3.1.3 氧化还原反应学案2023-2024学年高一上学期化学苏教版（2019）必修第一册

新苏教版高中化学必修1PAGEPAGE1第三课时氧化还原反应【课程标准要求】1.能运用发展的、相互联系的、对立统一的观点理解化学变化。能从化合价变化和电子转移的角度认识氧化还原反应。2.能够正确表示氧化还原反应电子转移的方向和数目。一、氧化还原反应基本概念1.2Na＋Cl2=2NaCl的反应过程分析(1)钠原子失去最外层上的1个电子，成为具有稳定结构的Na＋，其化合价由0价升高为＋1价。(2)氯原子最外层得到1个电子，成为具有稳定结构的Cl-，其化合价由0价降低为-1价。(3)在这个反应中，氯原子和钠原子之间发生了电子的得失，分别形成阴离子和阳离子，使元素的化合价发生了变化。(4)反应过程中相应变化关系图再如反应2.氧化还原反应基本概念(1)定义：有电子转移的反应。(2)氧化还原反应的特征和本质(3)氧化还原反应概念之间的关系化合价升高——失去电子——被氧化——发生氧化反应——是还原剂——有还原性化合价降低——得到电子——被还原——发生还原反应——是氧化剂——有氧化性【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)有化合价变化的反应不一定是氧化还原反应(×)(2)在HNO3、N2O4、NaNO2、NO、N2和NH4Cl中氮元素的化合价分别为＋5、＋4、＋3、＋2、0和-3价(√)(3)在氧化还原反应中可能只有元素的化合价的升高，而无化合价的降低(×)(4)CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O属于氧化还原反应(×)(5)有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应。(√)二、氧化还原反应的表示方法——双线桥法1.用带箭头的线由反应物指向生成物，且对准同种元素。2.要标明“得”“失”电子，且得失电子总数相等。3.箭头不代表电子转移的方向，而是指某元素从反应物到产物时价态的变化。例如：该表示法能体现出氧化还原反应的实质及过程，同时清楚地表示出了得失电子的情况，上述反应中CuO中Cu元素得电子为“2×2e-”，前一个“2”表示有2个Cu2＋得电子，后一个“2e-”，表示一个Cu2＋得2个电子，共得4个电子。再如【微自测】2.判断下列用双线桥法表示电子的转移情况，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)(×)(2)(×)(3)(√)(4)(√)三、氧化剂、还原剂1.氧化剂和还原剂(1)氧化剂：在反应中得到电子(或电子对偏向)的物质，氧化剂发生还原反应。(2)还原剂：在反应中失去电子(或电子对偏离)的物质，还原剂发生氧化反应。(3)常见的氧化剂和还原剂物质种类常见物质氧化剂部分非金属单质O2、Cl2等含有高价态元素的化合物浓硫酸、KMnO4、MnO2等还原剂活泼的金属单质Al、Zn、Fe等某些非金属单质C、H2等某些非金属氧化物CO等2.氧化性和还原性(1)氧化性：氧化剂发生还原反应，表现出氧化性。(2)还原性：还原剂发生氧化反应，表现出还原性。【微自测】3.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)一种元素被氧化，一定有另一种元素被还原(×)(2)氧化还原反应中的反应物，不是氧化剂就是还原剂(×)(3)氧化还原反应过程中得电子的物质是还原剂，失电子的原子被还原(×)(4)氧化还原反应时还原剂先失去电子，氧化剂后得到电子(×)(5)还原性就是物质失去电子的性质。(√)一、氧化还原反应基本概念人体血红蛋白分子中含有Fe2＋，正是这些Fe2＋使血红蛋白分子具有载氧功能。亚硝酸根(NOeq\o\al(－,2))可将人体血红蛋白中的Fe2＋转化为Fe3＋，生成高铁血红蛋白而丧失与氧气的结合能力。1.在上述反应过程中Fe2＋发生哪种类型的反应？提示：因为Fe2＋转化为Fe3＋，化合价升高，Fe2＋发生氧化反应。2.NOeq\o\al(－,2)中含有的元素化合价应怎样变化？