【精品】高中化学（大纲版）第三册 第三单元化学反应中的物质变化和能量变化 第一节重要的氧化剂和还原剂(备课资料)

1 备课资料备课资料 一 判断物质氧化性 还原性的强弱常用的几种方法 1 根据氧化还原反应判断 在氧化还原反应中 氧化剂的氧化性 氧化产物的氧化性 还原剂的还原性 还原产物的还原性 2 根据元素在元素周期表中的位置判断 1 元素在周期表中 越是位于左下方 其单质的还原性越强 其相应的阳离子的氧 化性越弱 2 元素在周期表中 越是位于右上方 其单质的氧化性越强 其相应的简单阴离子 的还原性越弱 3 根据金属活动顺序表判断 4 根据化合价的高低判断 1 同元素中 化合价越高 其氧化性越强 元素的最高价态只有氧化性 2 同元素中 化合价越低 其还原性越强 元素的最低价态只有还原性 有时物质的稳定性也是一个重要的因素 它将会导致与上述规律相反的结论 如 HClO 的氧化性大于 HClO4 就是因为 HClO 的稳定性比 HClO4差 5 根据电极反应判断 1 原电池的两个电极 负极的还原性大于正极 2 在由惰性电极构成的电解池中 在阳极优先放电的阴离子的还原性强 在阴极优 先放电的阳离子的氧化性强 6 根据反应发生的难易程度判断 几种不同的物质与同一种物质反应 一般来说 越易进行的 其氧化性或还原性越强 如铜分别与浓 稀硝酸反应 浓硝酸反应较易 较激烈 则浓硝酸的氧化性比稀硝酸强 再如 常温时 KMnO4与浓盐酸反应放出 Cl2 而 MnO2则需要加热才与浓盐酸反应放出 Cl2 可推知氧化性 KMnO4 MnO2 二 外界条件对氧化还原反应的影响 1 反应物浓度对氧化还原反应的影响 浓度大时氧化剂氧化性强 还原剂的还原性也强 如 MnO2与浓盐酸反应才能生成 Cl2 与稀盐酸不反应 再如 Cu 与浓 H2SO4能发生氧化还原反应 而 Cu 跟稀 H2SO4不反应 2 反应体系酸碱性的影响 一般酸性条件下 含氧酸盐的氧化性比在碱性和中性环境中强 如 2KMnO4 16HCl 2MnCl2 2KCl 5Cl2 8H2O KMnO4 NaCl 水溶液 NO 在酸性溶液中有强氧化性 实际是 HNO3的强氧化性 而中性和碱性溶液中 3 NO 几乎没有氧化性 如 NO I Na K 可大量共存 但 NO I Na H 则 3 3 3 2 不能大量共存 HNO3将 I 氧化为 I2 另外 SO S2 可在中性和碱性溶液中大量共存 不能发生氧化还原反应 但当向 3 溶液中加入稀 H2SO4后 很快产生淡黄色沉淀 即 H2SO3 2H2S 2S 3H2O 3 温度对氧化还原反应的影响 温度愈高 则氧化剂的氧化性愈强 还原剂的还原性也愈强 因此许多氧化还原反应 的发生条件 需要加热 因这样可以增强反应物的氧化性与还原性 如 CuO 与 H2反应需 加热 因温度高时 CuO 的氧化性增强 H2的还原性增强 容易反应 另外升高温度可以 加快化学反应速度 又如 CO C 还原某些金属氧化物均需加热 道理亦如此 三 氧化还原反应的变化规律 四 金属活动性顺序表及其应用 1 金属活动性顺序表的由来 最初 金属活动性顺序是由俄国学者贝托夫确定的 他研究了金属单质与水 酸及盐 溶液进行置换反应的速度 发表了 对某一元素为另一元素所置换的研究 论文 总结出 金属活动性顺序为 K Na Ca Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au 在这个顺序里 Na 在 Ca 的前面 这是因为 Na 与水反应比 Ca 与水反应的速度快得多 后来 随着电极电位的研究 发现钙的标准电极电位 E 的值比钠更小 所以现 