《4.1氧化还原反应》知识清单

《4.1氧化还原反应》知识清单一、氧化还原反应的基本概念（一）氧化反应和还原反应1、**氧化反应**-简单来说，氧化反应就是物质得到氧的反应。比如说，我们生活中常见的铁生锈，铁（Fe）在空气中和氧气（O₂）发生反应，铁得到了氧变成了铁锈（主要成分是Fe₂O₃），这就是一个氧化反应。就像我有个朋友，他有一辆很新的自行车，有一段时间放在院子里没管，结果过了几个月，车的一些部件就生锈了。这个过程就是铁发生了氧化反应，铁变成了铁锈，车子也变得不好看了，还影响使用。-在化学方程式中，例如：2Cu+O₂=2CuO，铜（Cu）得到氧变成了氧化铜（CuO），这就是铜发生了氧化反应。2、**还原反应**-还原反应呢，是物质失去氧的反应。比如在实验室里，我们用氢气（H₂）还原氧化铜（CuO）的实验。氧化铜失去氧变成了铜，这个过程就是还原反应。我记得在化学实验课上，老师做这个实验的时候，我们看到黑色的氧化铜粉末在加热并且通入氢气之后，慢慢地变成了红色的铜，特别神奇。反应方程式是：CuO+H₂=Cu+H₂O。（二）氧化剂和还原剂1、**氧化剂**-氧化剂是在反应中提供氧的物质，它能使别的物质发生氧化反应。在前面提到的铁生锈的例子中，氧气就是氧化剂，因为它给铁提供了氧，让铁发生了氧化反应。在化学反应里，氧化剂在反应中本身是被还原的。像在反应2Mg+O₂=2MgO中，氧气（O₂）就是氧化剂，它把镁（Mg）氧化成了氧化镁（MgO），而氧气自己被还原了。2、**还原剂**-还原剂是在反应中得到氧的物质，它能使别的物质发生还原反应。还说氢气还原氧化铜这个实验，氢气就是还原剂。因为氢气从氧化铜那里得到了氧，让氧化铜发生了还原反应。在反应中，还原剂本身是被氧化的。就像我们人在生活中有时候也会扮演“还原剂”的角色，比如在一个团队合作项目中，有些人可能会为了让项目中的某个重要环节（类似于氧化剂的角色）能够顺利进行，自己承担更多的工作，牺牲自己的一些利益（就像被氧化了一样）。（三）氧化产物和还原产物1、**氧化产物**-氧化产物是在氧化反应中得到氧之后生成的物质。比如在2H₂S+3O₂=2SO₂+2H₂O这个反应中，硫化氢（H₂S）被氧化，生成的二氧化硫（SO₂）就是氧化产物。这就好比我们把一个普通的东西（硫化氢）进行了改造（被氧化），得到了一个新的东西（二氧化硫），这个新的东西就是氧化产物。2、**还原产物**-还原产物是在还原反应中失去氧之后生成的物质。在前面氢气还原氧化铜的反应中，氧化铜被还原，生成的铜就是还原产物。这就像我们把一个复杂的东西（氧化铜）简化（被还原），得到了一个更单纯的东西（铜），这个铜就是还原产物。二、氧化还原反应的特征和实质（一）氧化还原反应的特征-化合价的升降1、**化合价的概念**-化合价就像是元素在化学世界里的“身价”。每个元素都有自己的化合价，它表示原子之间相互化合的数目。比如说，在氯化钠（NaCl）中，钠（Na）的化合价是+1价，氯（Cl）的化合价是-1价。这就好比在一个交易市场里，钠愿意给出1个电子，氯愿意接受1个电子，这样它们就达成了“交易”，形成了氯化钠这个化合物。2、**化合价在氧化还原反应中的变化**-在氧化还原反应中，必然有元素的化合价发生变化。例如在反应Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu中，铁（Fe）的化合价从0价变成了+2价，铜（Cu）的化合价从+2价变成了0价。铁的化合价升高了，说明铁发生了氧化反应；铜的化合价降低了，说明铜发生了还原反应。这就像两个人在交换东西，一个人给出去了一些价值（化合价升高，被氧化），另一个人得到了一些价值（化合价降低，被还原）。我曾经观察过一个类似的现象，在一个游戏里，玩家之间可以互相交换道具，有些道具在交换过程中价值会升高或者降低，就和元素在氧化还原反应中的化合价变化有点相似。（二）氧化还原反应的实质-电子的转移1、**电子转移的类型-电子的得失**-在一些氧化还原反应中，元素之间发生电子的得失。就像前面提到的钠和氯形成氯化钠的例子，钠原子最外层有1个电子，它很容易失去这个电子变成带+1价的钠离子（Na⁺）；氯原子最外层有7个电子，它很容易得到1个电子变成带-1价的氯离子（Cl⁻）。这就像一个人把自己的东西（电子）给了另一个人，然后双方的状态（化合价）都发生了改变。在反应2Na+Cl₂=2NaCl中，钠失去电子，发生氧化反应，氯得到电子，发生还原反应。