哪一种元素化合价发生变化？提示：NOeq\o\al(－,2)中含有的元素化合价降低，其中氧元素为-2价，化合价不能再降低；氮元素为＋3价，化合价可以降低，所以NOeq\o\al(－,2)中氮元素化合价降低。3.一个化学反应中，氧化反应或还原反应能单独存在吗？提示：不能。因为在化学反应中，发生氧化反应，必然会发生还原反应，即氧化反应和还原反应是在一个反应中同时发生的，不可能单独存在。1.氧化还原反应的特征和本质2.氧化还原反应概念间的关系3.氧化还原反应与四个基本反应类型的关系(1)置换反应一定属于氧化还原反应。(2)复分解反应一定不属于氧化还原反应。(3)有单质参与的化合反应和有单质生成的分解反应均属于氧化还原反应。1.镁粉可用作照明弹，将燃着的镁条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中，镁条继续燃烧，反应的化学方程式为CO2＋2Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))C＋2MgO，该反应属于()①化合反应②分解反应③置换反应④复分解反应⑤氧化还原反应⑥非氧化还原反应A.①③⑥ B.②③C.③⑤ D.④⑥答案C解析根据置换反应的定义可知，题给反应属于置换反应，反应前后元素的化合价发生变化，也属于氧化还原反应。2.下列氧化还原反应中，水作为还原剂的是()A.3Fe＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2B.3NO2＋H2O=2HNO3＋NOC.2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑D.2F2＋2H2O=4HF＋O2答案D解析反应中水作还原剂，说明该反应中有电子转移，为氧化还原反应，且水中元素失电子，化合价升高，据此分析解答。A项反应中水中的氢由＋1价变为0价，水作氧化剂，A项错误；B项反应中，水中元素化合价没有变化，所以水既不是氧化剂又不是还原剂，B项错误；C项反应中，水中元素化合价没有变化，所以水既不是氧化剂又不是还原剂，C项错误；D项反应中，水中的氧元素化合价由-2价升高到0价，失电子作还原剂，D项正确。3.已知：2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋5Cl2↑＋2MnCl2＋8H2O，下列说法正确的是()A.HCl发生了还原反应B.氧化剂与还原剂的物质的量比为1∶8C.当标准状况下，产生22.4L氯气，转移电子数为2NAD.氧化性：Cl2>KMnO4答案C解析部分氯化氢发生氧化反应生成氯气，A错误；氯化氢只有10mol被氧化，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶10＝1∶5,B错误；生成了1mol氯气，转移电子数为2NA，C正确；氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，故氧化性：高锰酸钾大于氯气，D项错误。二、氧化性和还原性强弱的比较酒精、含氯消毒剂(如“84”消毒液)均可有效灭活病毒。“84”消毒液是一种高效消毒液(见下图)1.“84”消毒液的主要成分是NaClO，其中氯元素的化合价是多少？用“84”消毒液灭杀新冠病毒，利用的是NaClO的什么性质？提示：NaClO中氯元素的化合价是＋1价，“84”消毒液能灭杀病毒是利用了NaClO的强氧化性。2.“84”消毒液与洁厕灵混用时发生如下反应：NaClO＋2HCl=NaCl＋Cl2↑＋H2O，用双线桥法标出电子转移的方向和数目，并指出反应中的氧化剂和还原剂。根据上述反应能否确定NaClO、Cl2的氧化性强弱？提示：，反应中的氧化剂是NaClO，还原剂是HCl；氧化产物是Cl2，同一氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，则氧化性：NaClO>Cl2。3.通过对上述反应的分析，判断氧化剂与物质的氧化性。还原剂与物质的还原性之间有何关系？