2019-2020年高一化學元素與物質世界 氧化劑和還原劑.doc

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2019-2020年高一化學元素與物質世界 氧化劑和還原劑 一. 教學內容： 第2章 第3節(jié) 氧化劑和還原劑 二. 教學目的 1. 認識并掌握氧化還原反應的概念，理解氧化還原反應的特征和本質 2. 認識并掌握氧化劑、還原劑的概念，并能根據元素的化合價推斷物質的性質 3. 認識鐵及其化合物的相互轉化關系 三. 教學重點、難點 氧化還原反應中各個基本概念間的關系 四. 知識分析 復習舊知： 1、初中學習的四種基本反應類型有哪些？ 2、在反應 CuO+H2Cu+H2O中，氧化銅發(fā)生了還原反應，氫氣發(fā)生了氧化反應，銅和氫元素的化合價怎樣變化？ 3、反應Fe2O3+3CO2Fe+3CO2屬于什么反應類型？元素的化合價有什么變化？ 解答： 1、化合反應 分解反應 置換反應 復分解反應。 2、銅元素的化合價降低，氫元素的化合價升高。 3、不屬于四個基本反應；鐵元素的化合價降低，碳元素的化合價升高。） 感受新知： （一）氧化還原反應 1、元素化合價在化學反應中的變化 讓我們從元素化合價是否變化的角度分析化學反應，教材有5例，請你再舉出幾例，哪些化合價變化？哪些不變化？ 解答：①CaCO3CaO+CO2 ② C+O2CO2 ③ 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑④Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ ⑤ BaCl2+H2SO4=BaSO4?+2HCl; 其中①⑤化合價不變，其余化合價變化。） 由此看來，從反應過程元素的化合價有無變化的角度，可以將化學反應分為兩類：一類是有元素化合價變化的，另一類是無元素化合價變化的。 2、氧化還原反應的概念 （1）氧化還原反應的定義 曾經我們把物質得氧的反應稱為氧化反應，物質失氧的反應稱為還原反應。這是很局限的，不科學的。人們從實踐中歸納總結，從新的角度——元素化合價是否變化定義了氧化還原反應： 有元素化合價變化的反應稱為氧化還原反應，無元素化合價變化的反應稱為非氧化還原反應。我們判斷一個反應是否為氧化還原反應，重要特征和標志就是看是否有元素化合價的變化。分析上述化學反應是否為氧化還原反應。 （2）氧化反應、還原反應的定義 元素化合價的變化分為兩種情況：化合價升高和化合價降低。 氧化反應：反應物所含元素化合價升高的反應稱為氧化反應。 還原反應：反應物所含元素化合價降低的反應稱為還原反應。 （3）氧化反應、還原反應、氧化還原反應三者之間的關系 思考：①上述三者之間的關系是什么？請舉例說明之。 ②氧化還原反應與四種基本反應類型之間是什么關系？填表舉例說明： 反應類型 氧化還原反應 非氧化還原反應 化合反應 分解反應 置換反應 復分解反應 解答：① 氧化反應和還原反應統(tǒng)一于一個氧化還原反應之中，例如 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ，這是一個氧化還原反應，Fe2O3發(fā)生還原反應，CO發(fā)生氧化反應；② 反應類型 氧化還原反應 非氧化還原反應 化合反應 C+O2CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 分解反應 CaCO3CaO+CO2 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ 置換反應 Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ 無 復分解反應 無 BaCl2+H2SO4=BaSO4?