH)2与Fe(OH)3的比较Fe(OH)3Fe(OH)2颜色、状态红褐色固体白色固体酸碱性弱碱性弱碱性对热的稳定性不稳定2Fe(OH)3Fe2O33H2O不稳定Fe(OH)2FeOH2O与非氧化性酸反应Fe(OH)33HCl=FeCl33H2OFe(OH)22HCl=FeCl22H2O(现象：沉淀由白色灰绿色红褐色)与氧气反应4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3制备盐溶液与碱溶液反应Fe33OH=Fe(OH)3Fe33NH3H2O=Fe(OH)33NHFe22OH=Fe(OH)2Fe22NH3H2O=Fe(OH)22NH【例51】 在如图所示装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备白色的Fe(OH)2沉淀。(1)在试管里加入的试剂是_。(2)在试管里加入的试剂是_。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管和中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是_。(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是_ _。解析：试管是开口式，无法用产生的气体将溶液压入试管中，所以制取FeSO4应放在试管中，而在试管中加入不含O2的NaOH溶液。当Fe与稀H2SO4放入试管后，产生的H2可通过短管将试管内的空气排出，经过打开的止水夹通入试管中，再排尽试管内的空气。然后关闭止水夹，试管内产生的H2无法逸出，H2产生的压强将试管内的FeSO4溶液通过长导管压入试管内。在压液过程中，液体都处于H2环境中，从而避免了被空气中的O2氧化，使得Fe(OH)2能保存较长时间。答案：(1)稀H2SO4、铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管出口处排出的H2的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹(4)试管中反应生成的H2充满了试管和试管，使外界空气不容易进入(4)铁及其化合物的氧化性和还原性实验试剂：铁粉、稀硫酸、FeCl3溶液、FeCl2溶液、氯水、稀硝酸、KSCN溶液、锌片、铜片。原理分析：铁元素的化合价有0、2、3三种价态，0价铁(即铁单质)只有还原性，在与弱氧化剂(稀硫酸、FeCl3溶液)反应时，可被氧化为Fe2；3价铁(即Fe3)只有氧化性，在与还原剂(铁粉、锌片、铜片)反应时，可被还原为Fe2；Fe2既有氧化性又有还原性，因而Fe2既可被氧化为Fe3，也可被还原为Fe。实验设计及实验现象：实验内容实验操作实验现象化学反应方程式铁与稀盐酸、稀硝酸、氯水的反应(1)用3支试管分别取少量铁粉(2)分别加入5 mL稀盐酸、稀硝酸、氯水铁与稀盐酸的反应，溶液显浅绿色，有气体产生铁与稀硝酸、氯水的反应，溶液显黄色，有气体产生Fe2HCl=FeCl2H2Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O(不要求掌握)Fe2HCl=FeCl2H22FeCl2Cl2=2FeCl3FeCl2与稀硝酸、氯水的反应(1)用2支试管分别取FeCl2溶液5 mL(2)分别加入5 mL稀硝酸、氯水反应后溶液显黄色，加入KSCN后溶液显血红色3FeCl24HNO3(稀)=2FeCl3Fe(NO3)3NO2H2O(不要求掌握)2FeCl2Cl2=2FeCl3FeCl2与锌的反应(1)用1支试管取少量锌(2)加入FeCl2溶液5 mL溶液颜色由浅绿色退为接近无色FeCl2Zn=ZnCl2FeFeCl3与锌、铁、铜的反应(1)用3支试管分别取少量锌、铁、铜(2)分别加入FeCl3溶液5 mL反应后溶液加入KSCN后溶液不再显示血红色2FeCl3Fe=3FeCl22FeCl3Zn=ZnCl22FeCl22FeCl3Cu=CuCl22FeCl2实验结果：Fe粉只具有还原性；FeCl2既具有氧化性又具有还原性；FeCl3只具有氧化性。