提示：二者是一致的，即氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性。1.氧化性和还原性(1)氧化性即氧化剂表现出得电子的性质。还原性即还原剂表现出失电子的性质。(2)氧化性和还原性的强弱物质氧化性、还原性的强弱与得失电子的数目无关，而是取决于它们得失电子的难易程度。物质的氧化性强即得电子能力强，物质的还原性强即失电子能力强。2.氧化性和还原性强弱的比较方法(1)根据氧化还原反应方程式比较则氧化性：氧化剂>氧化产物；还原性：还原剂>还原产物。(2)根据元素的活动性顺序比较(3)根据反应条件来判断当不同的氧化剂(或还原剂)与同一还原剂(或氧化剂)反应时，反应越易进行，则对应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强，反之越弱。如：MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O氧化性：KMnO4>MnO2。(4)根据氧化(还原)产物的价态高低判断在相同条件下，使还原(氧化)剂元素价态升(降)得越高(低)，则氧化(还原)剂的氧化(还原)性越强。如2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS氧化性：Cl2＞S。4.从硫元素的价态上判断，下列物质中的硫元素不能表现氧化性的是()A.Na2S B.SC.SO2 D.H2SO4答案A解析处于最低价态的元素，不能再得电子，故不能表现氧化性。Na2S中硫元素处于最低价态，不能表现氧化性。5.已知2NaA＋B2=2NaB＋A22NaA＋C2=2NaC＋A22NaB＋C2=2NaC＋B22NaC＋D2=2NaD＋C2则氧化性由强到弱的顺序是()A.A2>B2>C2>D2 B.B2>A2>C2>D2C.C2>B2>A2>D2 D.D2>C2>B2>A2答案D解析利用在同一个氧化还原反应中“氧化剂的氧化性>氧化产物”的规律可分析如下：由2NaA＋B2=2NaB＋A2得出氧化性B2>A2，由2NaA＋C2=2NaC＋A2得出氧化性C2>A2，由2NaB＋C2=2NaC＋B2得出氧化性C2>B2，由2NaC＋D2=2NaD＋C2得出氧化性D2>C2，故氧化性D2>C2>B2>A2。三、氧化还原反应规律与应用1.守恒规律(1)内容eq\x(原子守恒)—反应前后各元素的原子个数相等eq\x(得失电子守恒)—eq\a\vs4\al(（化合价升高总数）（化合价降低总数）,还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数)(2)应用：有关氧化还原反应的计算与化学方程式的配平。2.强弱规律(1)内容还原性：还原剂＞还原产物；氧化性：氧化剂＞氧化产物。(2)应用：比较物质间氧化性或还原性的强弱如：2KBr＋Cl2=2KCl＋Br2氧化性：Cl2＞Br2，还原性：KBr＞KCl。3.先后规律(1)内容：在浓度相差不大的溶液中含有①几种还原剂时eq\o(→,\s\up7(加入氧化剂))将按照还原性由强到弱的顺序依次反应。②几种氧化剂时eq\o(→,\s\up7(加入还原剂))将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应。(2)应用：判断氧化性、还原性强弱和反应的先后顺序。如：把氯气通入FeBr2溶液时，还原性：Fe2＋＞Br-，若氯气的量不足时首先氧化Fe2＋；把氯气通入FeI2溶液时，还原性：I-＞Fe2＋，若氯气的量不足时首先氧化I。4.价态规律(1)内容①高低规律元素最高价态：只有氧化性。元素中间价态：既有氧化性又有还原性。元素最低价态：只有还原性。②归中规律同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时，高价态＋低价态→中间价态，即“只靠拢，不交叉”，可总结为：价态相邻能共存，价态相间能归中，归中价态不交叉，价升价降只靠拢。③歧化规律同种元素的中间价态生成高价和低价，即中间价→高价＋低价。(2)应用：可判断氧化还原反应能否发生及反应产物。6.(2020·江西南昌市高一开学考试)Na2SO3与K2Cr2O7按照3∶1恰好完全反应。