
1.能夠列舉常見的氧化劑和還原劑,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
2.掌握探究物質(zhì)氧化性和還原性的過程方法。能夠根據(jù)所含元素化合價升降趨勢預(yù)測物質(zhì)可能具有的氧化性或還原性,并設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
eq \a\vs4\al(氧化劑和還原劑)
1.元素處于高價態(tài)和低價態(tài)時,物質(zhì)的氧化性和還原性
已知:8KMnO4+15KI+17H2SO4===5I2+5KIO3+8MnSO4+9K2SO4+17H2O
(1)上述反應(yīng)中,元素處于高價態(tài)的是錳元素,其發(fā)生的反應(yīng)是還原反應(yīng);元素處于低價態(tài)的是碘元素,其發(fā)生的反應(yīng)是氧化反應(yīng)。
(2)上述反應(yīng)中的氧化劑是KMnO4,還原劑是KI。
(3)元素所處化合價高低與物質(zhì)氧化性、還原性的關(guān)系:元素處于最高價時只有氧化性,元素處于最低價時只有還原性。
2.元素處于中間價態(tài)時,物質(zhì)的氧化性和還原性
已知:①2NO+O2===2NO2;②2NO+2COeq \(=====,\s\up7(一定條件))2CO2+N2
(1)NO中氮元素的化合價為+2,反應(yīng)①中NO做還原劑,反應(yīng)②中NO做氧化劑。
(2)當(dāng)元素處于中間價態(tài)時,物質(zhì)既有氧化性,又有還原性。
1.基本概念
(1)氧化劑與還原劑
氧化劑:在氧化還原反應(yīng)中,所含某種(或某些)元素化合價降低的反應(yīng)物。
還原劑:在氧化還原反應(yīng)中,所含某種(或某些)元素化合價升高的反應(yīng)物。
如H2+CuOeq \(=====,\s\up7(△))H2O+Cu中,CuO→Cu,Cu元素化合價降低,CuO為氧化劑;H2→H2O,H元素化合價升高,H2為還原劑。
(2)氧化性與還原性
氧化性:物質(zhì)得電子的性質(zhì),或物質(zhì)得電子的能力。
還原性:物質(zhì)失電子的性質(zhì),或物質(zhì)失電子的能力。
(3)被氧化與被還原
被氧化:還原劑失去電子,化合價升高的過程。
被還原:氧化劑得到電子,化合價降低的過程。
如在反應(yīng)Zn+CuCl2===Cu+ZnCl2中,Zn是還原劑,具有還原性,失去電子后被氧化為ZnCl2,故ZnCl2為氧化產(chǎn)物;CuCl2是氧化劑,具有氧化性,得到電子后被還原為Cu,故Cu為還原產(chǎn)物。
2.相互關(guān)系
3.氧化性、還原性和元素化合價之間的關(guān)系
4.常見的氧化劑和還原劑
(1)常見的氧化劑及還原產(chǎn)物
(2)常見的還原劑及氧化產(chǎn)物
(3)常見的既可做氧化劑又可做還原劑的物質(zhì):H2O2、Fe2+、SO2、H2SO3等。
1.阿波羅宇宙飛船以N2H4(聯(lián)氨)和N2O4為動力源,反應(yīng)溫度達(dá)2 700 ℃。反應(yīng)方程式為2N2H4 +N2O4===3N2+4H2O,關(guān)于該反應(yīng)的說法中正確的是( )
A.屬于置換反應(yīng)B.聯(lián)氨是氧化劑
C.聯(lián)氨是還原劑D.氮?dú)庵皇沁€原產(chǎn)物
解析:選C 根據(jù)反應(yīng)方程式可知,反應(yīng)物是兩種化合物,不是置換反應(yīng),故A錯誤;該反應(yīng)中N2H4中的氮元素化
合價升高,被氧化,是還原劑,故B錯誤,C正確;該反應(yīng)中N2H4中的氮元素化合價升高,N2O4 中的氮元素化合價降低,則N2既是氧化產(chǎn)物,又是還原產(chǎn)物,故D錯誤。
2.下列變化需要加入還原劑才能實(shí)現(xiàn)的是( )
A.KMnO4―→Mn2+B.HCl―→Cl2
C.Fe―→Fe3+D.KClO3―→O2
解析:選A 該反應(yīng)中Mn元素化合價由+7價變?yōu)椋?價,所以高錳酸鉀做氧化劑,需要加入還原劑才能實(shí)現(xiàn),如二氧化硫、濃鹽酸等,故A正確;該反應(yīng)中Cl元素化合價由-1價變?yōu)?價,所以HCl做還原劑,需要加入氧化劑才能實(shí)現(xiàn),如高錳酸鉀、二氧化錳等,故B錯誤;該反應(yīng)中Fe元素化合價由0價變?yōu)椋?價,所以鐵做還原劑,需要加入氧化劑才能實(shí)現(xiàn),如氯氣、硝酸等,故C錯誤;該反應(yīng)中O元素化合價由-2價變?yōu)?價,所以氯酸鉀做還原劑,但加熱氯酸鉀能生成氧氣,不需要加入氧化劑就能實(shí)現(xiàn),故D錯誤。
