高中化學(xué) 第二章 元素與物質(zhì)世界 第3節(jié) 氧化劑和還原劑學(xué)案（2）魯科版必修1.doc

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第3節(jié) 氧化劑和還原劑 知識(shí)巧學(xué)升華 一、氧化還原反應(yīng) 1．元素化合價(jià)在化學(xué)反應(yīng)中的變化 （1）氧化還原反應(yīng)的概念：反應(yīng)中有元素化合價(jià)變化的反應(yīng)叫做氧化還原反應(yīng)。所有元素的化合價(jià)都沒有發(fā)生變化的化學(xué)反應(yīng)叫做非氧化還原反應(yīng)。 例如下列兩個(gè)反應(yīng)，前者是氧化還原反應(yīng)，后者不是。 （2）氧化還原反應(yīng)的判斷：根據(jù)反應(yīng)前后元素的化合價(jià)有無變化將化學(xué)反應(yīng)分為兩大類——氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng) （3）氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)：在氧化還原反應(yīng)中，反應(yīng)物所含元素化合價(jià)升高的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)，反應(yīng)物所含元素化合價(jià)降低的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。如下列反應(yīng)中，鐵元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)；銅元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)。 2．氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) （1）氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移——電子轉(zhuǎn)移包括電子的得失（離子反應(yīng)）和偏移。元素化合價(jià)的變化是電子轉(zhuǎn)移的表現(xiàn)形式，是氧化還原反應(yīng)的特征。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格判定氧化還原反應(yīng)的常用方法： ①特征判定法：有化合價(jià)變化的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)。 ②實(shí)質(zhì)判定法：有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)。 （2）氧化還原反應(yīng)的表示方法 方法 1雙線橋法——用帶箭頭的橋線將反應(yīng)前后化合價(jià)升高的元素及化合價(jià)降低的元素分別連接起來，并在橋線上下注明電子得失、化合價(jià)升降等表示氧化還原反應(yīng)的方法。如： 得到4e-，化合降低 書寫步驟為： ①寫出反應(yīng)方程式，標(biāo)出發(fā)生變化的元素的化合價(jià)。 ②用帶箭頭的橋線把化合價(jià)升高（或降低）的元素連接起來，箭頭指向生成物中的相應(yīng)元素。 ③在橋線上、下標(biāo)出電子的得失和化合價(jià)的升降。反應(yīng)中，失去電子總數(shù)等于元素化合價(jià)的升高總數(shù)，得到電子總數(shù)等于元素化合價(jià)的降低總數(shù)。得失電子數(shù)目可以用計(jì)算過程表示，也可以用計(jì)算結(jié)果表示。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格①橋線兩端的元素須是同種元素； ②箭尾處是反應(yīng)物，箭頭處是生成物； ③橋線上下得失電子總數(shù)相等。 方法 2單線橋法——用帶箭頭的橋線將反應(yīng)物中得到和失去電子的元素連接起來，并在橋線上注明電子轉(zhuǎn)移數(shù)目的表示氧化還原反應(yīng)的方法。如： 書寫步驟為： ①寫出反應(yīng)方程式，標(biāo)出發(fā)生變化的元素的化合價(jià)。 ②用帶箭頭的橋線把反應(yīng)物中化合價(jià)發(fā)生變化的元素連接起來，箭頭由失電子元素指向得電子元素。 ③在橋線上標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目，可以是元素化合價(jià)的升高總數(shù)，也可以是元素化合價(jià)的降低總數(shù)。 