已知Na2SO3被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则Cr在还原产物中的化合价为()A.＋2 B.＋3C.＋4 D.＋5答案B解析还原剂与氧化产物、失电子数之间的关系为：Na2SO3～Na2SO4～失2e-；氧化剂与还原产物(设还原产物中Cr的化合价为x)、得电子数之间的关系为：K2Cr2O7～～得2(6-x)e-，根据电子得失守恒可得：3×2e-＝1×2(6-x)e-，解得x＝3。7.对于反应3Cl2＋6NaOH(热)=5NaCl＋NaClO3＋3H2O，下列叙述正确的是()A.Cl2是氧化剂，NaOH是还原剂B.被氧化的氯原子与被还原的氯原子的物质的量之比为5∶1C.Cl2既是氧化剂又是还原剂D.氧化剂的得电子数与还原剂的失电子数之比为5∶1答案C解析分析化合价变化，可知：故Cl2既是氧化剂又是还原剂，被氧化的氯原子与被还原的氯原子的物质的量之比为1∶5，氧化剂的得电子数与还原剂的失电子数之比为1∶1。8.在一定条件下，ROeq\o\al(n－,3)和F2可发生如下反应：ROeq\o\al(n－,3)＋F2＋2OH-=ROeq\o\al(－,4)＋2F-＋H2O，从而可知在ROeq\o\al(n－,3)中，元素R的化合价是()A.＋4 B.＋5C.＋6 D.＋7答案B解析对于氧化还原反应，遵循电子守恒。设元素R在ROeq\o\al(n－,3)中的化合价为＋x。根据得失电子守恒有(7-x)×1＝[0-(-1)]×2，所以x＝5。微专题3探究物质的氧化性或还原性(以H2O2为例)过氧化氢，俗称双氧水，纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可与水以任意比例混溶，是一种强氧化剂。H2O2水溶液为无色透明液体，质量分数为3%的H2O2水溶液适用于伤口消毒、环境消毒和食品消毒。H2O2在通常情况下会缓慢分解成水和氧气，但分解速率极其慢，加快其反应速率的方法是加入催化剂二氧化锰等或用短波射线照射。H2O2在不同情况下分别体现氧化性和还原性。过氧化氢是常用的绿色氧化剂。[实验目的]过氧化氢(H2O2)中氧元素的化合价为-1价，处于氧元素的中间价态。设计实验证明过氧化氢既具有氧化性又具有还原性。[实验用品]H2O2溶液、酸性KMnO4溶液(紫红色)、KI溶液、淀粉溶液、MnO2粉末、试管、胶头滴管。[实验原理]①酸性KMnO4与H2O2反应的化学方程式：2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4(无色)＋5O2↑＋8H2O②H2O2溶液与KI溶液反应的化学方程式：2KI＋H2O2＋H2SO4=K2SO4＋I2＋2H2O[碘(I2)遇淀粉变蓝色][实验设计]实验①：向试管中加入约1mL酸性KMnO4溶液，逐滴加入H2O2溶液有大量无色气泡冒出，溶液紫红色褪去。实验②：向试管中加入约1mL的KI溶液，再滴入2～3滴淀粉溶液，逐滴加入H2O2溶液，溶液由无色变成蓝色。实验③：向试管中加入约5mL的H2O2溶液再加入少量MnO2粉末，立即把带火星的木条伸入试管口。有大量无色气泡产生，带火星的木条复燃1.实验①中产生气泡的成分是什么？在此反应中H2O2体现了什么性质？提示：气泡的成分是O2；H2O2在反应中氧元素的化合价由-1价升高到0价，故H2O2体现了还原性。2.实验②中溶液变成蓝色的原因是什么？在此反应中H2O2体现了什么性质？提示：反应中I-被H2O2氧化成I2，I2使淀粉溶液呈蓝色。H2O2在反应中氧元素的化合价由-1价降低到-2价，故H2O2体现了氧化性。3.实验③中木条复燃的原因是什么？H2O2在此反应中体现了什么性质？提示：H2O2在MnO2的催化作用下分解产生O2，O2使木条复燃，在反应中H2O2氧元素的化合价既升高又降低，故H2O2既体现了氧化性，又体现了还原性。4.为什么称双氧水是绿色氧化剂？提示：H2O2作氧化剂，其还原产物是H2O，不会向溶液中引入杂质离子，且H2O对环境无毒无害，故被称为绿色氧化剂。