+2HCl 3、氧化還原反應的實質 （1）通過原子結構知識探究氧化還原反應的實質 ①元素化合價變化的實質 鈉在氯氣中燃燒，生成氯化鈉，鈉的化合價升高,氯的化合價降低。反應過程中，鈉原子失去電子變成鈉離子，氯原子得到電子變成氯離子。雙方最外層都達到8電子穩(wěn)定結構。因此，鈉、氯元素化合價的升降是由對應原子得失電子決定的。 氫氣在氯氣中燃燒，生成氯化氫，氫的化合價升高,氯的化合價降低。反應過程中，氫、氯原子都無法失電子，也無法得電子，最后形成了一個共用電子對，該電子對偏向于氯原子，因此氯元素顯－1價，氫元素顯＋1價。因此，鈉、氯元素的化合價的升降是由共用電子對的形成和偏移決定的。 綜上所述，元素化合價的變化是由電子轉移決定的，即元素化合價的變化的實質是電子轉移。 ②氧化還原反應的實質 氧化還原反應的特征是元素化合價的升降,而這個特征實質是由電子轉移決定的，這也是氧化還原反應的實質。 （2）通過科學實驗探究氧化還原反應的實質 設計實驗：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，探究是否有電子轉移？除了這個反應以外，你還能依據什么樣的反應設計實驗，來探究氧化還原反應過程中的電子轉移？請畫出示意圖，寫出化學方程式： 4、氧化還原反應的表示方法 人們常用下面的式子表示氧化還原反應中電子轉移情況和化合價升降情況： 練習：標出下列反應的電子轉移情況和化合價升降情況 （1） Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ （2）2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ （3） 2Na+O2 Na2O2 （4）Cl2+H2O=HCl+HClO 參考答案略 （二）氧化劑和還原劑 1、氧化劑和還原劑的概念 思考：分析反應CuO+COCu+CO2中，哪種元素的化合價升高了？哪種元素的化合價降低了？按得氧失氧角度判斷，哪種物質被氧化了？哪種物質被還原了？ 答案：C元素化合價升高了，Cu元素化合價降低了；CO被氧化了，CuO被還原了 重要說明： 上述反應中，氧化銅被還原了，是被一氧化碳還原了，一氧化碳是還原劑；一氧化碳被氧化了，被氧化銅所氧化，氧化銅是氧化劑。 氧化劑：在氧化還原反應中，所含元素的化合價降低的反應物稱為氧化劑； 還原劑：在氧化還原反應中，所含元素的化合價升高的反應物稱為還原劑。 練習：指出下列反應中的氧化劑和還原劑 （1）C+O2CO2 （2）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 ↑ （3）2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ （4）Cl2+SO2+H2O=2HCl+H2SO4 （5）2FeCl3+2KI=2FeCl2+2KCl+I2 （6）3FeCl2+4HNO3=2FeCl3+Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 答案：（1）氧化劑O2 還原劑C （2）氧化劑H2SO4 還原劑Zn （3）氧化劑H2O 還原劑Na （4）氧化劑 Cl2 還原劑 SO2 （5） 氧化劑 FeCl3 還原劑KI （6） 氧化劑 HNO3還原劑 FeCl2 特別提醒： ①氧化劑反應時，所含元素化合價降低，得電子，被還原，本身具有氧化性；還原劑反應時，所含元素化合價升高，失電子，被氧化，本身具有還原性。 ②物質的氧化性，就是物質所含元素的原子或離子得電子的性質，得電子能力越強，物質的氧化性越強；物質所含元素的原子或離子失電子能力越強，物質的還原性越強。 2、常見的氧化劑和還原劑 常見的氧化劑： （1）非金屬單質如O2 Cl2 S。 （2）高價金屬離子如Fe3+ Cu2+。 （3）高價或較高價氧化物、含氧酸、含氧酸鹽，例如MnO2 HClO 濃H2SO4 HNO3 KMnO4 K2CrO4等。 