2、**电子转移的类型-电子的偏移**-除了电子的得失，还有电子的偏移这种情况。在共价化合物中，比如氯化氢（HCl），氢原子和氯原子共用一对电子。但是氯原子吸引电子的能力比氢原子强，所以这对电子会偏向氯原子，使得氯原子略显负电性，氢原子略显正电性。这就像两个人一起拉一个东西（电子对），但是其中一个人力气大一点（吸引电子能力强），这个东西就会偏向他那边。在这个过程中，虽然没有电子的完全得失，但是也发生了电子的偏移，这也是氧化还原反应的一种情况。三、氧化还原反应与四种基本反应类型的关系（一）化合反应与氧化还原反应1、**部分化合反应是氧化还原反应**-化合反应是指两种或两种以上的物质生成一种物质的反应。有些化合反应是氧化还原反应，比如2H₂+O₂=2H₂O，这个反应中氢和氧反应生成水，氢的化合价从0价升高到+1价，氧的化合价从0价降低到-2价，有化合价的升降，所以是氧化还原反应。这就像几个人合作（化合）去做一件事，在这个过程中大家的角色（化合价）发生了变化，有的变得更重要（化合价升高），有的变得不那么重要（化合价降低）。2、**部分化合反应不是氧化还原反应**-像CaO+H₂O=Ca(OH)₂这个反应，反应前后各元素的化合价都没有变化，所以它不是氧化还原反应。这就好比几个人一起合作做一件事，但是大家在这个过程中的地位（化合价）都没有改变。（二）分解反应与氧化还原反应1、**部分分解反应是氧化还原反应**-分解反应是一种物质生成两种或两种以上物质的反应。例如2KClO₃=2KCl+3O₂↑，在这个反应中，氯酸钾（KClO₃）分解成氯化钾（KCl）和氧气（O₂），氯元素的化合价从+5价降低到-1价，氧元素的化合价从-2价升高到0价，有化合价的升降，是氧化还原反应。这就像一个团队（氯酸钾）解散了，里面的成员（元素）各自去做不同的事情，而且在这个过程中大家的身份（化合价）发生了变化。2、**部分分解反应不是氧化还原反应**-像CaCO₃=CaO+CO₂↑这个反应，反应前后各元素的化合价都没有变化，所以不是氧化还原反应。这就好比一个群体（碳酸钙）分开成几个小群体（氧化钙和二氧化碳），但是每个小群体里面成员的地位（化合价）都没有改变。（三）置换反应与氧化还原反应1、**置换反应都是氧化还原反应**-置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应。例如Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，锌（Zn）的化合价从0价升高到+2价，氢（H）的化合价从+1价降低到0价，有化合价的升降，所以是氧化还原反应。这就像两个人交换工作岗位（单质和化合物中的元素交换位置），在这个交换过程中，大家的报酬（化合价）发生了变化。（四）复分解反应与氧化还原反应1、**复分解反应都不是氧化还原反应**-复分解反应是两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应。例如HCl+NaOH=NaCl+H₂O，反应前后各元素的化合价都没有变化，所以不是氧化还原反应。这就像两个人互相交换手中的东西（化合物中的离子），但是交换前后大家的价值（化合价）都没有改变。四、氧化还原反应方程式的配平（一）配平的原则1、**得失电子守恒**-氧化还原反应中，氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。这就好比在一场交易中，总的收支要平衡。比如说在配平反应Cu+HNO₃→Cu(NO₃)₂+NO+H₂O这个反应时，铜从0价变成+2价，失去2个电子；氮从+5价变成+2价，得到3个电子。为了让得失电子守恒，我们要找到合适的系数，让失去的电子数和得到的电子数相等。2、**质量守恒**-反应前后原子的种类和数目不变。这就像我们搭积木，不管怎么搭（反应），积木的块数（原子数目）和种类都不能变。在配平氧化还原反应方程式时，要保证方程式两边各种原子的数目是一样的。3、**电荷守恒（对于离子方程式）**-如果是离子方程式，反应前后离子的电荷总数要相等。这就像在一个有电荷的环境里，进来的电荷和出去的电荷要一样多，不然就会不平衡。（二）配平的方法-化合价升降法1、**步骤一：标价态**-先写出反应的反应物和生成物，然后标明各元素的化合价。