3.已知5KCl+KClO3+3H2SO4===3Cl2↑+3K2SO4+3H2O,下列說法不正確的是( )
A.KClO3是氧化劑
B.被氧化與被還原的氯元素的質(zhì)量比為5∶1
C.H2SO4既不是氧化劑又不是還原劑
D.1個KClO3參加反應(yīng)時有10個電子發(fā)生轉(zhuǎn)移
解析:選D 在反應(yīng)5KCl+KClO3+3H2SO4===3Cl2↑+3K2SO4+3H2O中,KCl中Cl元素由-1價升高到0,KClO3中Cl元素由+5價降低為0。則KClO3是氧化劑,A正確;KCl為還原劑,被氧化,KClO3是氧化劑,被還原,由反應(yīng)可知被氧化與被還原的氯元素的質(zhì)量比為5∶1,B正確;硫酸中各元素的化合價均不變,則H2SO4既不是氧化劑又不是還原劑,C正確;1個KClO3參加反應(yīng)時有5個電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,D錯誤。
eq \a\vs4\al(物質(zhì)氧化性、還原性強(qiáng)弱的判斷)
1.根據(jù)金屬、非金屬的活動性判斷
(1)根據(jù)金屬活動性順序
(2)根據(jù)非金屬活動性順序
2.根據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式判斷
氧化性:氧化劑>氧化產(chǎn)物;
還原性:還原劑>還原產(chǎn)物。
3.根據(jù)濃度大小判斷
如氧化性:濃H2SO4強(qiáng)于稀H2SO4,濃HNO3強(qiáng)于稀HNO3。
4.根據(jù)反應(yīng)條件判斷
不同的氧化劑(還原劑)與同一還原劑(氧化劑)反應(yīng)時,反應(yīng)越易進(jìn)行,則對應(yīng)的氧化劑(還原劑)的氧化性(還原性)越強(qiáng),反之越弱。例如:
MnO2+4HCl(濃)eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O
2KMnO4+16HCl(濃)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
4HCl(濃)+O2eq \(=====,\s\up7(CuCl2),\s\d5(450 ℃))2Cl2+2H2O
同是將濃鹽酸氧化為Cl2,MnO2必須在加熱的條件下才能進(jìn)行,而KMnO4在常溫下即可進(jìn)行,氧氣則既需要加熱又需要催化劑,所以氧化能力:KMnO4>MnO2>O2。
5.根據(jù)被氧化或被還原的程度判斷
例如:2Fe+3Cl2eq \(=====,\s\up7(△))2FeCl3 Fe+Seq \(=====,\s\up7(△))FeS
Cl2能將Fe氧化到+3價,而S只能將Fe氧化到+2價,因此,氧化性:Cl2>S。
1.根據(jù)下列反應(yīng)判斷有關(guān)物質(zhì)還原性由強(qiáng)到弱的順序是( )
①H2SO3+I(xiàn)2+H2O===2HI+H2SO4
②2FeCl3+2HI===2FeCl2+2HCl+I(xiàn)2
③3FeCl2+4HNO3===2FeCl3+Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
A.H2SO3>I->Fe2+>NO
B.I->Fe2+>H2SO3>NO
C.Fe2+>I->H2SO3>NO
D.NO>Fe2+>H2SO3>I-
解析:選A 反應(yīng)①中,H2SO3為還原劑,I-(HI)為還原產(chǎn)物,還原性:H2SO3>I-;反應(yīng)②中,HI為還原劑,F(xiàn)e2+(FeCl2)為還原產(chǎn)物,還原性:I->Fe2+;反應(yīng)③中,F(xiàn)eCl2為還原劑,NO為還原產(chǎn)物,還原性:Fe2+>NO,則還原性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)镠2SO3>I->Fe2+>NO。
2.鉈(Tl)鹽與氰化鉀(KCN)被列為A級危險品。已知下列反應(yīng)在一定條件下能夠發(fā)生:①Tl3++2Ag===Tl++2Ag+,②Ag++Fe2+===Ag+Fe3+,③Fe+2Fe3+===3Fe2+,下列離子氧化性比較順序正確的是( )
A.Tl3+>Fe3+>Ag+
B.Fe3+>Ag+>Tl3+
C.Tl+>Ag+>Fe2+
D.Tl3+>Ag+>Fe2+
