高中化学必修1：2.3.3 氧化还原反应的应用

高中化学必修课程PAGEPAGE1第3课时氧化还原反应的应用[核心素养发展目标]1.以H2O2为例，学会根据元素化合价预测并设计实验探究物质的氧化性或还原性，培养科学探究与创新的能力。2.了解氧化还原反应在物质转化和能量转化中的应用，学会氯气的实验室制法，强化化学核心素养的“变化观念”的意识。一、在研究物质性质中的应用1.H2O2性质的实验探究性质预测氧元素化合价为－1价，可升高到0价，具有还原性氧元素化合价由－1价可降低到－2价，具有氧化性选择试剂酸性高锰酸钾溶液KI溶液、淀粉溶液实验操作实验现象酸性高锰酸钾溶液紫色褪去，产生无色无味气体，该气体能使带火星的木条复燃淀粉-KI溶液变蓝色实验结论H2O2表现还原性，被氧化为氧气H2O2表现氧化性，被还原为H2O2.H2O2的性质(1)在H2O2和KI反应的实验中，淀粉是什么作用？在这个反应中，能说明H2O2的氧化性强于单质碘的氧化性吗？提示在这个反应中，淀粉做指示剂，遇I2变蓝色，可以指示I2生成。反应中H2O2将I－氧化生成I2，说明H2O2得电子能力大于I2的得电子能力。(2)H2O2在MnO2作用下分解生成O2和H2O，从电子转移的角度分析，H2O2在反应中表现了什么性质？提示在反应中，H2O2中氧元素化合价既升高，同时又降低，故H2O2表现氧化性和还原性。(3)H2O2常用于杀菌消毒，说明H2O2具有怎样的性质？提示H2O2具有强氧化性，可杀死细菌病毒。(1)预测物质可能有氧化性或还原性，可以根据物质所含元素价态来判断，如价态有升高趋势，则可能有还原性，若有降低趋势，则可能有氧化性。(2)要证明物质有氧化性，则应选择还原剂，验证两者能否发生氧化还原反应，相反，若证明物质有还原性，则应选择氧化剂，看两者能否发生氧化还原反应。二、在物质转化和能量转化中的应用1.利用氧化还原反应冶炼金属(1)金属冶炼的本质：金属阳离子得电子被还原生成金属单质，Mn＋＋ne－=M。(2)金属冶炼的方法①电解法：常用于冶炼K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属，如2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))4Al＋3O2↑；②热还原法：常用于冶炼Zn、Fe、Cu等金属，如Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2；③热分解法：常用于冶炼Hg、Ag等金属，如2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；④湿法炼铜：CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4。2.实验室制氯气(1)反应原理①化学方程式MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。②该反应中的氧化剂是MnO2。浓盐酸的作用是做还原剂，并起酸的作用。(2)仪器装置①气体发生装置类型：固＋液eq\o(→,\s\up7(△))气②发生装置所用仪器的名称为分液漏斗、圆底烧瓶。③装置C的作用是除去Cl2中少量的HCl气体。④装置D的作用是干燥氯气(或除去氯气中的水蒸气)。(3)收集方法①向上排空气法(氯气密度大于空气)。②排饱和食盐水法(氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，用此法可除去实验中挥发产生的氯化氢气体)。(4)验满方法①将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛氯气的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。②将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛氯气的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。(5)尾气处理①仪器装置图中烧杯F中盛放的液体是NaOH溶液。②该液体的作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。反应的方程式为：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，该反应中氯气表现的性质是既有氧化性又有还原性。(1)一定量的浓盐酸与足量的二氧化锰反应，盐酸是否能完全参与反应？为什么？提示不能，因为随着反应的进行，浓盐酸逐渐变为稀盐酸，不再与二氧化锰反应。(2)实验室制取氯气时，需要加热，加热温度是否越高越好？提示不是。为了减少制得的Cl2中HCl的含量，所以加热温度不宜过高，以减少HCl的挥发。(3)已知高锰酸钾和浓盐酸在常温下可以反应制取Cl2，试写出化学方程式，并标出电子转移。提示(1)实验室制取氯气的反应原理是选用氧化剂(如MnO2、KMnO4等)将盐酸中的部分氯离子氧化而得到氯气。(2)制取的氯气有毒，且在加热时容易逸出，所以应选用分液漏斗，而不用长颈漏斗。(3)尾气处理时，不能用澄清石灰水吸收氯气，因为澄清石灰水中Ca(OH)2含量少，吸收不完全。(4)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的氯气，再拆卸装置，避免污染空气。3.利用氧化还原反应获取能量1.