規(guī)律總結(jié)： 二、氧化劑和還原劑 1．氧化劑和還原劑的概念 在氧化還原反應(yīng)中，所含元素的化合價(jià)降低的反應(yīng)物稱為氧化劑； 所含元素的化合價(jià)升高的反應(yīng)物稱為還原劑。 如Cl2和Cu的反應(yīng)中，Cl元素化合價(jià)降低（0→－1），含Cl元素的反應(yīng)物Cl2是氧化劑，Cu元素化合價(jià)升高（0→+2），含Cu元素的金屬Cu是還原劑。Cl2與H2O的反應(yīng)中，Cl元素的化合價(jià)部分升高（0→+1）、部分降低（0→－1），因此Cl2既是還原劑又是氧化劑。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格氧化劑和還原劑都是反應(yīng)物。 2．氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物 在氧化還原反應(yīng)中，由還原反應(yīng)（元素的化合價(jià)降低）得到的生成物稱為還原產(chǎn)物；由氧化反應(yīng)（元素的化合價(jià)升高）得到的生成物稱為氧化產(chǎn)物。 3．氧化劑和還原劑的性質(zhì) 氧化劑具有氧化性，反應(yīng)中被還原，得到的生成物為還原產(chǎn)物；還原劑具有還原性，反應(yīng)中被氧化，得到的生成物為氧化產(chǎn)物。如Fe和稀HNO3的反應(yīng)中，N元素化合價(jià)降低，HNO3是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)中被還原得到的生成物NO是還原產(chǎn)物；Fe元素化合價(jià)升高，F(xiàn)e是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中被氧化，得到的生成物Fe（NO3）3是氧化產(chǎn)物。可用下式表示： 又如下列反應(yīng)中，氧化劑和還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別是： 要點(diǎn)提示 注意此處空半格氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物都是指生成物，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物可以是同一種物質(zhì)。 記憶要訣 注意此處空半格氧化反應(yīng)：失去電子，化合價(jià)升高，被氧化——“失高氧”；還原反應(yīng)：得到電子，化合價(jià)降低，被還原——“得低還”。 4．氧化劑和還原劑的判斷 由氧化劑和還原劑的定義可知，可以根據(jù)物質(zhì)中所含元素的化合價(jià)推測(cè)物質(zhì)是具有氧化性還是還原性，它們?cè)谘趸€原反應(yīng)中是作氧化劑還是還原劑。 ①若物質(zhì)所含元素處于較低價(jià)態(tài)，反應(yīng)中元素化合價(jià)可以升高，則物質(zhì)具有還原性，反應(yīng)中可作還原劑，如金屬單質(zhì)（Na、Zn、Fe、Cu等）、K、H2、O2等。常見的還原劑還有H2、C、CO等。 ②若物質(zhì)中所含元素處于較高價(jià)態(tài)，反應(yīng)中元素化合價(jià)可以降低，則物質(zhì)具有氧化性，反應(yīng)中可作氧化劑，如活潑非金屬單質(zhì)（O2、Cl2等）、KnO4、H2O4（濃）、HO3、Cl3等。 ③若物質(zhì)中所含元素處于中間價(jià)態(tài)，反應(yīng)中元素化合價(jià)可以升高也可以降低，則該物質(zhì)既有氧化性又有還原性，反應(yīng)中作氧化劑還是還原劑視具體情況而定。 ④若物質(zhì)中所含元素處于最高價(jià)態(tài)，則該物質(zhì)只有氧化性，若物質(zhì)中所含元素處于最低價(jià)態(tài)，則該物質(zhì)只有還原性，如I－只有還原性。HNO3中的H和N，H2SO4中S只有氧化性。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格當(dāng)一種物質(zhì)中含有多種元素時(shí)，從不同元素分析物質(zhì)表現(xiàn)的氧化性和還原性可能不同，如H+1C-1l中H元素處于最高價(jià)，可表現(xiàn)氧化性，一定條件下HCl可作氧化劑，而Cl元素處于最低價(jià)，又可表現(xiàn)還原性，一定條件下HCl也可作還原劑。 5．氧化性和還原性強(qiáng)弱比較 （1）一般情況下，同種元素從低價(jià)態(tài)到高價(jià)態(tài)，氧化性逐漸增強(qiáng)，還原性減弱。最高價(jià)態(tài)無還原性，最低價(jià)態(tài)無氧化性。 （2）不同氧化劑與同種還原劑反應(yīng)，還原劑被氧化的價(jià)態(tài)越高，氧化劑的氧化性越強(qiáng)。同價(jià)態(tài)的，根據(jù)反應(yīng)發(fā)生的條件，反應(yīng)越容易的，氧化劑氧化性越強(qiáng)。還原性同理。 （3）在同一個(gè)氧化還原反應(yīng)中，氧化性：氧化劑＞氧化產(chǎn)物；還原性：還原劑＞還原產(chǎn)物。 （4）按金屬活動(dòng)性順序表，位置越靠前的金屬還原性越強(qiáng)；陽(yáng)離子氧化性：位置越靠后的金屬陽(yáng)離子氧化性越強(qiáng)（Fe3＋特殊?。?。 （5）濃硫酸的氧化性：濃硫酸能氧化許多物質(zhì)，例如：Cu＋2H2S+6O4（濃）CuSO4＋O2↑＋2H2O，常溫下，鐵、鋁在濃H2SO4中鈍化：表面形成一層致密的氧化物保護(hù)膜，阻礙反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。鈍化是有條件的，如果加熱，則Fe、Al易與濃H2SO4反應(yīng)。 三、鐵及其化合物的氧化性和還原性 1．鐵的存在形態(tài) （1）游離態(tài)：隕鐵 （2）化合態(tài)：+2價(jià)鐵和+3價(jià)鐵 2．鐵的含量：在地殼中含量4．65%，僅次于氧、硅、鋁。 3．鐵的氧化物和氫氧化物 （1）鐵的氧化物 名稱 氧化亞鐵 氧化鐵 四氧化三鐵 俗名 —— 鐵紅 磁性氧化鐵 化學(xué)式 FeO Fe2O3 Fe3O4（FeO2Fe2O3） 顏色 黑色 紅棕色 黑色 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定 鐵的化合價(jià) +2 +3 +2（占1/3） +3（占2/3） （2）鐵的氫氧化物 名稱 氫氧化亞鐵 氫氧化鐵 化學(xué)式 Fe（OH）2 Fe（OH）3 顏色 白色 紅褐色 穩(wěn)定 性常溫下易被空氣氧化（白色迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色）：4Fe（OH）2+O2+2H2O══4Fe（OH）3 受熱發(fā)生分解2Fe（OH）3Fe2O3+H2O 溶解性 不溶于水 不溶于水 4．“鐵”的五顏六色 （1）銀白色：塊狀鐵； （2）白色：Fe（OH）2； （3）黑色：FeO、Fe3O4、FeS； （4）紅棕色：Fe2O3；紅褐色：Fe（OH）3；紅色：［Fe（SCN）］2+； （5）淺綠色：Fe2+，［Fe（SCN）］+； （6）棕黃色：Fe3+；黃色：FeS2； （7）灰黑色：粉狀鐵。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格Fe2+、Fe3+可以用OH－檢驗(yàn)，若溶液中存在Fe2+，滴入堿液后立即生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色；若溶液中有Fe3+，滴入堿液后，立即生成紅褐色沉淀。 5．Fe3+的檢驗(yàn)：化學(xué)上，常用KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3+的存在。 Fe3++SCN－══［Fe（SCN）］2+（紅色溶液）。 6．鐵及其化合物的性質(zhì) （1）Fe的還原性 ①與非金屬的反應(yīng) Fe+SFeS 要點(diǎn)提示 注意此處空半格 Fe與Cl2反應(yīng)生成+3價(jià)化合物FeCl3，而與S反應(yīng)時(shí)生成+2價(jià)化合物FeS。 ②與酸的反應(yīng) 鐵（或鋁）在冷的濃硫酸、濃硝酸中表面生成一層致密的氧化物薄膜，阻礙內(nèi)部的鐵繼續(xù)被氧化（鐵、鋁的鈍化）。鐵與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)。 總結(jié)歸納 注意此處空半格 稀鹽酸、稀硫酸具有弱氧化性（H+的性質(zhì)），硝酸、濃硫酸具有強(qiáng)氧化性（中心原子的性質(zhì)）。 ③與鹽溶液的反應(yīng) 鐵能將金屬活動(dòng)順序表中排在其后面的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來 ④與水蒸氣的反應(yīng) 要點(diǎn)提示 注意此處空半格Fe與H+、金屬陽(yáng)離子之間發(fā)生置換反應(yīng)時(shí)生成Fe2+。 （2）Fe3+的氧化性 ①Fe3+能氧化大多數(shù)金屬，包括鐵單質(zhì) ②Fe3+能氧化I－和S2－等還原性物質(zhì) 要點(diǎn)提示 注意此處空半格氧化性：Fe3+＞Cu2+＞Fe2+，還原性：S2－＞I－＞Fe2+ （3）Fe2+既有氧化性，又有還原性 ①Fe2+的氧化性 排在鐵前面的金屬能將鐵從其Fe2+的鹽溶液中置換出來。 ②Fe2+的還原性 總結(jié)歸納 注意此處空半格Fe2+的氧化性較弱，只能氧化較活潑金屬。任何反應(yīng)中，反應(yīng)物金屬單質(zhì)都是還原劑。O2、Cl2、HNO3、濃 H2SO4等通常都是氧化劑。 7．金屬鐵、氯化鐵、氯化亞鐵之間的相互轉(zhuǎn)化——鐵三角： 總結(jié)歸納 注意此處空半格 FeCl2遇強(qiáng)氧化劑表現(xiàn)還原性，遇強(qiáng)還原劑表現(xiàn)氧化性。 8．鐵元素與人體健康 （1）人體只吸收 Fe2+，不吸收 Fe3+。 （2）進(jìn)食時(shí)，服用 Vc有利于鐵元素的吸收。Vc具有還原性，可將Fe3+還原為Fe2+。 四、氧化還原反應(yīng)概念的演變 得氧失氧觀點(diǎn) 化合價(jià)升降觀點(diǎn) 電子轉(zhuǎn)移觀點(diǎn) 氧化反應(yīng) 得到氧的反應(yīng) 化合價(jià)升高的反應(yīng) 失去電子的反應(yīng) 還原反應(yīng) 失去氧的反應(yīng) 化合價(jià)降低的反應(yīng) 得到電子的反應(yīng) 氧化還原的關(guān)系 得氧失氧同時(shí)發(fā)生 化合價(jià)升降同時(shí)發(fā)生（且升降總數(shù)相等） 得失電子同時(shí)發(fā)生（且得失電子總數(shù)相等） 氧化還原反應(yīng) 有氧得失的反應(yīng) 有化合價(jià)升降的反應(yīng) 有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng) 要點(diǎn)提示 注意此處空半格①?gòu)牡醚跏а跤^點(diǎn)描述氧化還原反應(yīng)是不完善的，有其局限性；②從化合價(jià)升降觀點(diǎn)可以判斷是否為氧化還原反應(yīng)（外在表現(xiàn)或特征）；③電子轉(zhuǎn)移是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。 五、常見的氧化劑和還原劑 1．常見的氧化劑 （1）非金屬單質(zhì)：F2、Cl2、Br2、O2、S等。 （2）高價(jià)金屬陽(yáng)離子：Cu2+、Ag+、Fe3+等。 （3）高價(jià)或較高價(jià)含氧化合物：H2SO4（濃）、MnO2、HClO、KMnO4、K2Cr2O7、HNO3、HClO3等。 （4）某些過氧化物：Na2O2、H2O2等。 2．常見的還原劑 （1）活潑或較活潑的金屬：K、Na、Mg、Al、Zn、Fe等。 （2）低價(jià)金屬陽(yáng)離子：Fe2+等。 （3）非金屬陰離子：Cl-、Br-、I-、S2-等。 （4）較低價(jià)的化合物：CO、SO2、H2SO3、Na2SO3、NH3等。 （5）某些非金屬單質(zhì)：C、H2、Si等。 在含有變價(jià)元素的化合物中，具有中間價(jià)態(tài)元素的物質(zhì)（單質(zhì)或化合物既可作為氧化劑，又可作為還原劑），例如：Cl2、H2O2、Fe2+、SO2、H2SO3等既有氧化性又有還原性。 問題思路探究 問題 1．幾種不同的物質(zhì)被氧化或被還原時(shí)是否有先后順序？ 思路:遵循先強(qiáng)后弱規(guī)律，首先判斷出物質(zhì)氧化性、還原性的強(qiáng)弱。 探究:一種氧化劑總是優(yōu)先氧化還原性更強(qiáng)的微粒，一種還原劑總是優(yōu)先還原氧化性更強(qiáng)的微粒。如：把Cl2通入含有Br-、I-、S2-的溶液中，依次置換出的是S、I2、Br2，而不是同時(shí)生成這三種物質(zhì)。再如：把Zn加入到含有Cu2+、Ag+的溶液中，首先置換出的是Ag，只有Ag+反應(yīng)完后，才能置換出單質(zhì)Cu。 問題 2．同種元素形成的不同物質(zhì)之間發(fā)生氧化還原時(shí)化合價(jià)有何變化規(guī)律？ 思路:同種元素之間的氧化還原根據(jù)價(jià)態(tài)向中間靠攏但不交叉的原則。 探究:價(jià)態(tài)歸中規(guī)律：同種元素的不同價(jià)態(tài)物質(zhì)之間反應(yīng)，產(chǎn)物中該元素的化合價(jià)為反應(yīng)物的中間價(jià)態(tài)，如2H2S +SO2=3S+2H2O；2FeCl3+Fe=3FeCl2等。若不能完全歸中，則化合價(jià)的升降不應(yīng)有交叉，如H2SO4+H2S=S+SO2+2H2O ，其中S是H2S被氧化的產(chǎn)物，SO2是H2SO4被還原得到的產(chǎn)物。 典題熱題新題 例1．下列反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng)的是（　　） A．3CuS＋8HNO3（?。?Cu（NO3）2＋2NO↑＋3S↓＋4H2O B．