高中化学 氧化还原反应教材分析

《氧化还原反应》教材分析、说教材该部分内容属于人教版高中化学必修1第二章第三节的内容，在中学化学学习中，贯穿始终，是中学化学教学的重难点之一。本节课内容承接初中所学的氧化反应和还原反应，同时为之后学习金属的冶炼和防护、化学电源、元素以及化合物知识奠定了基础，因此本节课内容在课程上起到了承上启下的作用。由于氧化和还原是一对典型矛盾，虽是相反的，但又是相依存的，是培养学生辩证思维的好题材。（过渡：教师不仅要对教材进行分析，还要对学生的情况有清晰明了的掌握，这样才能做到因材施教，接下来我将对学情进行分析。）二、说学情学生在初中时就已经学过了氧化反应和还原反应，但是只是局限在得氧、失氧的角度来认识，因此在这节课中应该组织引导学生从化合价的角度来重新认识氧化反应和还原反应，逐渐形成正确、恰当地看待概念形成和发展的科学态度。（过渡：根据新课程标准，教材特点和学生实际，我确定了如下教学目标：）三、说教学目标【知识与技能】.能够从化合价升降和电子转移的角度认识氧化还原反应.理解氧化还原的本质是电子的转移（得失或偏移）3.会用双线桥法分析氧化还原反应的电子转移情况。【过程与方法】通过对氧化还原反应的特征和本质的分析，学习由表及里以及由特殊到一般的逻辑推理方法。【情感态度与价值观】通过“氧化”和“还原”这一对典型矛盾的深入研究，深刻体会自然现象中的对立与统一关系，树立辩证思想。（过渡：根据新课标要求与教学目标，我确定了如下的重难点：）四、说教学重难点【重点】氧化还原反应的特征【难点】氧化还原反应的本质（过渡：为了解决重点，突破重点，我确定了如下的教学方法。）五、说教学方法讲授法、小组合作探究法（过渡：好的教学方法应该在好的教学设计中应用，接下来我将重点说明我的教学过程。）六、说教学过程教学过程包括了四个环节：导入新课、新课讲授、巩固提升、小结作业。我将会这样展开我的教学：环节一：导入新课由于学生在初中的时候就已经知道了什么是氧化反应，什么是还原反应，但是仅仅能从得失氧的角度来进行区分，因此我采用了温故知新的方式导入本节新课：首先提问学生什么是氧化反应，什么是还原反应，并请学生举出几个具体的实例。通过学生举出的实例，我会请学生观察碳还原氧化铜的化学反应方程式：，学生会从得失氧的角度得出碳发生了氧化反应，氧化铜发生了还原反应。由此我会提出，氧化反应与还原反应是同时发生的，我们就把这样的反应称为氧化还原反应。进入氧化还原反应的特征和本质的学习。环节二：新课讲授.氧化还原反应的特征当学生知道了什么是氧化还原反应之后，我会请学生举出几个其他的氧化还原反应，但是学生目前对于氧化还原反应仅仅是停留在得失氧的层次上，那么我会请学生从化合价的角度思考什么是氧化还原反应。学生就会发现发生氧化反应的元素化合价升高发生还原反应的元素化合价降低。接着我会提出铁与硫酸铜的反应是否属于氧化还原反应，是否只有得失氧的化学反应才是氧化还原反应。目的是引导学生认识到有元素化合价变化的反应就是氧化还原反应，并不是只有得失氧的反应才是氧化还原反应。这就是有关氧化还原反应特征的讲解。.氧化还原反应的本质我会承接氧化还原反应的特征来提问：为什么在氧化还原反应中会出现化合价的升降变化，元素化合价的升降与什么有关，引导学生从原子结构的角度分析氧化还原反应的本质先请学生从原子结构的角度分析NaCl的形成过程，并且渗透双线桥法的应用，学生会发现在这一反应中发生了电子的得失：钠元素失电子，化合价升高，发生了氧化反应，氯元素得电子，化合价降低，发生了还原反应。五条基本规律/氧化还原反应编辑一、守恒律化合价有升必有降，电子有得必有失，对于一个完整的氧化还原反应，化合价升高总数与降低总数相等，失电子总数与得电子总数相等。还原剂氧化剂电子从还原剂转移到氧化剂的示意图从还原剂转移到氧化剂示意图图册二、强弱律较强氧化性的氧化剂和较强还原性的还原剂反应，生成弱还原性的还原产物和弱氧化性氧化产物。应用：在适宜的条件下，用氧化性较强的物质制备氧化性较弱的物质，或用还原性较强的物质制备还原性较弱的物质，亦可用于比较物质的氧化性或还原性的强弱。