通过实验可归纳整理如下：(5)Fe2、Fe3的检验方法Fe3的检验：方法一：可以通过溶液呈棕黄色来基本判定含有Fe3。方法二：滴加KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明Fe3存在。Fe33SCN=Fe(SCN)3(红色)方法三：滴加NaOH溶液，若产生红褐色沉淀，说明有Fe3存在。Fe33OH=Fe(OH)3(红褐色)Fe2的检验：方法一：可以通过溶液呈浅绿色来基本判定含有Fe2。方法二：滴加KSCN溶液，无明显现象，再加入新制氯水，溶液立即变成血红色，说明原溶液中有Fe2存在。方法三：滴加NaOH溶液，若滴入碱液后立即生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，则原溶液中含Fe2。【例52】 要证明某溶液中不含Fe3而可能含有Fe2，进行如下实验操作时最佳顺序为()加入足量氯水加入足量KMnO4溶液加入少量KSCN溶液ABC D解析：先加入少量KSCN溶液，若溶液不变红，则证明无Fe3；再加入氯水，如有Fe2则被氧化为Fe3，与KSCN反应生成血红色物质。KMnO4溶液也能氧化Fe2，但其本身是紫色，使颜色变化不易观察。答案：C谈重点 检验Fe2的注意点(1)试剂加入的先后顺序，防止Fe2被氧化成Fe3而干扰检验。待测液不变色红色(2)防止加入强氧化性物质将Fe2氧化，如酸性的NO、酸性的ClO等。(3)防止加入一些有色溶液，如KMnO4溶液。6Fe、Fe2、Fe3的关系(“铁三角”关系)将单质Fe、亚铁盐(Fe2)、铁盐(Fe3)之间的相互转化称为“铁三角”关系。“铁三角”关系是铁及其化合物的知识的核心，是考试的重点之一。单质铁只有还原性，Fe2既有氧化性，又有还原性，但以还原性为主；Fe3有较强的氧化性。当Fe、Fe2遇到较强的氧化剂时转化成Fe3，当Fe遇较弱氧化剂时，转化成Fe2，当Fe3遇较强还原剂时，转化成Fe2或Fe。有关反应方程式为：FeFe2：FeSFeS，FeI2FeI2，Cu2Fe=CuFe2，2HFe=Fe2H2，2Fe3Fe=3Fe2。FeFe3：2Fe3Cl22FeCl3,2Fe3Br22FeBr3,3Fe2O2Fe3O4，Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O。Fe2Fe3：2Fe2Cl2=2Fe32Cl，2Fe2Br2=2Fe32Br，4Fe2O24H=4Fe32H2O,3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O,2Fe2H2O22H=2Fe32H2O,5Fe2MnO8H=5Fe3Mn24H2O。Fe3Fe2：2Fe3Cu=2Fe2Cu2，2Fe3Zn=2Fe2Zn2(若Zn过量，则发生反应：Fe2Zn=FeZn2)，2Fe3H2S=2Fe2S2H，2Fe32I=2Fe2I2,2Fe3SO22H2O=2Fe2SO4H。Fe2、Fe3Fe：Fe2O33CO2Fe3CO2，Fe2Zn=FeZn2。【例6】铁有如下变化：隔绝空气加热铁粉与硫粉的混合物可发生反应，得到黑色的硫化亚铁A；把A投入稀盐酸中，可发生反应，放出无色有臭鸡蛋气味的H2S，得到浅绿色溶液B；向B中加入足量的NaOH溶液，迅速发生反应，并得到白色沉淀C，此白色沉淀C在空气中极不稳定，会被O2氧化(发生反应)而迅速变为灰绿色，且颜色逐渐加深，最终变为红褐色物质D；D溶于盐酸发生反应，得到棕黄色溶液E。(1)写出反应的化学方程式。