解析:選D ①中, 氧化劑是Tl3+,氧化產(chǎn)物是Ag+,所以氧化性:Tl3+>Ag+;②中,氧化劑是Ag+,氧化產(chǎn)物是Fe3+,所以氧化性:Ag+>Fe3+ ;③中, 氧化劑是Fe3+,氧化產(chǎn)物是Fe2+,所以氧化性:Fe3+> Fe2+;所以氧化性強(qiáng)弱順序是Tl3+>Ag+>Fe2+。
3.PbO2、KMnO4、Cl2、FeCl3、Cu2+的氧化性依次減弱。下列反應(yīng)在水溶液中不可能發(fā)生的是( )
A.Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
B.10Cl-+2MnOeq \\al(-,4)+16H+===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
C.2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
D.5Pb2++2MnOeq \\al(-,4)+2H2O===5PbO2+2Mn2++4H+
解析:選D 根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律,氧化劑的氧化性強(qiáng)于氧化產(chǎn)物的氧化性。A項(xiàng),F(xiàn)e3+的氧化性強(qiáng)于Cu2+,反應(yīng)可以發(fā)生;B項(xiàng),KMnO4的氧化性強(qiáng)于Cl2,反應(yīng)可以發(fā)生;C項(xiàng),Cl2的氧化性強(qiáng)于Fe3+,反應(yīng)可以發(fā)生;D項(xiàng),PbO2的氧化性強(qiáng)于KMnO4,反應(yīng)不能發(fā)生。
eq \a\vs4\al(氧化還原反應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用)
規(guī)律一 守恒律
還原劑失電子總數(shù)=氧化劑得電子總數(shù)或氧化劑化合價降低總數(shù)=還原劑化合價升高總數(shù)。
應(yīng)用一:氧化還原反應(yīng)方程式的配平
(1)配平三原則
(2)配平四步驟
一般氧化還原反應(yīng)方程式的配平方法——化合價升降法
[典例1] 配平NH3+O2―→NO+H2O
[解析]
[答案] 4NH3+5O2===4NO+6H2O
[對點(diǎn)訓(xùn)練]
1.配平下列方程式:
(1)MnOeq \\al(-,4)+C2Oeq \\al(2-,4)+________===Mn2++CO2↑+________
(2)____KMnO4+____HCl(濃)===____KCl+____MnCl2+____Cl2↑+____H2O
(3)____Cu+____H++____NOeq \\al(-,3)===____Cu2++____NO↑+____H2O
解析:(1)第一步 只配平變價元素(注:此時,不要關(guān)注其他元素)。首先找出變價元素:Mn和C,然后分析變價元素的化合價如何變化:MnOeq \\al(-,4)→Mn2+,1個Mn降5價,C2Oeq \\al(2-,4)→CO2,1個C升1價;然后分析每一種變價元素有幾個原子的化合價發(fā)生了變化,確定化合價的升、降數(shù)目;最后根據(jù)化合價升降守恒,求化合價升降數(shù)的最小公倍數(shù),乘以化學(xué)計量數(shù),配平變價元素。
第二步 觀察配平未變價元素。根據(jù)原子守恒配平,必要時根據(jù)溶液的酸堿性和組成,按照“補(bǔ)加規(guī)律”,補(bǔ)充相關(guān)物質(zhì)輔助配平。一般來說,酸性溶液中,補(bǔ)氧用水,補(bǔ)氫用 H+;堿性溶液中,補(bǔ)氧用OH-,同時生成水,補(bǔ)氫用水,同時生成OH-。
答案:(1)2MnOeq \\al(-,4)+5C2Oeq \\al(2-,4)+16H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O
(2)2KMnO4+16HCl(濃)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
(3)3Cu+8H++2NOeq \\al(-,3)===3Cu2++2NO↑+4H2O
[名師點(diǎn)撥]
配平氧化還原型離子方程式依次運(yùn)用的守恒:得失電子守恒→電荷守恒→質(zhì)量守恒。
應(yīng)用二:氧化還原反應(yīng)的計算——得失電子守恒法
得失電子守恒法解題的一般步驟
(1)找出氧化劑、還原劑及對應(yīng)的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。
(2)找準(zhǔn)一個原子或離子的得失電子數(shù)(注意化學(xué)式中粒子的個數(shù))。