研究物质氧化性或还原性的方法(1)根据物质中所含元素化合价升高或降低的可能性，预测物质可能具有还原性或氧化性。若所含某元素的化合价有升高的趋势，说明该物质可能具有还原性；反之，若所含某元素的化合价有降低的趋势，说明该物质可能具有氧化性。(2)如果预测某物质具有氧化性，就需要寻找具有还原性的另一物质，通过实验检验两者能否发生氧化还原反应验证预测。相应地，如果预测某物质具有还原性，就需要寻找具有氧化性的另一物质，通过实验来验证预测。[典例](2022·江苏无锡高一期末)某小组设计了如下图所示的实验装置来探究过氧化钠的强氧化性。实验步骤及现象如下：①检查装置气密性后，装入药品并连接装置A、B、C。②缓慢通入一定量的N2后，将装置D连接好(导管末端未伸入集气瓶中)，再向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸，A中剧烈反应，有黄绿色气体产生。③待装置D中导管口产生连续气泡后，将导管末端伸入集气瓶中，收集到无色气体。④反应一段时间后，停止滴加浓盐酸，再通一段时间N2，直至装置中气体变为无色。(1)装置D中收集的无色气体X能使带火星的木条复燃，据此推断该气体X是____________。(2)装置B中湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。甲同学根据A中气体的颜色推测试纸变蓝时发生反应的化学方程式为__________________________________________________________________；乙同学认为使试纸变蓝的原因也可能是________(填序号)。a.挥发的HCl气体使试纸变蓝b.在此实验过程中生成的X气体也能将I-氧化为I2c.通入的N2使试纸变蓝(3)C中NaOH溶液的作用是______________________________________。(4)Na2O2与干燥的HCl能发生化学反应生成Cl2、NaCl和H2O，该反应的化学方程式为__________________________________________________________________，当反应生成标准状况下2.24LCl2时，转移的电子数为____________mol。答案(1)O2(或氧气)(2)Cl2＋2KI=I2＋2KClb(3)吸收挥发的HCl气体和生成的氯气(4)Na2O2＋4HCl=2NaCl＋Cl2↑＋2H2O0.2解析(1)装置D中收集的无色气体X能使带火星的木条复燃，据此推断该气体X是氧气。(2)淀粉碘化钾试纸变蓝是由于氧化剂将I-氧化得到I2，I2使湿润的淀粉试纸变蓝色。A中气体呈黄绿色判断是Cl2，推测试纸变蓝时发生反应的化学方程式为：Cl2＋2KI=I2＋2KI；圆底烧瓶中得到的强氧化性气体除了Cl2还有O2，HCl气体和N2均不能氧化I-，故可以认为使试纸变蓝的原因也可能是在此实验过程中生成的X气体，选b。(3)进入C装置的气体有Cl2、O2、HCl和N2，NaOH溶液能与Cl2和HCl反应，C中NaOH溶液的作用是吸收挥发的HCl气体和生成的Cl2。(4)Na2O2与干燥的HCl能发生氧化还原反应生成Cl2、NaCl和H2O，该反应的化学方程式为Na2O2＋4HCl=2NaCl＋Cl2↑＋2H2O；该反应Na2O2＋4HCl=2NaCl＋Cl2↑＋2H2O～2e-，当反应生成标准状况下2.24LCl2物质的量为0.1mol时，转移的电子数为0.2mol。【解题关键】明确从圆底烧瓶出来的混合气体含有氯气、氧气、氮气、氯化氢和水是正确解题的关键。1.针对以下A～D四个涉及H2O2的反应填空：A.Na2O2＋2HCl=H2O2＋2NaClB.Ag2O＋H2O2=2Ag＋O2↑＋H2OC.2H2O2eq\o(=,\s\up7(MnO2))2H2O＋O2↑D.3H2O2＋Cr2(SO4)3＋10KOH=2K2CrO4＋3K2SO4＋8H2O(1)H2O2仅体现氧化性的反应是____________(填字母，下同)，H2O2仅体现还原性的反应是____________，H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是____________，H2O2既不作氧化剂又不作还原剂的反应是____________。