6KOH＋3Cl25KCl＋KClO3＋3H2O C．Ba（OH）2＋Na2SO4══BaSO4↓＋2NaOH D．Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe 解析：（價(jià)態(tài)判定法）判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化反應(yīng)，關(guān)鍵是分析反應(yīng)前后元素的化合價(jià)有沒有變化?；瘜W(xué)方程式中，不管有多少種元素，只要能找出其中某一種元素化合價(jià)有變化，這個(gè)反應(yīng)肯定是氧化還原反應(yīng)；反之，所有元素化合價(jià)都沒有發(fā)生變化的反應(yīng)，才是非氧化還原反應(yīng)。 A選項(xiàng)中S元素由－2價(jià)變成了0價(jià)，當(dāng)然也有部分N元素由＋5價(jià)變成了+2價(jià)；B選項(xiàng)中Cl元素化合價(jià)反應(yīng)前是0價(jià)，反應(yīng)后部分變?yōu)椋?價(jià)，部分變成＋5價(jià)；D選項(xiàng)中Al元素反應(yīng)前為0價(jià)，反應(yīng)后變?yōu)椋?價(jià)，當(dāng)然Fe元素也由＋3價(jià)變成了0價(jià)?？梢姡鼈兌紝儆谘趸€原反應(yīng)。這樣，無需再對(duì)C選項(xiàng)作出分析，便知答案。 答案：C 深化升華 注意此處空半格氧化還原反應(yīng)的標(biāo)志是反應(yīng)前后某些元素的化合價(jià)有變化，所以，標(biāo)出化合價(jià)是解題的關(guān)鍵。 例2．指出下列反應(yīng)中的氧化劑和還原劑，寫出發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的元素名稱： （1）2Fe＋3Cl22FeCl3 （2）2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ （3）Mg＋Cu2＋══Mg2＋＋Cu （4）2KNO3＋3C＋SK2S＋3CO2↑＋N2↑ 解析：（1）Fe是還原劑，Cl2是氧化劑，F(xiàn)e元素發(fā)生氧化反應(yīng)，Cl元素發(fā)生還原反應(yīng)。 （2）KMnO4既是氧化劑，又是還原劑；Mn元素發(fā)生還原反應(yīng)，O元素發(fā)生氧化反應(yīng)。 （3）Mg是還原劑，Mg元素發(fā)生氧化反應(yīng)；Cu2＋是氧化劑，Cu元素發(fā)生還原反應(yīng)。 （4）KNO3和S是氧化劑，N元素和S元素被還原；C是還原劑，C元素被氧化。 答案：（1）Cl2、Fe，鐵、氯；（2）KMnO4、KMnO4，氧、錳；（3）Cu2＋、Mg，鎂、銅；（4）KNO3和S、C，碳、氮和硫。 深化升華 注意此處空半格氧化劑和還原劑的判斷：物質(zhì)所含元素化合價(jià)升高的是還原劑，物質(zhì)所含元素化合價(jià)降低的是氧化劑，解題思路是首先標(biāo)出元素的化合價(jià)變化。 例3．根據(jù)下列反應(yīng)，判斷有關(guān)物質(zhì)還原性由強(qiáng)到弱的順序正確的是（　?。? ①H2SO3＋I(xiàn)2＋H2O══2HI＋H2SO4 ②2FeCl3＋2HI══2FeCl2＋2HCl＋I(xiàn)2 ③3FeCl2＋4HNO3══2FeCl3＋NO↑＋2H2O＋Fe（NO3）3 A．H2SO3＞HI＞FeCl2＞NO B．HI＞FeCl2＞H2SO3＞NO C．FeCl2＞HI＞H2SO3＞NO D．NO＞FeCl2＞H2SO3＞HI 解析：（排除法）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中，氧化性：氧化劑＞氧化產(chǎn)物；還原性：還原劑＞還原產(chǎn)物。先分析反應(yīng)①： H2O3+2+H2O══2H+H2O4 還原劑　　　　　　　還原產(chǎn)物 還原性強(qiáng)　　　　　　還原性弱 可見，還原性：H2SO3>HI，從而淘汰B、C選項(xiàng)。再分析反應(yīng)②： 2Cl3+2H══2Cl2+2HCl+ 還原劑 還原產(chǎn)物 還原性強(qiáng) 還原性弱 可見，還原性：HI>FeCl2，從而淘汰D選項(xiàng)。不必再對(duì)反應(yīng)③進(jìn)行分析。 答案：A 深化升華 注意此處空半格根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，兩強(qiáng)生成兩弱：氧化性：氧化劑＞氧化產(chǎn)物；還原性：還原劑＞還原產(chǎn)物，然后將各項(xiàng)連接起來，即得出答案。