1.通過分析氧化還原反應(yīng)中元素化合價的變化,建立氧化劑、還原劑、氧化性、還原性的概念。2.通過探討元素價態(tài)變化與氧化性、還原性的關(guān)系,掌握通過元素化合價預(yù)測物質(zhì)氧化性、還原性的方法。3.通過預(yù)測并驗證物質(zhì)的氧化性、還原性,培養(yǎng)利用實驗驗證預(yù)測的思維模型。4.通過生產(chǎn)、生活中氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用分析,體驗化學(xué)在改善人類生活中的作用。
學(xué)習(xí)任務(wù)1　氧化劑和還原劑
1.氧化劑和還原劑的相關(guān)概念
2.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.氧化性和還原性(1)氧化性:氧化劑所表現(xiàn)出的得電子的性質(zhì)。(2)還原性:還原劑所表現(xiàn)出的失電子的性質(zhì)。4.元素價態(tài)與物質(zhì)的氧化性、還原性(1)物質(zhì)所含元素處于較高價態(tài),該物質(zhì)可能具有氧化性。(2)物質(zhì)所含元素處于較低價態(tài),該物質(zhì)可能具有還原性。(3)物質(zhì)所含元素處于中間價態(tài),該物質(zhì)往往既有氧化性也有還原性。
探究1　氧化劑、還原劑的關(guān)系氧化還原反應(yīng)在生產(chǎn)、生活以及科學(xué)研究過程中都有著重要的應(yīng)用。下面是我們在學(xué)習(xí)中會接觸到的一些重要的氧化還原反應(yīng),通過分析元素化合價的變化情況,思考給出的問題。
問題1:同一反應(yīng)中,氧化劑和還原劑可以是同一種物質(zhì)嗎?氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物呢?提示:氧化劑和還原劑可以是同一種物質(zhì)。在反應(yīng)①中0價的Cl既轉(zhuǎn)化生成了-1價的Cl-,又轉(zhuǎn)化生成了+1價的ClO-,所以反應(yīng)①中Cl2既是氧化劑又是還原劑;氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物也可以是同一種物質(zhì),反應(yīng)②中的S既是氧化產(chǎn)物(H2S被氧化生成)又是還原產(chǎn)物(SO2被還原生成)。問題2:同一物質(zhì)在不同的反應(yīng)中,是不是只能做氧化劑或還原劑?提示:這要看這種物質(zhì)遇到的物質(zhì)的性質(zhì),若遇到強氧化劑就只能做還原劑,如反應(yīng)⑤中的H2O2;若遇到還原性物質(zhì)則可以做氧化劑,如反應(yīng)④中的H2O2。問題3:氧化還原反應(yīng)中只能是一種氧化劑與一種還原劑反應(yīng)嗎?提示:不一定。反應(yīng)③中就是KNO3與S都做氧化劑,同時氧化了還原劑C。
探究2　物質(zhì)的氧化性和還原性強弱的比較氯氣是中學(xué)化學(xué)實驗中常用到的一種氧化性氣體,有多種方法可以用來制取氯氣。
實際上為了反應(yīng)更便于控制,人們更多的是采用反應(yīng)(2)的方法來制取氯氣。問題4:從反應(yīng)進行的方向來看,KMnO4可以把HCl氧化為Cl2,而KMnO4與Cl2都是實驗室常用的氧化劑,你覺得誰的氧化性更強?提示:KMnO4氧化性更強。因為KMnO4可以把HCl氧化為Cl2,而Cl2則不能把MnCl2氧化為KMnO4。
問題5:KMnO4與MnO2都可以把HCl氧化為Cl2,從反應(yīng)需要的條件看,KMnO4與MnO2誰的氧化性更強呢?提示:KMnO4的氧化性更強。因為MnO2必須加熱才能與濃HCl反應(yīng),而KMnO4則不需要加熱。問題6:反應(yīng)(3)中氧化劑1 ml KClO3可以得到5 ml電子,反應(yīng)(4)中1 ml NaClO只能得到1 ml電子。能否說KClO3氧化性強于NaClO?提示:不能這樣說。氧化性是指得到電子的能力,而不是得電子的多少。
1.氧化劑、還原劑相關(guān)概念的關(guān)系(1)氧化還原反應(yīng)各概念間的關(guān)系。