在的金属活动性顺序表是根据标准电极电位值由小到大的顺序排列的 标准电极电位是指在 25 的标准态下 离子浓度为 1 摩尔 升 气体的分压为 1 标准大 气压 纯金属与其盐的溶液组成的电极和标准氢电极 在铂黑上吸附氢 氢的分压为 1 标 准大气压 H 1 摩尔 升 组成原电池 且指定标准氢电极的电位为 0 0000 伏特 所 测定的电极电位 比氢活泼的金属的标准电极电位是负值 反之是正值 标准电极电位值 越小 金属原子越易失去电子变成金属离子 而金属离子越难得到电子变成金属原子 反 之亦然 按照金属在水溶液中形成低价稳定的简单离子的标准电极电位由小到大的次序排列成 3 的金属活动性顺序为 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au 该顺序只能说明金属进行置换反应倾向的大小 而不能说明其反应速度的快慢 2 金属活动性顺序表的应用 1 判断金属活动性的强弱 在中学化学中 金属活动性是指金属在水溶液中的置换能力 金属在溶液中发生置换 反应是一个复杂的过程 既包括金属原子脱离晶体表面变为气态原子 气态原子变为气态 阳离子 气态阳离子再变为水合离子的过程 又包括被置换的金属由水合离子变为气态离 子 气态离子得电子变为气态原子 气态原子沉积变为金属的过程 金属的电极电位就是 综合考虑上述各种因素并用以表示金属活动性强弱的物理量 在金属活动性顺序表中 越在前面的金属 其原子在水溶液中越易失去电子 还原性 越强 其离子越难得到电子 氧化性越弱 从 K Au 金属活动性递减 即 K 是最强的还 原剂 而 Au3 是最强的氧化剂 应当注意金属活动性与金属性的区别 金属性是包括元素的物理性质和化学性质在内 的总概念 它重点是指某元素的原子失电子的难易程度 因此它可从电离能大小反映出来 一般地说 电离能越大 金属性越弱 2 判断金属与氧的反应规律 通常是越活泼的金属越易与氧起反应 生成的氧化物越稳定 例如 K Ca Na 在室 温下就极易与氧气反应 所以保存在煤油里 Al 粉在空气中遇火花会燃烧或爆炸 Cu 在 空气中加热就生成 CuO 而 Ag Au 即使在空气中加热也不会有氧化物生成 几种氧化物 的稳定性是 Na2O MgO Al2O3 ZnO Fe2O3 CuO HgO 3 判断金属跟水 非氧化性酸及盐溶液间的置换反应规律 金属跟水的反应 a 最活泼的金属 K Ca Na 可直接跟冷水作用 置换出水中的氢 放出 H2 如 2K 2H2O 2KOH H2 b 活动性比较差的金属能跟热水反应 生成 H2 如 Mg 2H2OMg OH 2 H2 c 活动性更差的金属能跟水蒸气在高温下反应生成 H2 如 Zn H2O g ZnO H2 高温 3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 高温 d 氢后面的金属不能置换水中的氢 金属跟酸的反应 a 跟非氧化性酸的反应 位于氢前面的金属都能跟酸反应 置换出酸中的氢 放出 H2 如 Zn 2HCl ZnCl2 H2 b 跟氧化性酸的反应 除 Pt Au 以外的金属都能跟浓硝酸反应放出 NO2 跟稀硝酸反应放出 NO 除 Ag Pt Au 以外的金属跟浓硫酸反应放出 SO2 4 Fe Al 等遇浓硝酸或浓硫酸发生 钝化 Pt Au 不与浓硝酸或浓硫酸反应 但跟王水反应 金属跟盐在溶液中的置换反应 位于金属活动性顺序表前面的金属能把后面的金属的离子从它们的盐溶液中置换出来 例如 Fe CuSO4 FeSO4 Cu Cu 2AgNO3 Cu NO3 2 2Ag 4 判断原电池的正负极 