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氧化还原反应

核心导读:一. 本周教学内容:氧化还原反应   二. 教学目标 理解氧化还原反应的概念和本质, 学会用化合价升降法分析氧化还原反应, 了解常见的氧化剂、还原剂,并能比较氧化性、还原性的相对强弱; 掌握氧化还原反应的计算   三. 教学重点、难点 氧化还原反应的概念辨析,氧化还原反应的计算   四. 教学过程: (一)氧化还原反应的概念: 还原反应:物质所含元素的化合价降低的反应;所含元素化合价降低的物质称为氧化剂; 还原性是指物质失电子

一. 本周教学内容:氧化还原反应

 

二. 教学目标

理解氧化还原反应的概念和本质, 学会用化合价升降法分析氧化还原反应,

了解常见的氧化剂、还原剂,并能比较氧化性、还原性的相对强弱;

掌握氧化还原反应的计算

 

三. 教学重点、难点

氧化还原反应的概念辨析,氧化还原反应的计算

 

四. 教学过程:

(一)氧化还原反应的概念:

还原反应:物质所含元素的化合价降低的反应;所含元素化合价降低的物质称为氧化剂;

还原性是指物质失电子的能力,还原剂具有还原性。

氧化剂→氧化性→得电子→价降低→被还原→还原产物

  ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

还原剂→还原性→失电子→价升高→被氧化→氧化产物

氧化还原反应的本质是:反应过程中有电子转移或得失;

氧化还原反应的特征是:反应前后元素的化合价发生了改变;

判断氧化还原反应的方法是:反应前后物质所含元素的化合价是否发生改变,若变化,则为氧化还原反应,反之,不属于氧化还原反应。

氧化还原反应的表示方法

在反应中,变价元素从反应物指向生成物,两端对准同种元素,标明电子转移总数,写“得”“失”,箭头方向不代表电子转移方向,仅表示电子转移的前后变化。

3、常见的四种基本反应类型中,复分解反应肯定不属于氧化还原反应,置换反应肯定是氧化还原反应,而化合反应和分解反应中若有单质参与,则肯定是氧化还原反应。

4、氧化还原反应的基本规律:

(1)守恒律: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。

(2)价态律:元素处于最高价,只有氧化性;元素处于最低价,只有还原性;元素处于中间价态,既有氧化性又有还原性,但主要呈现一种性质。即:“高价氧化低价还,中间价态两头转”

(3)强弱律:强制弱:强氧化剂 强还原剂=弱还原剂 弱氧化剂。主要应用:

①比较物质间氧化性或还原性的强弱;

②在适宜条件下,用氧化性强的物质制备氧化性弱的物质或用还原性强的物质制备还原性弱的物质。

(4)转化律:氧化还原反应中,以元素相邻价态间的转化最容易;同种元素不同价态之间的氧化反应,化合价的变化遵循“只靠拢,不交叉”(即价态归中 ) ;同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应。

歧化律-?D处于中间价态的元素同时升降

归中律-?D同种元素不同价态反应时,化合价向中间靠拢,且一般符合邻位转化和互不换位规律,同种元素相邻价态不发生氧化还原反应

(5)优先律:一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时,还原性最强的优先发生反应。一种还原剂与多种氧化剂相遇时,氧化性最强的优先发生反应。即“先强后弱”原则。

(6)难易律:越易失电子的物质,失后就越难得电子;越易得电子的物质,得后就越难失电子。

(二)氧化性、还原性强弱的比较:

氧化性、还原性的强弱取决于得、失电子的能力,与得失电子的多少无关。一般从元素的价态考虑时:元素处于最高价态,则只有氧化性;处于最低价态,则只有还原性;而处于中间价态时,既有氧化性,又有还原性。

常用的判断方法有:

(1)根据金属活动顺序表:单质失电子能力逐渐增强,还原性逐渐增强,其简单阳离子得电子能力逐渐减弱,氧化性逐渐减弱。

(2)根据非金属活动顺序判断:一般情况下,F2、Cl2、Br2、I2、S单质的氧化性逐渐减弱,F、Cl、Br、I、S2,其简单阴离子的还原性逐渐增强。

(3)从元素化合价的高低来判断:一般地说,同一种变价元素的几种物质,它们的氧化能力是由高价态到低价态逐渐减弱,还原能力则依次逐渐增强。特殊性:氧化、还原能力还与物质的稳定性、温度、浓度、酸碱性等有关。