(3)根據(jù)題中所給物質(zhì)的物質(zhì)的量和得失電子守恒列出等式。
即:n(氧化劑)×變價原子個數(shù)×化合價變化值(高價-低價)=n(還原劑)×變價原子個數(shù)×化合價變化值(高價-低價)。
[典例2] 24 mL 0.05 ml·L-1 Na2SO3溶液恰好與20 mL 0.02 ml·L-1 K2Cr2O7溶液完全反應(yīng)。已知Na2SO3被K2Cr2O7氧化為Na2SO4,則元素Cr在還原產(chǎn)物中的化合價為( )
A.+2B.+3
C.+4D.+5
[解析] 設(shè)還原產(chǎn)物中Cr元素的化合價為+x,Na2eq \(S,\s\up6(+4))O3eq \(――→,\s\up7(失去2e-))Na2eq \(S,\s\up6(+6))O4,K2eq \(C,\s\up6(+6))r2O7eq \(――――――→,\s\up7(得到[2×?6-x?e-]))2eq \(C,\s\up6(+x))r,得失電子數(shù)相等,所以有0.02 L×0.02 ml·L-1×(6-x)×2=0.024 L×0.05 ml·L-1×2,解得x=3。
[答案] B
[對點(diǎn)訓(xùn)練]
2.M2Oeq \\al(x-,7)和S2-在酸性溶液中發(fā)生反應(yīng):M2Oeq \\al(x-,7)+3S2-+14H+===2M3++3S↓+7H2O,則M2Oeq \\al(x-,7)中M的化合價是( )
A.+2B.+3
C.+4D.+6
解析:選D 該反應(yīng)中,S元素的化合價升高,M元素的化合價降低,設(shè)M2Oeq \\al(x-,7)中M元素的化合價為n,由電子守恒可知,2×(n-3)=3×[0-(-2)],解得n=+6。
規(guī)律二 先后律
[典例3] 已知三個氧化還原反應(yīng):
①2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I(xiàn)2
②2FeCl2+Cl2===2FeCl3
③2KMnO4+16HCl(濃)===2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
若某溶液中有Fe2+、I-、Cl-共存,要將I-氧化除去而不氧化Fe2+和Cl-,可加入的試劑是( )
A.Cl2B.KMnO4
C.FeCl3D.HCl
[解析] 由信息可知,氧化性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)镸nOeq \\al(-,4)>Cl2>Fe3+>I2,還原性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)镮->Fe2+>Cl->Mn2+。氯氣能將Fe2+、I-氧化,A不符合題意;KMnO4能將Fe2+、I-和Cl-氧化,B不符合題意;FeCl3能氧化除去I-而不氧化Fe2+和Cl-,C符合題意;HCl與三種離子均不反應(yīng),D不符合題意。
[答案] C
[對點(diǎn)訓(xùn)練]
3.在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的溶液中加入適量鋅粉,首先置換出的是( )
A.Mg B.Cu
C.AgD.H2
解析:選C 氧化性:Ag+>Cu2+>H+,故首先置換出Ag;在金屬活動性順序中,Zn排在Mg的后面,故不能置換出Mg。
4.已知還原性:I->Fe2+>Br-。向含有Br-、I-、Fe2+的溶液中,緩慢通入Cl2,依次發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________、
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
答案:Cl2+2I-===2Cl-+I(xiàn)2 Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl- Cl2+2Br-===2Cl-+Br2
規(guī)律三 價態(tài)律
[典例4] 在反應(yīng)KIO3+6HI===3I2+KI+3H2O中,被氧化與被還原的碘原子個數(shù)之比為( )
A.1∶1B.1∶6
C.1∶5D.5∶1
[解析] 根據(jù)氧化還原反應(yīng)的歸中規(guī)律可知,碘酸鉀中碘元素化合價從+5價降低到0價,得到5個電子,碘酸鉀是氧化劑;HI中碘元素化合價從-1價升高到0價,失去1個電子,HI是還原劑,根據(jù)電子得失守恒可知被氧化與被還原的碘原子個數(shù)之比為5∶1,D項(xiàng)正確。
[答案] D