组成原电池的两个基本条件是 两种活动性不同的金属作电极 电解质溶液中要 有一种在金属活动性顺序表中处在活动的电极材料之后的离子 例如 下列装置中 只有 A B 可组成原电池 C 就不能 选择两种金属作为原电池的电极时 位于活动顺序表左边的金属是负极 位于活动顺 序表后边的金属是正极 作为原电池的电极的两种金属在金属活动性顺序表中相距越远 那么它们构成的原电池的电动势就越大 例如 Zn Ag 原电池的电动势比 Fe Cu 原电池 的电动势大 5 判断电解池中金属离子的放电顺序 6 其他方面的应用 推断金属在自然界中的存在 金属活动性顺序表中氢前的活动金属呈化合状态存在于自然界中 Cu Hg Ag 等不 活动金属在自然界中呈化合状态和游离状态存在 而 Pt Au 仅呈游离状态存在 确定金属的治炼方法 a 从 K Al 可用电解熔融其化合物的方法 b 从 Zn Cu 则可用 C CO H2 Al 等还原剂在加热或高温下还原该金属的氧化物 c Hg Ag 可用加热法使它们的氧化物分解 判断硝酸盐的分解产物 a K Ca Na 的硝酸盐受热分解 生成亚硝酸盐和氧气 如 2KNO32KNO2 O2 b 从 Mg Cu 的硝酸盐受热分解生成高价金属氧化物 NO2和 O2 如 2Cu NO3 22CuO 4NO2 O2 c Hg NO3 2和 AgNO3受热分解生成金属单质 NO2和 O2 5 如 2AgNO32Ag 2NO2 O2 3 运用金属活动性顺序表应注意的问题 1 金属活动性顺序一般只适用于水溶液体系中金属与其他非氧化性金属离子或非氧 化性酸间的置换反应 首先 反应必须在水溶液中进行 例如 按照金属活动性顺序 在水溶液中 金属钠不能置换出 KCl 中的钾 但在高温 760 880 熔融状态下 金属钠可以把活泼金属钾从钾盐中置换出来 反应方程式为 Na KClNaCl K 高温 这是由于在熔融状态时 钾的挥发性大于钠 同时 NaCl 比 KCl 更稳定 因而使平衡 向右移动 其次 发生的反应必须是置换反应 如果金属与盐溶液或酸之间发生非置换反应 则 就不能用金属活动性顺序判断其进行的方向和产物 例如应用金属活动性顺序可以判定 Cu 不能与 FeCl2溶液发生置换反应 但 Cu 能跟 FeCl3溶液发生氧化 还原反应 Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2 工业上印刷电路就是应用了这一反应 又如 位于金属活动性顺序表中氢后面的铜与稀硫酸不能反应 但与强氧化性的浓硫 酸 或硝酸 能反应 Cu 2H2SO4 浓 CuSO4 SO2 2H2O Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 2 金属活动顺序表不适用于活泼金属 K Ca Na Mg 与易水解的金属阳离子 间的反应 这是由于这些活泼金属能与冷水反应使溶液呈碱性 从而促进了水解反应的进行 因 此发生的不是置换反应 如 CuCl2 2H2O 2Na Cu OH 2 2NaCl H2 3 金属活动性顺序只从热力学角度上指出反应进行的可能性 而没有考虑动力学方 面的有关因素的影响 即没有指出反应进行的现实性 例如 按金属活动性顺序 Sn Pb 与稀盐酸反应置换出氢是完全可能的 但实际上反 应速度极慢 其原因是多方面的 主要是动力学方面的因素的限制 金属在酸中的溶解 本质上是金属在酸中的电化溶解 锡和铅在电化溶解过程中 在锡和铅表面可形成无数个 微小电池 在阳极上锡和铅生成 Pb2 和 Sn2 而被溶解 Pb Pb2 2e 或 Sn Sn2 2e 酸中的 H 在阴极区结合留在锡和铅上的电子 