三、先后律一种氧化剂（或还原剂）同时和多种还原剂（或氧化剂）相遇时，总是依还原性（或氧化性）强弱顺序先后去氧化还原剂（或去还原氧化剂）。四、价态律：元素处于最高价，只有氧化性（如Fe3+）；元素处于最低价，只有还原性（如S2-、I-等）；元素处于中间价态，既有氧化性又还有性，但主要呈现一种性质（如Fe2+以还原性为主）。物质若含有多种元素，其性质是这些元素性质的综合体现。应用：判断物质的氧化性或还原性。五、转化律：氧化还原反应中，以元素相邻价态之间的转化最容易；同种元素不相邻价态之间若发生反应，元素的化合价只相靠不交叉；同种元素，相邻价态之间不发生氧化还原反应。应用：分析判断氧化还原反应能否发生及表明电子转移情况。

反应实验/氧化还原反应编辑实验目的.了解原电池的装置以及浓度对电极电势的影响（Nernst方程式）。.熟悉常用氧化剂和还原剂的反应。.了解浓度、酸度对氧化还原反应的影响。实验内容（一）原电池电动势的测定I07Ue牌FLOW I07Ue牌FLOW 产FLOWF0，匕udile：.en实验示意图图册影响氧化还原反应的因素/氧化还原反应编辑1、浓度对氧化还原反应的影响实验示意图图册4HNO3（浓）+Zn=Zn（NO3）2+2NO2+H2O10HNO3+4Zn=4Zn（NO3）2+NH4NO3+3H2O气室法检验NH4+：NH4++OH-=NH3+H2O酚欧试纸显红色注意1：不同浓度的硝酸与Zn作用的反应产物和反应速率有何不同？注意2：NH4+的检验方法气室法：用两块干燥、洁净的表面皿（一大一小），在大的一块表面皿中心放3滴6molL-1的NaOH溶液，混合均匀。在小的一块表面皿中心粘附一小条润湿的酚欧试纸，盖在大的表面皿上形成气室。将此气室放在水浴上微热2min,酚酞试纸变红，表示存在NH4+。Nessler试剂：用Nessler试剂（K2［HgI4］的KOH溶液），现象：从红棕色到深褐色的沉淀。干扰：如果试液中含有Fe3+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Ag+、S2-等，会干扰NH4+的鉴定。清除干扰的方法：可在试液中加碱，使逸出的氨与滴在滤纸条上的Nessler试剂反应，观察现象。2、介质对氧化还原反应的影响（1）介质对氧化还原反应方向的影响IO3-+6H++5I-=3I2+3H2O3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O（2）介质对氧化还原反应产物的影响H2SO4介质紫红色褪去2KMnO4+3H2SO4+5Na2SO3=2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+3H2OF.M Fe还原还原・电子示意图图册中性水介质出现棕黑色沉淀2KMnO4+H2O+5Na2SO3=2MnO2+3Na2SO4+2KOHNaOH介质绿色2KMnO4+2NaOH+Na2SO3=2Na2MnO4+K2SO4+H2O表示方法/氧化还原反应编辑双线桥法用于表明反应前后同一元素原子间的电子转移情况标出各发生氧化还原反应的元素的氧化数。画出如右图所示的线，其中一条由氧化剂中氧化数降低的元素指向还原产物中的相应元素，另一条线由还原剂中氧化数升高的元素指向氧化产物中的相应元素。标出“失去”或“得到”的电子数，格式为“得/失发生氧化还原反应的原子数X单位原子得失的电子数”。单线桥法用于表明反应前后不同元素原子间的电子转移情况标出各发生氧化还原反应的元素的氧化数。用一条如右图所示的线连接方程式左边的氧化剂与还原剂，箭头由失电子的还原剂指向得电子的氧化剂标出电子转移的数量，格式为“发生氧化还原反应的原子数X单位原子转移的电子数，。氧化-还原半反应式为了将氧化还原反应与电子得失相联系起来，并简化研究，可以将氧化还原反应拆成两个半反应。于是所有氧化还原反应便可以表述为两个半反应的加和［5］。例如有半反应:。将所有半反应根据统一规定来改写，便成为氧化-还原半反应式，其书写有以下要求：反应式的左边总是氧化型物质（元素的氧化数高的物质），右边总是还原型物质（元素的氧化数低的物质）。