(2)上述反应中，属于氧化还原反应的有_，其中铁元素被氧化的是_。解析：根据铁及其化合物的性质判断A、B、C、D、E的成分，完成化学方程式，然后根据元素化合价的变化做出相应解答。由“白色沉淀C在空气中变为灰绿色且颜色逐渐加深，最终变为红褐色D”知C为Fe(OH)2，D为Fe(OH)3，而C是由BNaOH反应而来，ABH2S，则B为FeCl2，A为FeS，Fe(OH)33HCl=FeCl33H2O，则E为FeCl3，至此的化学方程式便可轻松写出：FeSFeSFeS2HCl=FeCl2H2SFeCl22NaOH=Fe(OH)22NaCl4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)33HCl=FeCl33H2O逐一分析5个化学方程式中元素的化合价：无元素化合价变化。答案：(1)FeSFeSFeS2HCl=FeCl2H2SFeCl22NaOH=Fe(OH)22NaCl4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)33HCl=FeCl33H2O(2)7判断物质的氧化性、还原性相对强弱的依据(1)概念氧化性：物质具有得到电子的性质或具有化合价降低的性质。还原性：物质具有失去电子的性质或具有化合价升高的性质。(2)元素的价态与氧化性、还原性的关系处于最高价态的元素对应的物质，只有氧化性，但氧化性不一定强。处于最低价态的元素对应的物质，只有还原性，但还原性不一定强。处于中间价态的元素对应的物质既有氧化性，又有还原性。析规律 价态规律以上几点，我们可以用一句话来概括，以帮助记忆：“高价氧化、低价还、中间价态两性全”。(3)物质氧化性、还原性强弱的判断依据根据金属活动性顺序进行判断说明：Fe对应的阳离子为Fe2，Fe3的氧化性介于Ag和Hg2之间，即氧化性：Hg2Fe3Ag，单质的还原性减弱指原子失电子能力减弱，而该原子对应的阳离子得电子能力增强，所以上述规律可总结为“难失易得”，称为“难易律”。由此可推广：易得电子的非金属原子得到电子变成阴离子后，难失电子；难得电子的非金属原子得到电子变成阴离子后，易失电子。根据非金属活动性顺序进行判断根据氧化还原反应方程式判断a氧化还原反应总是遵循以下规律(简称“强弱律”)氧化性：氧化剂氧化产物；还原性：还原剂还原产物。上述规律可总结为：比什么性，找什么剂，产物之性小于剂。b可根据同一反应中的氧化剂、还原剂判断例如：SO2SO2，氧化性：O2S根据被氧化或被还原的程度判断例如：2Fe3Cl22FeCl3，FeSFeSCl2能将Fe氧化到3价，而S只能将Fe氧化到2价；因此，氧化性：Cl2S根据反应条件判断不同的氧化剂与同一种还原剂反应，反应越容易，说明氧化剂的氧化性越强；不同的还原剂与同一种氧化剂反应，反应越容易，说明还原剂的还原性越强。例如MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O2KMnO416HCl(浓)=2KCl2MnCl25Cl28H2O同是将浓盐酸氧化为Cl2，MnO2必须在加热的条件下才能进行，而KMnO4在常温下即可进行，说明氧化性：KMnO4MnO2。根据浓度大小判断如氧化性：浓硫酸强于稀硫酸，浓硝酸强于稀硝酸。【例71】 根据下列反应判断有关物质还原性由强到弱的顺序是()H2SO3I2H2O=2HIH2SO42FeCl32HI=2FeCl22HClI23FeCl24HNO3=2FeCl3NO2H2OFe(NO3)3AH2SO3IFe2NOBIFe2H2SO3NOCFe2IH2SO3NODNOFe2H2SO3I解析：氧化还原反应一般可以概括成如下形式：氧化剂还原剂=还原得到ne产物氧化失去ne产物这样，根据反应得物质的还原性H2SO3I，由反应得知物质的还原性IFe2，由反应得知物质的还原性Fe2NO。由此得出这四种还原剂的还原性强弱顺序为：H2SO3IFe