还原生成氢气 2H 2e H2 这个反应发生在 Sn 和 Pb 的表面 阻力较大 表现为过电位高 所以反应速度很小 4 金属的纯度及金属的表面状态 也是影响其活动性的重要因素 例如 由 Zn 和 Fe 组成原电池 Zn 是原电池的负极 理论判断和实验事实完全符合金 属活动性顺序的 但如果用 Al 和 Zn 组成原电池 由金属活动性顺序判断 Al 应是负极 但实验结果证明 Zn 是负极 造成这种反转的原因是由于 Al 的表面生成了氧化膜 由于氧 化膜是电的绝缘体 尽管很薄 但由于它的覆盖使 Al 的电极电位提高了 由 1 67 6 V 0 5 V 又如 按金属活动性顺序判断 粗粒的纯金是不溶解于盐酸的 但是胶体状态的金却 可以溶解在盐酸中 这是因为胶体状态的金具有巨大的表面能 使反应得以发生 注 备课资料 四 金属活动顺序表及其应用 也可作为一个专题来讲 这样 既可 巩固前面所学知识 又会为将要学到的离子反应 电解原理等打下良好的基础 五 与氧化还原反应知识相关的实践题举例 1 汽车尾气 含有烃类 CO SO2和 NO 等物质 是城市空气的污染源 治理的方法 之一是在汽车的排气管上装一个 催化转化器 它的特点是使 CO 与 NO 反应生成可参与 大气生态环境循环的无毒气体 并促使烃类充分燃烧及 SO2的转化 催化转化器如下图所 示 1 写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式 2 催化转化器 的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度 其原因是 3 控制城市空气污染源的方法可以有 A 开发氢能源B 使用电动车 C 植树造林D 戴上呼吸面具 解析 由题意及图示可知 催化转化器 的作用是使 CO NO 发生氧化还原反应 生成无毒的 N2和 CO2 空气的酸度主要是 SO2引起的 酸度增强的原因只能是 SO2在催化 转化器的作用下被空气中的 O2氧化为 SO3 并与水反应生成强酸 H2SO4 从而在一定程度 上提高了空气的酸度 答案 1 2CO 2NO2CO2 N2 催化剂 2 SO2转化为 SO3产生 H2SO4而形成酸雾 3 AB 2 生活中使用的复印机实际上是一种静电印刷术 它通过可重复使用的光感器进行工 作 一次 小明到复印室复印资料发现 复印室有一种特殊的气味 离复印机越近 该气 味越浓 若用润湿的 KI 淀粉试纸接近该气体 A 则试纸会变蓝 问 1 A 是什么物质 2 写出 A 与 KI 溶液反应的化学方程式 3 简述 A 物质产生的原因 4 简述 A 物质与我们人类之间的关系 解析 复印机是现代社会普遍使用的东西 由于静电作用 空气中的 O2会变成 O3 从而会产生一种臭味 O3是一种强氧化性物质 能把 I 氧化成 I2 大气层有一层臭氧层 能吸收紫外线 答案 1 A 为 O3 7 2 O3 2I H2O O2 I2 2OH 说明 写方程式时可根据氧化还原反应的本 质书写 即 I2 化合价升高 化合价降低的元素一定是氧元素 所以 1 I 0 I 0 O 只有结合 H2O 中的 H 生成 OH 再根据得失电子数相等知 O3除生成 与 2 O 2 O H2O 结合成 OH 外 还有 O2生成 写方程式时要有这些技巧 即注意物质反应的介质是酸性 中 性还是碱性 注意方程式两边 H O 原子个数相等 3 在静电作用下 3O22O3 4 O3能吸收太阳的紫外线 能减少紫外线对人体皮肤的灼伤 保护臭氧层就是保 护我们人类 3 SO2是大气污染物之一 为粗略地测定周围环境中 SO2的含量 某学生课外活动小 