反应中的得失电子数在反应式左边写出，用+/e-表示；半反应式必须配平；在溶液中，物质须写成在此溶剂中的主要存在形态，例如水中，强酸需要写成酸根的形式；反应式中有且仅有一种元素的氧化数可以发生改变。半反应式从左到右，是氧化剂得到电子，生成其共轭还原剂的过程，即还原反应；从右到左，是还原剂得到电子，生成其共轭氧化剂的过程，即氧化反应。半反应中的氧化型物质与还原型物质互称共轭氧化剂/还原剂，这种反应关系则被称为氧化还原共轭关系。通常可以使用氧化还原反应电对来表示一组共轭的氧化还原剂，例如MnO4-/Mn2+，其左边为氧化型物质，右边为还原型物质。半反应式中，氧化数未发生改变的元素被称作非氧化还原组分，酸碱组分、沉淀剂、络合剂等一般都属于这一范畴。举区U/氧化还原反应编辑燃烧燃烧是物质迅速氧化，产生大量光和热的过程，其本质是一种剧烈的氧化还原反应。酒精测试K2Cr2O7是一种橙红色具有强氧化性的化合物，当它在酸性条件下被还原成三价铬时，颜色变为绿色。据此，当交警发现汽车行驶不正常时，就可上前阻拦，并让司机对填充了吸附有K2Cr2O7的硅胶颗粒的装置吹气。若发现硅胶变色达到一定程度，即可证明司机是酒后驾车。这时酒精被氧化为醋酸工业炼铁这个反应中，Fe2O3中的铁由Fe(III)变为Fe(0)(氧化数降低，为氧化剂)，而CO中的碳由C(II)变为C(IV)(氧化数升高，为还原剂)。复分解反应大多数无机复分解反应都不是氧化还原反应，因为这些复分解反应中的离子互相交换，不存在电子的转移，各元素的氧化数没有变化。基本操作/氧化还原反应编辑.原电池的组装与测试(正负极勿连错).NH4+的检验方法注意事项1、KMnO4+NaOH+Na2SO3实验时，Na2SO3用量不可过多，否则，多余的Na2SO3会与产物Na2MnO4生成MnO2；2、废液倒入废液桶中；3、涉及浓硝酸，浓盐酸，溴水、氯水等刺激性操作应在通风橱内操作；4.安全氧化还原方程式的配平/氧化还原反应编辑电子守恒法1、配平原理发生氧化还原反应时，还原剂失去电子、氧化剂得到电子。因为整个过程的本质好比是还原剂把电子给了氧化剂，在这一失一得之间，电子守恒。故根据还原剂失去电子的数目和氧化剂得到电子的数目相等，结合二者化合价的改变情况，可以分别把氧化剂、还原剂的计量数计算出来，这样整个氧化还原反应就顺利配平了。2、方法和步骤①标出发生变化的元素的化合价，并确定氧化还原反应的配平方向。在配平时，需要确定先写方程式那边物质的计量数。有时先写出方程式左边反应物的计量数，有时先写出方程式右边生成物的计量数。一般遵循这样的原则：自身氧化还原反应f先配平生成物的计量数；部分氧化还原反应f先配平生成物的计量数；一般的氧化还原反应f既可先配平生成物的计量数，也可先配平反应物的计量数。②列出化合价升降的变化情况。当升高或降低的元素不止一种时，需要根据不同元素的原子个数比，将化合价变化的数值进行叠加。③根据电子守恒配平化合价变化的物质的计量数。④根据质量守恒配平剩余物质的计量数。最终并根据质量守恒检查配平无误。待定系数法1、配平原理质量守恒定律告诉我们，在发生化学反应时，反应体系的各个物质的每一种元素的原子在反应前后个数相等。通过设出未知数（如x、y、z等均大于零）把所有物质的计量数配平，再根据每一种元素的原子个数前后相等列出方程式，解方程式（组）。计量数有相同的未知数，可以通过约分约掉。2、方法和步骤对于氧化还原反应，先把元素化合价变化较多的物质的计量数用未知数表示出来，再利用质量守恒吧其他物质的计量数也配平出来，最终每一个物质的计量数都配平出来后，根据某些元素的守恒，列方程解答。与电化学的关系每一个氧化还原反应都可以做成一个原电池。其中发生氧化反应的一极为阳极，即外电路的负极；还原反应的一极为阴极，即外电路的正极。两个电极之间有电势差（电化学上通常叫电动势），因此反应可以进行，同时可以用来做功。规彳律/氧化还原反应编辑氧化还原反应中，存在以下一般规律：强弱律：氧化性：氧化剂〉氧化产物；还原性：还原剂〉还原产物。价态律：元素处于最高价态，只具有氧化性；元素处于最低价态，只具有还原性；处于中间价态，既具氧化性，又具有还原性。转化律：同种元素不同价态间发生归中反应时，元素的氧化数只接近而不交叉，最多达到同种价态。