比如在反应KMnO₄+HCl→KCl+MnCl₂+Cl₂+H₂O中，我们先把反应式写出来，然后标明高锰酸钾（KMnO₄）中锰（Mn）的化合价是+7价，盐酸（HCl）中氯（Cl）的化合价是-1价，氯化钾（KCl）中氯是-1价，氯化锰（MnCl₂）中锰是+2价，氯气（Cl₂）中氯是0价。2、**步骤二：找变化**-找出化合价发生变化的元素，计算出化合价升高和降低的数值。在这个反应中，锰元素的化合价从+7价降低到+2价，降低了5；氯元素的化合价从-1价升高到0价，升高了1。但是生成1个氯气分子需要2个氯原子，所以氯元素化合价升高总数是2。3、**步骤三：求最小公倍数**-根据化合价升高和降低的数值，求出它们的最小公倍数。在这里，5和2的最小公倍数是10。4、**步骤四：配系数**-根据最小公倍数，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数。为了让锰元素化合价降低总数是10，高锰酸钾的系数是2；为了让氯元素化合价升高总数是10，氯气的系数是5。然后再根据质量守恒定律，配平其他物质的系数，得到2KMnO₄+16HCl=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂+8H₂O。五、典型问题1、如何判断一个反应是否为氧化还原反应？-答案：看反应中是否有元素化合价的升降。如果有元素的化合价发生了变化，那么这个反应就是氧化还原反应；如果反应前后各元素的化合价都没有变化，就不是氧化还原反应。例如，反应CaO+H₂O=Ca(OH)₂，反应前后钙（Ca）、氢（H）、氧（O）的化合价都没有变化，所以这个反应不是氧化还原反应；而反应2Na+Cl₂=2NaCl中，钠（Na）的化合价从0价变为+1价，氯（Cl）的化合价从0价变为-1价，有化合价的升降，所以是氧化还原反应。2、在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比如何确定？-答案：首先要确定氧化剂和还原剂在反应中的化合价变化情况，然后根据得失电子守恒来确定它们的物质的量之比。例如在反应3Cu+8HNO₃=3Cu(NO₃)₂+2NO+4H₂O中，铜（Cu）是还原剂，硝酸（HNO₃）部分作氧化剂。铜从0价变为+2价，1个铜原子失去2个电子；硝酸中的氮从+5价变为+2价，1个氮原子得到3个电子。根据得失电子守恒，3个铜原子失去6个电子，2个氮原子得到6个电子，所以氧化剂（硝酸中作氧化剂的部分）和还原剂（铜）的物质的量之比为2:3。3、氧化还原反应方程式配平有哪些易错点？-答案：-一是化合价标错。比如在一些复杂化合物中元素化合价的判断错误。例如在Fe₃O₄中，铁元素的化合价既有+2价又有+3价，如果错误地认为铁元素只有一种化合价，就会导致配平错误。-二是在计算化合价升降总数时计算错误。比如在反应中涉及多个原子化合价变化时，没有准确计算总的化合价升降数值。像在反应2KClO₃=2KCl+3O₂↑中，如果只考虑氯酸钾（KClO₃）中氯元素的化合价变化，而忘记氧元素化合价的变化，就会导致配平出现问题。-三是在根据最小公倍数确定系数后，没有正确运用质量守恒定律来配平其他物质的系数。例如在配平一些有多种产物或反应物的反应时，只关注了化合价变化的物质，而忽略了其他物质系数的调整。氧化还原反应习题一、基础题1、下列反应中，属于氧化还原反应的是（）-A.CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑-B.CaO+H₂O=Ca(OH)₂-C.2KMnO₄=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑-D.Cu(OH)₂=CuO+H₂O-答案：C。在反应2KMnO₄=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑中，锰元素的化合价从+7价变为+6价和+4价，氧元素的化合价从-2价变为0价，有化合价的升降，所以是氧化还原反应；而A、B、D选项中的反应，反应前后各元素的化合价都没有变化，不是氧化还原反应。2、在反应2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂中，氧化剂是（），还原剂是（），氧化产物是（），还原产物是（）。-答案：氧化剂是FeCl₃，因为铁元素的化合价从+3价降低到+2价；还原剂是Cu，因为铜元素的化合价从0价升高到+2价；氧化产物是CuCl₂，因为铜被氧化得到它；还原产物是FeCl₂，因为铁被还