组设计了如下图的实验装置 1 检查该装置的气密性时 先在试管中装入适量的水 保证玻璃导管的下端浸没在 水中 然后 填写操作方法 时 将会看到 填 写实验现象 则证明该装置的气密性良好 2 向试管中加入 0 0005 mol L 1的碘水 1 0 mL 用适量的蒸馏水稀释后再加入 2 3 滴淀粉溶液 配制成溶液 A 测定指定地点的空气中 SO2的含量时 推拉注射器的活 塞反复抽气 A 溶液由 色变为 色时反应恰好完全进行 此时停止抽气 该反应的化学方程式为 3 我国环境空气质量标准中对每次空气质量测定中 SO2的最高浓度限值如下表 该学生课外活动小组分成第一小组和第二小组 使用相同的实验装置和溶液 A 在同 一地点 同时测量空气中 SO2的含量 当反应恰好完全进行 记录抽气次数如下 假设每 次抽气 500 mL 请将下表填写完整 计算时保留 2 位有效数字 8 判断该地点的空气中 SO2的含量属于 填数字 级标准 第 一 或 第二 小组的测定结果正确 另一小组实验结果产生较大偏差的原因是 两个小 组所用装置和药品均无问题 解析 本题考查学生的阅读 理解能力及综合分析问题的能力 同时考查了学生思维 的敏捷性和严密性 1 检验该装置气密性的原理是 使装置内外形成压强差 分析图中装置可知 能形 成压强差的着手点有两处 一是玻璃导管 二是注射器 若从玻璃导管处着手 理论上应 是向导管内注水 若气密性良好 则随着装置内气体压强的增大 则注射器活塞应向外移 但这样的操作并不现实 因为向玻璃管内注水的行为不易操作 若从注射器入手 则应移 动注射器的活塞 若向外拉 则装置内气体因压强减小 会吸引外界空气进来补充 故在 浸没在水中的导管口应有气泡冒出 若气密性不好 则无此现象 若向内推注射器的活塞 气密性良好时 装置内气体的压强应增加 故浸在水中的玻璃管内应有水面上升 形成一 段水柱 且静止片刻水柱也不落下 但第二种做法的前提是注射器内必须先贮有一定量的 气体 2 碘水遇上空气中的 SO2要发生氧化还原反应 SO2 I2 2H2O H2SO4 2HI 当碘水中的碘单质恰好消耗完时 溶液由蓝色变为无色 3 设空气中 SO2的物质的量浓度为 c 对于第一小组 由 I2 SO2 1 1 1 0 10 3 5 10 4 mol120 500 10 3 L c c 10 8 mol L 1 6 5 则其所测空气中 SO2的质量含量为 10 8 64 103 103 0 53 mg m 3 6 5 同理可算得第二组同学测得空气中 SO2的含量为 0 46 mg m 3 比较第一组与第二组的测得结果和抽气次数会发现 第二组同学抽气次数多 测得的 SO2含量却相对偏低 这说明第二组同学测得的结果不准确 一定是抽气频率太快而导致 空气中的 SO2未能充分与碘水反应 从而产生较大的误差 答案 1 向外轻轻拉动注射器的活塞 浸没在水中的玻璃导管口有气泡冒出 在注 射器内预先贮有一定量的气体的前提下 向内轻轻推动活塞 若玻璃导管内形成一段水柱 且静止片刻也不落下 说明气密性良好 2 蓝 无 SO2 I2 2H2O H2SO4 2HI 3 第一小组测得 SO2的含量为 0 53 mg m 3 第二小组测得 SO2的含量为 0 46 mg m 3 三 第一 抽气速度过快 造成空气中 SO2无法与碘水充分反应 产生较大的误差 说明 以上三个实践试题的设置 一是为扩大学生的视野 二是锻炼他们分析 解决 问题的能力 更重要的是为了给他们提供一种感性的资料和方法 以使他们对以下的研究 性课题能顺利地展开 研究性课题推荐 课题 1 复印室 O3的检验及其浓度的分析 课题背景 9 在不通