[對點(diǎn)訓(xùn)練]
5.試管壁上附著的硫可用CS2溶解清洗,也可倒入熱的NaOH溶液將硫除掉,其反應(yīng)方程式為3S+6NaOHeq \(=====,\s\up7(△))2Na2S+Na2SO3+3H2O。反應(yīng)中氧化劑和還原劑的質(zhì)量之比為( )
A.2∶7B.7∶2
C.2∶1D.1∶2
解析:選C 由3S+6NaOHeq \(=====,\s\up7(△))2Na2S+Na2SO3+3H2O可以看出,S發(fā)生了自身氧化還原反應(yīng),生成了Na2S和Na2SO3,其中Na2S為還原產(chǎn)物,Na2SO3為氧化產(chǎn)物,所以反應(yīng)中氧化劑和還原劑的質(zhì)量之比為2∶1。
1.Cu與HNO3反應(yīng)時,Cu被HNO3氧化成Cu(NO3)2,又知該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的個數(shù)比為2∶3,則該反應(yīng)中的還原產(chǎn)物是( )
A.NO2B.NO
C. N2D.NH4NO3
解析:選B 在該反應(yīng)中Cu被氧化成Cu(NO3)2,HNO3為氧化劑,設(shè)還原產(chǎn)物中N元素的化合價為x,反應(yīng)中氧化劑與還原劑的個數(shù)比為2∶3,根據(jù)得失電子守恒可知,2×[(+5)-x]=3×2,解得x=+2,即還原產(chǎn)物中N元素的化合價為+2,即還原產(chǎn)物為NO。
2.已知反應(yīng)2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-。向10 mL 0.1 ml·L-1 FeBr2溶液中通入0.001 ml Cl2,反應(yīng)后的溶液中,除含有Cl-外還一定( )
A.含F(xiàn)e2+,不含F(xiàn)e3+B.含F(xiàn)e3+,不含Br-
C.含F(xiàn)e3+、Br-D.含F(xiàn)e2+、Fe3+
解析:選C Fe2+的還原性強(qiáng)于Br-的還原性,通入Cl2,F(xiàn)e2+優(yōu)先被氧化,0.001 ml Cl2轉(zhuǎn)移電子0.002 ml,F(xiàn)e2+全部被氧化時轉(zhuǎn)移電子0.001 ml,根據(jù)得失電子守恒,還有0.001 ml Br-被氧化,還剩余0.001 ml Br-。
3.把Cl2通入濃氨水中,發(fā)生如下反應(yīng):3Cl2+8NH3===6NH4Cl+N2。
(1)用雙線橋表示反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目:______________________________
________________________________________________________________________。
(2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的Cl2與NH3的分子數(shù)之比為________,反應(yīng)中發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的Cl2與發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的NH3的分子數(shù)之比為________。
(3)寫出NH4Cl在溶液中的電離方程式________________________,在其溶液中分散質(zhì)粒子的直徑范圍為________。
(4)若反應(yīng)中有6.8 g NH3發(fā)生氧化反應(yīng),則反應(yīng)中生成氮?dú)獾馁|(zhì)量為________。
解析:(1)3Cl2+8NH3===6NH4Cl+N2,反應(yīng)中Cl元素化合價由0降低為-1,得到1個電子,N元素化合價由-3升高為0,失去3個電子,用雙線橋表示反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目為
(2)根據(jù)反應(yīng)方程式3Cl2+8NH3===6NH4Cl+N2可知,Cl2做氧化劑,參加反應(yīng)的8個NH3中只有2個化合價降低,則反應(yīng)中發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的Cl2與NH3的分子數(shù)之比為3∶2;(3)NH4Cl溶液中,分散質(zhì)粒子的直徑范圍為
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