常見還原劑： （1）活潑金屬 如K Ca Na Mg Al。 （2）低價金屬陽離子如Fe2+。 （3）非金屬的陰離子如 S2－ Cl-。 （4）含低價元素的氧化物、氫化物含氧酸、含氧酸鹽等，例如：CO SO2 NH3 H2SO3 Na2SO3。 有益補充：在含有變價元素的物質中，具有中間價態(tài)元素的物質既可以做氧化劑，又可以做還原劑。例如Cl2 Fe2+ SO2 H2SO3 H2O2 等。 練習：（1）下列轉化需要加入氧化劑才能實現的是（ ） A. MnO2→MnSO4 B. AlCl3 → Al(OH)3 C. KI → KIO3 D. HNO3 →NO （2）下列說法正確的是 （ ） A. 金屬單質在反應中只做還原劑 B. 非金屬在反應中只做氧化劑 C. 金屬原子在反應中失電子越多還原性越強 D. Fe比Cu還原性強，Cu2+比 Fe2+氧化性強 （3）在Fe2+、 Fe3+、、Mg2+ 、 S 、I- 、 H+中，只有氧化性的是_______________，只有還原 性的是____________________，既有氧化性又有還原性的是___________________。 答案：（1）C （2）AD （3）Fe3+、、Mg2+ 、H+； I-；Fe2+、S 。 3、氧化還原反應中的守恒關系 在氧化還原反應中，除了有質量守恒外，還有電子得失數守恒、化合價升降數守恒等關系存在。 （三）探究鐵及其化合物的氧化性和還原性 1、鐵元素的存在形態(tài) 游離態(tài)：隕鐵（含鐵在90%以上） 化合態(tài)：在地殼中含量豐富，居第四位。其化合價主要以＋2、＋3形式存在。 2、鐵及其化合物的分類 （1）按單質、氧化物、堿、鹽等分類 單質：Fe 氧化物：FeO Fe2O3 Fe3O4堿：Fe(OH)2 Fe(OH)3 鹽：FeCl2 Fe2(SO4)3 。 （2）按化合價分類 0價：Fe ；+2價：FeO Fe(OH)2 FeCl2 ； +3價：Fe2O3 Fe2(SO4)3 。 3、氧化物、氫氧化物 （1）氧化物：請?zhí)顚懴卤? FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 —— 鐵紅 磁性氧化鐵 顏色、狀態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體 水溶性 難溶 難溶 難溶 鐵的化合價 ＋2 ＋3 ＋2、＋3 與CO、H2反應 FeO+CO Fe+CO2 FeO+H2Fe+H2O Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 Fe2O3+3H22Fe+3H2O Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 Fe3O4+4H23Fe+4H2O 與稀硫酸反應 FeO+H2SO4=FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4 +4H2O （2）氫氧化物 氫氧化亞鐵： 制備：FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl 物理性質：白色難溶的弱堿 化學性質：與強酸反應 還原性 易被氧化劑所氧化 如：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 請你思考：實驗室在制備Fe(OH)2時，為防止被氧化，可以采取哪些措施？ 氫氧化鐵： 制備：FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 物理性質：紅褐色難溶固體 化學性質：與強酸反應 Fe(OH)3+ 3H2SO4= Fe2(SO4)3+3H2O 1、鐵及其鹽的氧化性和還原性 （1）Fe的還原性：與Cl2 O2 H+、Cu2+、 Fe3+ 等反應,表現了鐵較活潑的化學性質。 