(2)指出D反应中的氧化剂是____________，被氧化的元素是____________。答案(1)DBCA(2)H2O2Cr解析Na2O2和H2O2中氧元素的化合价是-1。A中H2O2不是氧化剂，也不是还原剂；B中H2O2中氧元素的化合价升高，H2O2仅表现还原性；C中H2O2中氧元素的化合价既有升高也有降低，H2O2既表现氧化性，又表现还原性；D中H2O2中氧元素的化合价降低，H2O2只表现氧化性。2.H2O2有杀菌消毒作用，医疗上常利用它来清洗伤口。(1)采矿废液中的氰化物(如KCN)一般用H2O2进行无毒化处理，化学方程式为KCN＋H2O2＋H2O=KHCO3＋NH3↑(KCN中N为-3价)，该反应中被氧化的元素是____________(填元素名称)，体现了H2O2的____________性。(2)H2O2被称为“绿色氧化剂”的原因是____________。答案(1)碳元素氧化(2)H2O2作氧化剂，其还原产物是H2O，无污染解析(1)反应中碳元素化合价从＋2价升高到＋4价，碳元素被氧化。(2)H2O2作氧化剂时，其还原产物是H2O，无污染，因此H2O2被称为“绿色氧化剂”。3.一反应体系有反应物和生成物共7种物质：O2、KMnO4、MnSO4、H2SO4、H2O、H2O2、K2SO4。已知该反应中H2O2只发生如下过程：H2O2→O2，试回答下列问题：(1)该反应中的氧化剂是__________________________________________。(2)该反应中，发生还原反应的过程是______________________________________________________________。(3)该反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是____________。答案(1)KMnO4(2)KMnO4→MnSO4(3)5∶2解析由于H2O2发生的变化为H2eq\o(O,\s\up6(-1))2→eq\o(O,\s\up6(0))2，H2O2为还原剂，氧化产物为O2，则KMnO4为氧化剂，KMeq\o(n,\s\up6(＋7))O4→Meq\o(n,\s\up6(＋2))SO4，发生还原反应，还原产物为MnSO4。每生成1个O2失去2个电子，每生成1个MnSO4，得到5个电子，故N(O2)∶N(MnSO4)＝5∶2。1.(2021·山东临沂兰山高一期中)近年来，我国大力弘扬中华优秀传统文化，体现了中华民族“文化自信”。下列说法不正确的是()A.“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”，诗中涉及氧化还原反应B.“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”，该过程发生了置换反应C.“粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间”，该过程中只发生分解反应D.《荷塘月色》中“薄薄的青雾浮起在荷塘里”中的“青雾”属于胶体答案C解析诗中涉及到燃烧反应，燃烧为氧化还原反应，A正确；铁置换硫酸铜中的铜，该过程发生了置换反应，B正确；碳酸钙分解为氧化钙，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，后者是化合反应，C错误；“青雾”属于胶体为气溶胶，D正确。2.下列说法正确的是()A.氧化还原反应的本质是元素化合价的升降B.氧化还原反应一定有氧元素参加C.有单质参与的反应一定是氧化还原反应D.发生氧化反应的物质也可能同时发生还原反应答案D解析氧化还原反应的本质是电子转移，A错误；氧化还原反应不一定有氧元素参加，B错误；有单质参与的反应不一定是氧化还原反应，如同素异形体之间的转化，C错误；发生氧化反应的物质也可能同时发生还原反应，如氯气与氢氧化钠溶液的反应，氯气既发生氧化反应又发生还原反应，D正确。3.下列对氧