下列生产和生活中常见的现象没有发生电子转移的反应是()A.食品腐败 B.钢铁生锈C.煤气燃烧 D.食醋除去水垢[答案]D[解析]食醋除去水垢为复分解反应。2.H2O2是一种“绿色氧化剂”，在下列反应中，H2O2没有表现氧化性的是()A.H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2OB.3H2O2＋2MnOeq\o\al(－,4)=2MnO2↓＋3O2↑＋2OH－＋2H2OC.3H2O2＋2NaCrO2＋2NaOH=2Na2CrO4＋4H2OD.H2O2＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O[答案]B[解析]A项，H2O2中的O由－1价降到－2价，表现氧化性；B项，H2O2中的O由－1价升到0价，表现还原性，Mn由＋7价降到＋4价，MnOeq\o\al(－,4)表现氧化性；C项，H2O2中的O由－1价降到－2价，表现氧化性，Cr由＋3价升到＋6价，NaCrO2表现还原性；D项，H2O2中的O由－1价降到－2价，表现氧化性，Fe由＋2价升到＋3价，Fe2＋表现还原性。3.Mg、Al、Fe、Cu四种金属在生产生活中应用非常广泛，下列关于这些金属的冶炼，说法正确的是()A.用金属钠可以从CuSO4溶液中置换出CuB.工业上，可以通过电解熔融的氧化铝生产单质铝C.利用H2的还原性，可用H2还原MgO来生产镁D.高炉炼铁的反应中，发生的是氧化还原反应，同时也是置换反应[答案]B[解析]Na的还原性非常强，在CuSO4溶液中，Na首先和水反应，生成NaOH和H2，而不能和CuSO4反应生成单质Cu，故A项错误；Al的还原性很强，只能通过电解法制得，方程式为2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))4Al＋3O2↑，故B项正确；H2的还原性弱于Mg，故H2不能将Mg还原出来，故C项错误；高炉炼铁发生的反应为Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，为氧化还原反应，但不为置换反应。4.(2019·北京八中乌兰察布分校调研)钛(Ti)被称为铁、铝之后的第三金属，以下是由TiO2制Ti的主要反应：①TiO2＋2Cl2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))TiCl4＋2CO②TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(高温))2MgCl2＋Ti下列说法正确的是()A.反应①是置换反应B.反应②是复分解反应C.反应①中TiO2被氧化D.反应②中金属镁被氧化[答案]D[解析]①TiO2＋2Cl2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))TiCl4＋2CO和②TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(高温))2MgCl2＋Ti都属于氧化还原反应，①中钛元素和氧元素的化合价没有发生变化，所以TiO2不可能被氧化。②中Mg的化合价升高，被氧化，D项正确。5.下列关于实验室制取Cl2的反应，下列说法错误的是()A.还原剂是HCl，氧化剂是MnO2B.每生成1molCl2，转移电子的物质的量为2molC.每消耗1molMnO2，起还原作用的HCl为4molD.生成的Cl2中，除含有一些水蒸气以外，还含有HCl杂质[答案]C[解析]实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2：MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，每消耗1molMnO2，参加反应的HCl为4mol，其中起还原作用的HCl为2mol。－→FeOeq\o\al(2－,4)＋Cl－＋H2O(未配平)，下列叙述正确的是()A.ClO－是还原剂B.1molFe(OH)3得到3mol电子C.反应配平后，H2O的化学计量数为4D.用高铁酸钾处理水时，用到了其强氧化性，且其还原产物在水中能产生具有强吸附能力的Fe(OH)3胶体[答案]D[解析]Cl元素化合价降低，则ClO－是氧化剂，故A错误；Fe元素的化合价升高，则1molFe(OH)3失去3mol电子，故B错误；由电子得失守恒、电荷守恒可配平方程式：2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋3Cl－＋5H2O，H2O的化学计量数为5，故C错误；用高铁酸钾处理水时，用到了其强氧化性可杀菌消毒，且其还原产物(Fe3＋)在溶液中可形成强吸附性的Fe(OH)3胶体，故可吸附水中悬浮杂质，故D正确。7.H2O2是在医疗、化工方面应用广泛的化学试剂。(1)Na2O2、CaO2以及BaO2都可与酸反应生成过氧化氢，实验室通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸反应，过滤后即可制得较纯净的H2O2溶液，则应选择的过氧化物是________。(2)实验室可用H2O2与次氯酸钠反应制氧气，其中还原剂是________，写出反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________________________