練一練 請寫出上述反應的化學方程式或離子方程式： 答案：①2Fe+3Cl22FeCl3 ② 3Fe+2O2Fe3O4 ③ Fe+2H+=Fe2++H2 ↑④ Fe+Cu2+=Fe2++Cu ⑤ Fe+2Fe3+=3Fe2+ （2）Fe3+的氧化性 實驗探究Fe3+的檢驗：取2支試管各加入5ml FeCl2溶液和5ml FeCl3溶液，各滴入KSCN溶液，觀察現象：FeCl2溶液與KSCN溶液混和無明顯現象， FeCl3溶液與KSCN溶液混和后，溶液變?yōu)榧t色。 必要說明：Fe3+具有較強的氧化性，可以將Fe Cu Zn等氧化，而本身被還原為Fe2+,寫出這三個反應的離子方程式： Fe+2Fe3+=3Fe2+ 2Fe3＋+Cu=2Fe2++Cu2＋ 2Fe3＋+Zn=2Fe2++Zn2＋ （3）Fe2+的氧化性和還原性 探究思考：從化合價角度分析，為什么說Fe2+既有氧化性又有還原性？ 答案：Fe元素的化合價有0、＋2 、＋3，Fe2+顯＋2價，居于中間價態(tài)，故有氧化性和還原性 試寫出下列反應的化學方程式： FeCl2溶液與Zn反應：FeCl2 +Zn=ZnCl2+Fe FeCl2溶液與氯水反應：2FeCl2+Cl2=2FeCl3 想一想：FeCl2溶液呈淺綠色，實驗室在保存FeCl2溶液時，常常向溶液中加入一些鐵粉，想一想這是為什么？ 答案：防止FeCl2被空氣氧化變質 練一練：（1）在FeCl3溶液、CuCl2溶液和鹽酸的混合溶液中加入鐵粉，反應結束后，所剩余的固體濾出后能被磁鐵吸引，則反應后溶液中存在較多的陽離子是（ ） A. Cu2+ B. Fe3+ C. Fe2+ D. H+ （2）將下列四種鐵的化合物溶于稀鹽酸，滴加KSCN溶液沒有顏色變化，再加入氯水即呈紅色的是（ ） A. FeO B. Fe2O3 C. FeCl3 D. Fe2(SO4)3 （3）稀硝酸和鐵反應的化學方程式如下： Fe＋4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 在此反應中，作氧化劑的硝酸占參加反應的硝酸的質量分數是__________ 答案：（1）C （2）A （3）25% 【典型例題】 例1. ClO2 是一種消毒殺菌效率高、二次污染小的水處理劑。實驗室可通過以下反應得ClO2 2KClO3+H2C2O4+H2SO42ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O 下列說法正確的是（ ） A. KClO3在反應中得電子 B. ClO2是氧化產物 C. H2C2O4在反應中被氧化 D. 1mol KClO3參加反應有2mol 電子轉移 答案：AC 解析：由方程式可以看出，KClO3 中Cl從＋5價到ClO2 中Cl ＋4價，1mol的電子被還原，A正確，D 錯誤， H2C2O4 是還原劑，被氧化，C正確， ClO2 是還原產 物，B 錯誤。 點評：分析氧化還原反應時，應從化合價入手：化合價升高－失電子－被氧化－得氧化產物；相反，則化合價降低－得電子－被還原－得還原產物。應該牢記這一關系。 例2. 已知常溫下在溶液中可發(fā)生如下兩個離子反應（ ） Ce4＋ ＋Fe2＋ = Fe3+ + Ce3+ Sn2+ + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Sn4+ 由此可以確定Fe3+、Ce3+、Sn2+ 三種離子的還原性由強到弱的順序是（ ） A. Sn2+ 、Fe2＋ 、Ce3+ B. Sn2+、Ce3+、Fe2＋ C. Ce3+ 、Fe2＋、Sn2+ D. Fe2＋、Sn2+、Ce3+ 答案：A 解析：由第一個離子方程式知還原性：Fe2＋>Ce3+ 。由第二個離子方程式知還原性： Sn2+>Fe2＋ 故答案選A 點評：“氧化劑的氧化性大于氧化產物；還原劑的還原性大于還原產物”，這是一個重要規(guī)律；“氧化劑是得電子的物質，而還原劑是失電子的物質”，所有這些，都是分析問題的思維起點，應熟練掌握。 