优先律：对于同一氧化剂，当存在多种还原剂时，通常先和还原性最强的还原剂反应。守恒律：氧化剂得到电子的数目等于还原剂失去电子的数目。例题/氧化还原反应编辑解题方法：氧化剂得到电子化合价降低转变为还原产物，还原剂失去电子化合价升高转变为氧化产物。在同一个氧化还原反应中得失电子数相等，即化合价升高总价数等于化合价降低总价数。【例题1】(NH4)2SO4在强热条件下分解，生成NH3、SO2、N2、H2O，反应中生成的氧化产物和还原产物的物质的量之比为A.1:3B.2:3C.1:1D.4:3解析：(NH4)2SO4在强热条件下分解，氧化产物为N2,还原产物为SO2,依据化合价升降相等原则有3X2TXx=21*丫，故有x:y=1:3答案：A【例题2】R2O8n-在一定条件下可把Mn2+氧化为MnO4-,若反应中R2O8n-变为RO42-,又知反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为5:2,则n值为：A.4B.3C.2D.1解析：依题意有5R2O8n-+2Mn2+===2MnO4-+10RO42-,^R2O8n-中R的化合价为x,依据化合价升降相等原则有5X2XJ(x-6)=2Xf(7-2),解得x=7,因此有2X7+8X(-2)=-n,解得n=2.答案：C【例题3】(NH4)2PtCl6在强热条件下分解，生成N2、HCl、NH4C1、Pt反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为A.1:2B.1:3C.2:3D.3:2解析：(NH4)2PtCl6在强热条件下分解，氧化产物为N2,还原产物为Pt,依据化合价升降相等原则有3X2TXx=41*丫，故有x:y=2:3答案：C【例题4】Cl2与NaOH(70℃)的溶液中，能同时发生两个自身氧化还原反应，完全反应后，测得溶液中NaClO、NaClO3之比4:1,则溶液中NaCl和NaClO的物质的量之比为A.11:2B.1:1C.9:4D.5:1解析：Cl2中氯元素的化合价为0价，而在NaClO、NaClO3中氯元素的化合价分别为+1、+5价，设NaCl和NaClO的物质的量分别为x和y,依据化合价升降相等原则有1JXx=1TXy+5TXXy,故有x:y=9:4答案：C【例题5】含n克HNO3的稀溶液恰好与m克Fe完全反应，若HNO3只被还原为NO,则n:m可能是①5:1、②9:2、③3:1、④2:1、⑤4:1A.②③⑤ B.①③④ C.②③④ D.①③解析：当Fe恰好完全转变为+2价时，3Fe+8HNO3===3Fe(NO3)2+2NOf+4H2O,有=解得：n:m=3:1当Fe恰好完全转变为+3价时，Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NOf+2H2O,有=解得：n:m=9:2结合选项分析n:m的取值范围在4.5至3之间。答案：A【例题6】Zn与HNO3反应，Zn和被还原的HNO3的物质的量之比为4:1则HNO3的还原产物可能为A.NO2 B.NOC.N2OD.NH4NO3解析：设还原产物中氮元素的化合价为x,依据化合价升降相等原则有4X2f=1；X(5-x)解得：x=-3答案：D【例题7】将Mg和Cu的合金2.64克，投入适量的稀HNO3中恰好反应，固体全部溶解时，收集的还原产物为NO,体积为0.896L(SPT),向反应后的溶液中加入2mol/LNaOH溶液60mL时，金属离子恰好完全沉淀，则形成沉淀的质量为A.4.32克 B.4.68克 C.5.36克 D.6.38克解析：依据在同一个氧化还原反应中得失电子数相等原则，解得Mg和Cu共失去n(e-)=X3=0.12mol,由电荷守恒知Mg和Cu共需要结合0.12molOH-,故形成沉淀的质量m=2.64g+0.12molX17g/mol=4.68g答案：B【例题8】取x克Mg和Cu的合金完全溶于浓HNO3中，反应过程中HNO3被还原只产生8960mLNO2和672mLN2O4气体(SPT),向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，形成沉淀质量为17.02克，则X的值为A.8.64克 