如:氧化性HClO > HClO4; H2SO3 > H2SO4(稀)

KMnO4氧化性:酸性 > 中性 > 碱性

(4)根据化学方程式:自发进行的氧化还原反应中:

强氧化剂 强还原剂=弱还原剂 弱氧化剂

氧化性:氧化剂>氧化产物;还原性: 还原剂>还原产物

另外大多数情况下,在氧化还原反应中:氧化性:氧化剂 > 还原剂;还原性:还原剂 > 氧化剂

(5)根据元素周期表判断:同主族元素:金属单质的还原性随金属性的增强而增强,其简单离子的氧化性相应减弱;非金属单质的氧化性随非金属性的增强而增强,其简单阴离子的还原性相应减弱

(6)根据反应进行的难易判断:不同氧化剂与同一还原剂反应,越容易进行的反应其中氧化剂的氧化性越强;不同还原剂与同一氧化剂反应,越容易进行的反应其中还原剂的还原性越强。

(7)根据电极反应判断:a、两种不同的金属构成原电池时,做负极的金属的还原性比做正极的金属的还原性强。b、用惰性电极电解混合溶液时,在阴极先放电的金属离子的氧化性强;在阳极先放电的阴离子的还原性强。

说明:

 1、氧化性和还原性是指得失电子的能力,因此,氧化性、还原性的强弱取决于得、失电子的能力大小,与得失电子的多少无关。

 2、物质的氧化性、还原性的相对强弱还与物质的浓度、酸碱性、温度等因素有关。如:浓硫酸具有强氧化性,而稀硫酸不具有强氧化性;浓盐酸具有强还原性,而稀盐酸不具有强还原性;酸性KMnO4溶液的氧化性比中性或弱碱性溶液中的氧化性都强等。

 3、氧化性、还原性的相对强弱还可以根据反应条件判断:反应条件越简单,反应越剧烈,对应物质的氧化性或还原性越强。如是否加热、有无催化剂及反应的温度高低、反应的浓度大小等。

 4、同一氧化剂与不同还原剂反应时,谁放出的能量大,谁的氧化性就强;同理,同一还原剂与不同的氧化剂反应时,谁放出的能量大,谁的还原性就强。

 5、在利用电化学原理判断金属的还原性的相对强弱时,一般做负极的金属的活泼性较强,但在某些特定的原电池反应中,也可能出现反例。如:镁、铝和氢氧化钠组成原电池时,作为负极的金属就是铝,它的还原性比镁弱,但铝可与氢氧化钠发生自发的氧化还原反应。

(三)氧化还原反应方程式的配平:

用化合价升降法(电子得失法)配平各种类型的氧化还原反应的方程式。主要以选择、填空、推断等形式出现。

氧化还原反应方程式的配平依据:质量守恒定律和反应中元素的化合价升降总数相等

氧化还原反应的配平步骤:①标;②等;③定;④配;⑤查

说明:

 1、①标是标出化合价发生变化的元素的化合价;②等是化合价升高与降低的总数相等;③定是指确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物前面的系数,这类系数称为氧化还原系数;④配是指用观察法配平方程式其他物质前面的系数;⑤查,要求从质量守恒、电荷守恒和得失电子守恒三个方面检查方程式配平是否正确。

 2、配平方法:

①顺配法(先从氧化剂或还原剂开始配平),适用于分子间的氧化还原反应,生成物中既有氧化产物又有还原产物,所有元素参与的氧化还原反应等;

如:铝在空气中燃烧、氯酸钾与浓盐酸的反应等

②逆配法(先从氧化还原产物开始配平),适用于自身氧化还原反应,反应物中某一部分被氧化或被还原。

如:K2Cr2O7 HCl-KCl CrCl3 H2O Cl2、AgNO3-Ag NO2 O2、

Br2 Na2CO3-NaBr NaBrO3 CO2等。

3、几类反应的配平技巧:

①缺项类:可能缺的项:一般为反应介质,通常是酸、碱或水,它们参与反应,但其中元素的化合价不变;确定方法:先配出氧化还原系数,后根据离子电荷守恒和原子个数守恒确定。如:Fe(NO3)2 KOH Cl2-K2FeO4 KNO3 KCl      

②多变类:有两种以上元素的价态改变;存在一种物质,其中两种元素的价态均同时升高或降低。配平技巧:整体 零价法。

如:FeS2 O2-Fe2O3 SO2、P CuSO4 H2O-H3PO4 Cu3P H2SO4

 

【典型例题】

例1. 下列四类反应:①置换反应,②复分解反应,③没有单质参加的化合反应,④没有单质生成的分解反应。其中一定不是氧化还原反应的是

A、只有② B、只有②③ C、②③④ D、①②③④

答案:A

例2. 化合物A、B、C都只含有两种元素,且A、B均含X元素。已知一定条件下可发生反应:A B→X C,X是一种单质,由此可知X元素:

A、一定是金属元素 B、一定是非金属元素
C、可能是金属元素,也可能是非金属元素 D、无法确定

答案:B

例3. 在反应11P 15CuSO4 24H2O=5Cu3P 6H3PO4 15H2SO4中,每摩尔CuSO4能氧化P的物质的量为 

A、1/5 mol B、2/5 mol C、3/5mol D、11/5 mol

答案:A

 

例4. 已知反应:10AgF 5Cl2 5H2O=9AgCl AgClO3 10HF O2,试回答:

(1)反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是____________;

(2)当转移1 mol电子时,被氧化的Cl2的物质的量是___________;

(3)每产生1 mol O2时,被氧元素还原的Cl2的物质的量是___________;

(4)反应消耗的水是(   )

A. 全部被氧化 B. 全部被还原 C. 被氧化 D. 被还原

(1)有4.5 mol Cl2做氧化剂,做还原剂的有0.5 mol Cl2和2 mol O2,为4.5:2.5=9:5;

(2)根据分析,每转移9mol电子,被氧化的Cl2的物质的量为1/2mol,则转移1 mol电子时,被氧化的Cl2的物质的量为1/18mol;

(3)O元素由-2价转变为0价,失去2个电子。每生成1molO2共失去4mol电子,则被氧元素还原的Cl2共得到4mol电子,每摩Cl2得到2mol电子,则有2摩Cl2被氧元素还原;

(4)在该反应中5mol H2O参与反应,只有 被氧化

解析:氧化还原配平的基本步骤为:①标出变价元素的化合价、计算化学式的整体变价总数;②根据化合价升降相等配平含变价物质的系数;③利用原子守恒配平其它物质的系数;④最后检查元素、原子、电荷、得失电子是否守恒。

上述四条中②是关键。

第(1)小题:

(OH)3 NaOH 2 - Na2 O4 Na H2O

②升3价 降2价

③2Fe(OH)3 ___NaOH 3Cl2 - 2Na2FeO4 6NaCl ___H2O

2Fe(OH)3 10NaOH 3Cl2 = 2Na2FeO4 6NaCl 8H2O

注意:① 一个Cl2降2价。② 配NaOH、H2O的系数时不要遗漏。

第(2)小题出现的新问题是HBr中的Br部分升降,部分不变价,遇到这种情况可根据氧化产物和还原产物配平。

①K O4 H - KBr Br2 2 H2O

降5价 升2价

②2KMnO4 ___HBr - ___KBr 2MnBr2 5Br2 ___H2O

③根据K原子确定KBr的系数为2,根据Br原子确定HBr的系数为2 2 × 2 5 × 2 = 16,再配H2O。

2KMnO4 16HBr 2KBr 2MnBr2 5Br2 8H2O

第(3)小题是离子方程式,先按照一般方法进行:

1NO3 4Zn ___OH ___H2O-1NH3 4Zn(OH)42

利用离子方程式两边电荷总数相等。上面NO3、Zn(OH)42的系数已经确定,右边负电荷总数为8,所以OH系数应为7,再用氧配出水的系数。

答案:

(1)2Fe(OH)3 10NaOH 3Cl2 = 2Na2FeO4 6NaCl 8H2O

(2)2KMnO4 16HBr 2KBr 2MnBr2 5Br2 8H2O

(3)NO3 4Zn 7OH 6H2O=NH3 4Zn(OH)42

 

【模拟试题】

1、下列叙述正确的是

A、氧化还原反应的本质是化合价发生变化

B、有单质产生的分解反应一定是氧化还原反应

C、氧化剂在同一反应中既可以是反应物,也可以是生成物

D、还原剂在反应中发生还原反应

2、下列关于氧化还原反应的说法正确的是 

A、肯定一种元素被氧化,另一种元素被还原

B、某元素从化合态变成游离态,该元素一定被还原

C、在反应中不一定所有元素的化合价都发生变化

D、在氧化还原反应中非金属单质一定是氧化剂

3、黑火药爆炸的反应为:S 2KNO3 3C=K2S 3CO2↑ N2↑。在该反应中,氧化剂是 

①C ②S ③K2S ④KNO3 ⑤N2

A、①③⑤    B、②④    C、②④⑤    D、③④⑤

4、下列离子因发生氧化还原反应而不能大量在水溶液中共存的是 

A、NH4 、Ba2 、SO42、Cl        B、I、H 、Na 、NO3

C、Mg2 、K 、NO3、Cl      D、Cu2 、Al3 、Br 、Na

5、下列变化需要加入还原剂才能实现的是 

A、MnO4 → MnO2      B、Cl-- → Cl2

C、H2S → SO2      D、Fe2 → Fe

6、硫化亚铁能与浓硫酸发生化学反应,下列方程式配平正确的是 

A、2FeS 6H2SO4=Fe2(SO4)3 3SO2› 2S 6H2O

B、4FeS 18H2SO4=2Fe2(SO4)3 9SO2› 7S 18H2O

C、6FeS 16H2SO4=3Fe2(SO4)3 6SO2› 7S 16H2O

D、8FeS 18H2SO4=4Fe2(SO4)3 3SO2› 11S 18H2O

7、赤铜矿的成分是Cu2O,辉铜矿的成分是Cu2S,将赤铜矿与辉铜矿混合加热有以下反应:Cu2S 2Cu2O→6Cu SO2›,对于该反应的下列说法中正确的是 

A、该反应中的氧化剂只有Cu2O

B、Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂

C、Cu既是氧化产物又是还原产物

D、氧化产物与还原产物物质的量之比为1∶6

8、G、Q、X、Y、Z均为氯的含氧化合物,我们不了解它们的化学式,但知道它们在一定条件下具有如下的转换关系(未配平):

①G→Q NaCl     ②Q H2O→X H2

③Y NaOH→G Q H2O   ④Z NaOH→Q X H2O

这五种化合物中氯的化合价由低到高的顺序是 

A、QGZYX    B、GYQZX    C、GYZQX   D、ZXGYQ

9、(05年 高考题 江苏卷)氮化铝(AlN)具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质,被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。在一定条件下,氮化铝可通过如下反应合成:Al2O3 N2 3 C 高温 2 AlN 3 CO 下列叙述正确的是

A、在氮化铝的合成反应中,N2是还原剂,Al2O3是氧化剂

B、上述反应中每生成2 mol AlN,N2得到3 mol电子

C、氮化铝中氮元素的化合价为-3价

D、氮化铝晶体属于分子晶体

10、某元素在化学反应中由化合态变为游离态,则该元素 

A、一定被氧化 B、一定被还原

C、既可能被氧化,也可能被还原 D、以上都不是

11、已知:Ni CuSO4=NiSO4 Cu 、Cu 2AgNO3=Cu(NO3)2 2Ag,则下列判断正确的是:

A、还原性:Ni>Cu>Ag B、氧化性:Ni2 >Cu2 >Ag

C、还原性:Ni<Cu<Ag D、氧化性:Ni2 <Cu2 <Ag

12、某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物。当参加反应的单质与被还原的硝酸的物质的量之比为2:1时,还原产物是 