例3. 下列反應中硫酸既表現了氧化性，又表現了酸性的是（ ） A. 2H2SO4 (濃)＋Cu CuSO4 + 2H2O + SO2 ↑ B. 2H2SO4 (濃)＋C CO2 ↑+2H2O + 2SO2 ↑ C. H2SO4 (濃)＋NaCl NaHSO4 +HCl↑ D. H2SO4 + Na2SO3 = Na2SO4 +H2O + SO2 ↑ 答案： A 解析： 氧化性就是得電子而使組成酸的元素化合價降低;酸性是提供H+而留下酸根，用此標準考查每個反應知答案為A。 點評：物質表現氧化性是指所含元素化合價減低，得電子；表現酸性，則是指具備酸的5條“通性”中的部分性質，在本題中硫酸的酸性主要是指生成了鹽中的酸根離子。 例4. 將鐵粉投入到盛有Cu2+、Ag+、Fe3+ 的溶液中。反應完畢時，若燒杯底部有鐵粉剩余，溶液中一定不含的金屬離子是____________；若燒杯中沒有鐵粉剩余，則溶液中一定含有的金屬離子是____________；若溶液中不含有Cu2+時，則一定不含有的金屬離子是_____________。 答案：Ag+、 Fe3+、 Cu2+； Fe2+； Ag+、 Fe3+ 解析： 因為在Ag+、Fe3+、Cu2+中三種離子的氧化性順序為Ag+> Fe3+> Cu2+ ，當加入鐵粉時，按Ag+、Fe3+、Cu2+的順序反應，當鐵粉剩余時，Ag+、Fe3+、Cu2+ 將全部反應，若鐵粉不剩余時，溶液中一定含有的離子只有Fe2+，溶液中不含 Cu2+ 時，因為Fe3+、Ag+的氧化性比Cu2+強，所以一定不再有Ag+和 Fe3+。 點評：多種氧化劑跟一種還原劑發(fā)生反應，要注意氧化劑氧化性順序。氧化性較強的氧化劑首先跟還原劑發(fā)生反應，直至這種氧化劑被消耗完；另一種氧化劑再接著跟還原劑發(fā)生反應，依次類推，直至還原劑消耗完，多種還原劑跟一種氧化劑發(fā)生反應的情況相同，首先還原性最強的還原劑跟氧化劑發(fā)生反應，直至這種還原劑被消耗完，依次類推。 【模擬試題】 一、選擇題（每小題有1～2個選項符合題意） 1. 下列反應中水做氧化劑的是（ ） A. SO3 +H2O＝H2SO4 B. Na + 2H2O＝2NaOH +H2 C. 2H2 +O2 2H2O D. 2F2 +2H2O＝4HF +O2 2. 按金屬活動性順序由前到后考慮，下列說法中正確的是（ ） A. 單質的還原性逐漸減弱 B. 原子的失電子能力逐漸增強 C. 對應離子的氧化性逐漸增強 D. 對應離子的得電子能力逐漸減弱 3. 在泡沫橡膠的制造中，要利用下列反應放出的氧： 2H2O2＝2H2O +O2 ↑其中，H2O2 （ ） A. 是氧化劑 B. 是還原劑 C. 既是氧化劑又是還原劑 D. 既不是氧化劑又不是還原劑 4. 在一定條件下，KClO3 與I2發(fā)生下列反應： 2KClO3 ＋I2＝2KIO3 +Cl2 推斷正確的是（ ） A. 該反應屬于置換反應 B. 氧化性I2>KClO3 C 還原性KClO3>I2 D. 還原劑為I2 ，氧化劑為KClO3 5. 已知Co2O3 在酸性溶液中易被還原成Co2+、Co2O3、Cl2、FeCl3、I2的氧化性依次減弱。下列反應在水溶液中不可能發(fā)生的是（ ） A. 3Cl2 +6FeI2 = 2FeCl3 +4FeI3 B. Cl2 + 2FeI2 = FeCl2 + I2 C. Co2O3 + 6HCl = CoCl3 +Cl2↑+ 3H2O D. 2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ +I2 6. 下列反應既是離子反應又是氧化還原反應的是（ ） A. BaCl2 溶液中滴加稀H2SO4 B. 鹽酸和氧化鐵反應 C. 鐵片放入CuSO4 溶液中 D. 