B.9.20克 C.9.00克D.9.44克解析：依据在同一个氧化还原反应中得失电子数相等原则，解得Mg和Cu共失去n(e-)=X1=0.46mol,由电荷守恒知Mg和Cu共需要结合0.46molOH-,因此有17.02g=x+0.46molX17g/mol,解得x=9.20g答案：B【例题9】将14克Ag和Cu的合金与一定浓度的HNO3反应，全部溶解后，产生的气体再通入1.12L(SPT)O2,恰好完全吸收，求合金中各成分的含量？解析：Ag和Cu失去电子的总数等于O2得到电子的总数，依题意有108n(Ag)+64n(Cu)=14n(Ag)+2n(Cu)=X4=0.2解得n(Ag)=0.1moln(Cu)=0.05molw(Ag)=X100%=77.14%w(Cu)=1-77.14%=22.86%答案：合金中w(Ag)为77.14%,w(Cu)为22.86%。【例题10】将51.2gCu完全溶于适量浓硝酸中，收集到氮的氧化物含NO、N2O4、NO2)的混合物共0.8mol,这些气体恰好能被500mL2mol/L的NaOH溶液完全吸收，生成NaNO3和NaNO2的混合溶液，其中生成的NaNO3的物质的量为(已知NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O,2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O)A.0.2molB.0.4molC.0.6molD.0.8mol解析：51.2gCu即为0.8molCu,失去的电子等于NaNO2生成时得到的电子，则NaNO2为0.8mol,由Na+守恒知：n(Na+)=n(NaNO2)+n(NaNO3),得NaNO3为0.2mol。答案：A【练习1】9.8g镁、铝混合物溶解在一定量的热浓硝酸中，当金属完全溶解后收集到标准状况下8.96LNO2和2.24LN2O4气体，向反应的溶液中加入足量的氨水，则生成的沉淀有A.18克 B.20克 C.22克 D.24克解析：依据在同一个氧化还原反应中得失电子数相等原则，解得Mg和Al共失去n(e-)=X1+X2=0.6mol。由电荷守恒知Mg和Al共需要结合0.6molOH-,故形成沉淀的质量m=9.8g+0.6molX17g/mol=20g答案：B将11.2g的Mg和Cu的混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反应产生的气体X,再向所得溶液中加入适量的NaOH溶液，产生21.4g沉淀，根据题意推断气体X的成分可能是A.0.3molNO2和0.3molNOB.0.2molNO2和0.1molN2O4C.0.1molNO、0.2molNO2和0.05molN2O4 D.0.6molNO解析：根据Mg、Cu的变化：Mg〜Mg2+〜2OH-〜Mg(OH)2〜2e-、Cu〜Cu2+〜2OH-〜Cu(OH)2〜2e-知增加的质量为OH-的质量，转移电子的物质的量与OH-的物质的量相等，则有n(OH-)=21.4g-11.2g/17g-mol-1=0.6mol,故反应转移的电子的物质的量也为0.6mol。选项A转移电子的物质的量为0.3molX1+0.3molX3=1.2mol,不正确;选项B转移电子的物质的量为0.2molX1+0.1molX2=0.4mol,不正确;选项C转移电子的物质的量为0.1molX3+0.2molX1+0.05molX2=0.6mol,正确;选项D转移电子的物质的量为0.6molX3=1.8mol,不正确.答案：C应用与意义/氧化还原反应编辑氧化还原性的强弱判定物质的氧化性是指物质得电子的能力，还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力(与得失电子的数量无关)。从方程式与元素性质的角度，氧化性与还原性的有无与强弱可用以下几点判定：(1)从元素所处的