A、NO2 B、NO C、N2O D、N2

13、用Na2SO3还原MnO4,如果还原含有2.4×10-3molMnO4的溶液时,消耗30mL0.2mol/L的Na2SO3溶液,则Mn元素在还原产物中的化合价是 

A、 1    B、 2    C、 4      D、 5

14、M2O7x离子和S2在酸性溶液中发生如下反应:

M2O7x 3S2 14H =2M3 3S↓ 7H2O,则M2O7x离子中M的化合价是 

A、 2    B、 3   C、 4   D、 6

15、实验室常用KMnO4溶液中加入少量酸以制得酸性KMnO4溶液。下列酸中不宜用于制取酸性KMnO4溶液的是:

①稀H2SO4 ②盐酸 ③硝酸

A、 ① B、①② C、①③ D、②③

16、实验室将NaClO3和Na2SO3按分子个数比为2∶1倒入烧瓶中,同时滴入适量硫酸,并用水浴加热,产生棕黄色的气体X,反应后测得NaClO3和Na2SO3恰好完全反应,则X为( )

A、Cl2    B、Cl2O   C、ClO2   D、Cl2O3

17、在100mL混合液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别为:0.4mol?L-1,0.1mol?L-1,向该混合液中加入1.92g铜粉,加热,待充分反应后,所得溶液中Cu2 的物质的量浓度(mol?L-1)是:

A、0.15 B、 0.225 C、 0.35 D、0.45

18、离子M2O7X与S2能在酸性溶液中发生如下反应:aM2O7X 3S2 cH ==2M3 eSœ fH2O,则M2O7X中M的化合价为 

A、 4     B、 5     C、 6      D、 7

19、(1)在反应S 2KNO3 3C=K2S N2↑ 3CO2↑中,氧化剂是_______,还原剂是_ _,转移的电子数为___ 。

(2)在3S 6KOH=2K2S K2SO3 3H2O中还原剂和氧化剂的质量比为     。

20、在密闭容器中,将足量溴跟NaOH充分反应,发现低温时只有1/2的溴分子转化为NaBr,而高温时5/6的溴分子转化为NaBr,那么:

低温时的反应方程式为_____________________________;

高温时的反应方程式为_________________________________ 。

21、(05年高考题 上海卷)某一反应体系有反应物和生成物共五种物质:

O2、H2CrO4、Cr(OH)3、H2O、H2O2

已知该反应中H2O2只发生如下过程:H2O2→ O2

(1)该反应中的还原剂是 。

(2)该反应中,发生还原反应的过程是 → 。

(3)写出该反应的化学方程式,并标出电子转移的方向和数目

(4)如反应转移了0.3mol电子,则产生的气体在标准状况下的体积为 。

22、已知反应:10AgF 5Cl2 5H2O=9AgCl AgClO3 10HF O2,试回答:

(1)反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是____________;

(2)当转移1 mol电子时,被氧化的Cl2的物质的量是___________;

(3)每产生1 mol O2时,被氧元素还原的Cl2的物质的量是___________;

(4)反应消耗的水是(   )

A. 全部被氧化 B. 全部被还原 C. 被氧化 D. 被还原

23、硫酸铁(PFS)是一种新型高效的无机高分子絮凝剂,广泛用于水的处理。用铁的氧化物为原料来制取聚合硫酸铁,为控制水解时Fe3 的浓度,防止生成氢氧化铁沉淀,原料中的Fe3 必须先还原为Fe2 。实验步骤如下:

(1)用98%的硫酸配制28%的硫酸,所需的玻璃仪器除量筒外,还有 。

a. 容量瓶 b. 烧杯 c. 烧瓶

(2)步骤 = 2 \* ROMAN II取样分析溶液中的Fe2 、Fe3 的含量,目的是 。

a. 控制溶液中Fe2 与Fe3 的含量比 b. 确定下一步还原所需铁的量

c. 确定氧化Fe2 所需NaClO3的量 d. 确保铁的氧化物酸溶完全

(3)用NaClO3氧化时反应方程式如下:

6FeSO4 NaClO3 3H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 NaCl 3H2O

若改用HNO3氧化,则反应方程式如下

6FeSO4 2HNO3 3H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 2NO↑ 4H2O

已知1mol HNO3的价格为0.16元、1mol NaClO3的价格为0.45元,评价用HNO3代替NaClO3做氧化剂的利弊,利是 ,弊是 。

聚合硫酸铁溶液中SO42¯与Fe3 物质的量之比不是3:2。根据下列供选择的试剂和基本操作,测定聚合硫酸铁产品的溶液中SO42¯与Fe3 物质的量之比。

(4)测定时所需的试剂是 。

a. NaOH b. FeSO4 c. BaCl2 d. NaClO3

(5)需要测定 和 的质量(填写化合物的化学式)。

(6)选出测定过程中所需的基本操作 (按操作的先后顺序列出)。

a. 萃取、分液 b. 过滤、洗涤 c. 蒸发、结晶

d. 冷却、称量 e. 烘干或灼烧

24、把氯气通入浓氨水中,发生下述反应:3Cl2 8NH3 = 6NH4Cl N2↑

(1)发生反应的Cl2与NH3的分子数之比为 ,反应中发生电子转移的Cl2与NH3的分子数之比为 。

(2)若反应中有6.8gNH3发生反应,则反应中有多少克氮气产生?

25、将0.04molKMnO4固体加热,一段时间后,收集到amol气体,此时KMnO4的分解率为x,在反应后的残留固体中加入足量的浓盐酸,又收集到bmol气体,此时Mn元素全部以Mn2 存在于溶液中,试回答下列问题:

①a b= (用x表示)

②当x= 时,a b取最小值,且最小值是 。

③当a b=0.09时,加热后所得残留固体的质量为 克。

26、将5.05gKNO3加到含FeSO40.33mol的稀硫酸溶液中,充分反应后再通入0.09molCl2,恰好将剩余的Fe2 全部氧化,通过计算确定:

(1)写出上述发生反应的所有离子方程式

(2)求KNO3被还原后氮的化合价

27、为了测定溶液中Ba2 的浓度,做了以下实验:

①称取0.1224gK2Cr2O7溶于适量的稀硫酸中,再向其中加入过量的KI溶液与之反应,反应后的溶液加入24.00mLNa2S2O3溶液时恰好反应完全。

②另取50.00mLBa2 溶液,控制适当的酸度,加入足量的K2CrO4溶液,得BaCrO4沉淀,沉淀经过滤、洗涤后,用适量稀盐酸溶解,使CrO   转化为Cr2O ,再加入过量KI与之反应,反应后再同上述 Na2S2O3溶液反应,反应完全时,消耗Na2S2O3溶液25.00mL,与之有关的反应式如下:

□Cr2O □I □H □Cr3 □I2 □H2O □I2 □S2O □S4O □I

(1)配平上述的离子方程式。

(2)上述两步可用_________________做指示剂,其现象为

(3)试计算溶液中Ba2 的物质的量浓度

 

【试题答案】

1、B 2、C 3、B 4、B 5、AD 6、A

7、BD 8、B 9、C 10、C 11、AD 12、C

13、B 14、D 15、D 16、C 17、B 18、C

19、(1)S、KNO3 ;C、12 (2)1:2

20、Br2 2NaOH=NaBr NaBrO H2O;3Br2 6NaOH=5NaBr NaBrO3 3H2O

21、(1)H2O2 (2)H2CrO4 Cr(OH)3

(3)

(4)3.36L

22、9:5   1/18mol    2mol   C

23、(1)b    (2)b、c   

(3)利:原料成本较低 弊:产生气体对大气有污染

(4)a、c   (5)Fe2O3、BaSO4     (6)b、e、d

24、(1)3:8;3:2     (2)1.4g

25、①0.1-0.02x    ②1;0.08    ③6

26、(1)3Fe2 4H NO3=3Fe3 NO↑ 2H2O;2Fe2 Cl2=2Fe3 2Cl (2) 2价

27、Cr2O 6I 14H =2Cr3 3I2 7H2O  I2 2S2O =S4O 2I

淀粉溶液;溶液由蓝色变为无色。

0.016mol/L


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