氫氣還原氧化銅 7. 蘋果汁是人們喜愛的飲料。由于飲料中含有Fe2+,現榨的蘋果汁在空氣中會由淡綠色變成棕黃色。若榨汁時加入維生素C ，可有效防止這種現象的發(fā)生。這說明維生素C具有（ ） A. 氧化性 B. 還原性 C. 堿性 D. 酸性 8. 下面有關氧化還原反應的敘述正確的是（ ） A. 在反應中不一定所有元素化合價都發(fā)生變化 B. 肯定有一種元素被氧化另一種元素被還原 C. 非金屬單質在反應中只做氧化劑 D. 金屬原子失電子越多，其還原性越強 9. 適量的鐵粉放入三氯化鐵溶液中，完全反應后，溶液中的Fe3+ 和Fe2+濃度相等，則已反應的Fe3+和未反應的Fe3+的物質的量之比為（ ?。? A. 2：3 B. 3：2 C. 1：2 D. 1：1 10. 把鐵放入下列溶液中，鐵溶解而溶液質量減輕的是（ ） A. FeCl3 B. 稀H2SO4 C. 熱的 NaOH溶液 D. CuSO4 二、填空題 11. 寫出符合下列要求的化學方程式 （1）一種單質還原一種化合物：_________________________； （2）鹽酸在反應中既不是氧化劑也不是還原劑：__________________________； （3）水在反應中既是氧化劑又是還原劑：________________________； （4）一種單質氧化一種化合物：_________________________。 12. 酒后駕車的司機，可通過對其呼出的氣體進行檢驗而查出，所利用的化學反應如下： 2CrO3 (紅色) +3C2H5OH +3H2SO4＝ Cr2(SO4)3（綠色） +3CH3CHO +6H2O 被檢測的氣體成份是__________，上述反應的氧化劑是____________，還原劑是______。 13. 根據反應8NH3 +3Cl2＝6NH4Cl +N2 ,回答下列問題： （1）氧化劑是__________，還原劑是______________。 （2）氧化劑與還原劑的分子個數比為_____________。 （3）當有68gNH3 參加反應時，被氧化的物質為____________g，生成的還原產物為____________g。 14. 焊接銅器時，可用NH4Cl先除去表面的氧化銅再進行焊接，該反應可表示為 4CuO+2NH4Cl 3Cu +2CuCl2 +N2 ↑+ 4H2O （1）該反應的氧化劑是_______________，氧化產物是____________； （2）該反應中，_________元素未被氧化； （3）氧化劑和還原劑的質量比是_______________（最簡整數比）； （4）反應中轉移電子的總數為____________________。 三、計算題 15. 稀硝酸和銅反應的化學方程式如下： 3Cu+ 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 +2NO ↑+ 4H2O 如果有8.4g 硝酸被還原，則被氧化的銅是多少克？共消耗硝酸多少克？ 參考答案 一、選擇題 1. B 2. AC 3. C 4. D 5. A 6.C 7. B 8. A 9. A 10. B 二、填空題 11. （1）Fe+ CuSO4＝Cu + FeSO4 （2）2HCl +CaO＝CaCl2 +H2O （3）2H2O 2H2↑ + O2 ↑ （4）Cl2 + 2NaBr = 2NaCl + Br2 12. CH3CH2OH , CrO3 , CH3CH2OH 解析：乙醇是有機物，被氧化后制乙醛。這由CrO3（紅色）中Cr顯＋6價變成Cr2(SO4)3 （綠色） Cr顯＋3價被還原。乙醇必為還原劑，CrO3是氧化劑。 13. （1）Cl2；NH3 （2） 3：2 （3） 17； 160.5 14. （1）CuO；N2 （2） 氯、氧、氫 （3）240：107 （4）6e－ 15. 被氧化的銅：12.8g 共消耗的硝酸：33.6g