(2)記憶口訣:升失氧,還原劑;降得還,氧化劑。
2.氧化性和還原性強弱的判斷方法(1)根據(jù)氧化還原反應(yīng)進行的方向判斷。
氧化性:氧化劑>氧化產(chǎn)物還原性:還原劑>還原產(chǎn)物(2)根據(jù)元素的活動性順序比較。
題點一　氧化劑、還原劑的相關(guān)概念
A.①中H2O2是還原劑B.②中H2O2被MnO2氧化C.③中反應(yīng)前后氧元素的化合價降低D.H2O2在反應(yīng)中既可以做還原劑,也可以做氧化劑
解析:①中H2O2被氧化,做還原劑,故A正確;②中H2O2既是氧化劑又是還原劑,MnO2為催化劑,故B錯誤;③中反應(yīng)前后氧元素的化合價從-1價變?yōu)?2價,化合價降低,故C正確;H2O2中O元素化合價為-1價,既可以被氧化為0價,也可以被還原為-2價,則H2O2在反應(yīng)中既可以做還原劑,也可以做氧化劑,故D正確。
2.(2022·遼寧凌源期中)濃氨水能溶解金屬鈉,發(fā)生下列反應(yīng):2Na+2NH3 2NaNH2+H2↑,并形成藍色的溶液。下列說法不正確的是(　 　)A.NH3做還原劑 B.Na失電子C.NaNH2是氧化產(chǎn)物D.NH3被還原
解析:根據(jù)反應(yīng)方程式,Na元素的化合價由0→+1,化合價升高,金屬鈉做還原劑,NH3中H的化合價由+1→0,化合價降低,氨氣做氧化劑。根據(jù)上述分析,A說法錯誤;B、C、D說法正確。
題點二　氧化性和還原性強弱的比較
A.O2>I2>SB.H2S>NaI>H2OC.S>I2>O2D.H2O>NaI>H2S
4.(2021·河北石家莊月考)已知氧化性:Cl2>Br2>Fe3+>I2。判斷下列化學(xué)方程式一定不正確的是(　 　)
解析:根據(jù)A項反應(yīng)式可以知道氧化性是Fe3+>I2,符合題干已知條件,故A正確;根據(jù)B項反應(yīng)式可以知道氧化性是 Br2>Fe3+,符合題干已知條件,故B正確;亞鐵離子的還原性強于溴離子,但氧化性Cl2>Br2,所以Br2與氯化亞鐵反應(yīng)只能氧化亞鐵離子而不能產(chǎn)生氯氣,故C錯誤;根據(jù)D項反應(yīng)式可以知道氧化性是Cl2>I2,符合題干已知條件,故D正確。
學(xué)習(xí)任務(wù)2　氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用
1.研究物質(zhì)的性質(zhì)(1)根據(jù)元素價態(tài)預(yù)測物質(zhì)的氧化性、還原性。①元素處于最低價態(tài)時,只有還原性;②元素處于最高價態(tài)時,只有氧化性;③元素處于中間價態(tài)時既有氧化性又有還原性,但一般情況下主要表現(xiàn)某一方面的性質(zhì)。
(2)H2O2的氧化性和還原性探究。①預(yù)測。H2O2中氧元素的化合價為-1價,是氧元素的中間價態(tài),由此可推測H2O2既有氧化性,又有還原性。②實驗方案。證明H2O2具有還原性,需加入氧化劑,如酸性KMnO4溶液。證明H2O2具有氧化性,需加入還原劑,如KI溶液。
③實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論。
微點撥:研究物質(zhì)氧化性或還原性的思路(1)若所含某元素的化合價有升高的趨勢,說明該物質(zhì)可能具有還原性;若所含某元素的化合價有降低的趨勢,說明該物質(zhì)可能具有氧化性。(2)如果預(yù)測某物質(zhì)具有氧化性,利用具有還原性的另一物質(zhì),通過實驗檢驗兩者能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)。如果預(yù)測某物質(zhì)具有還原性,利用具有氧化性的另一物質(zhì),通過實驗來驗證預(yù)測是否正確。
2.實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化與獲得能量(1)金屬冶煉。①金屬冶煉的本質(zhì):利用氧化還原反應(yīng)使金屬元素的化合價由正價降低至0價,生成金屬單質(zhì),即Mn++ne- M。②金屬冶煉的方法。
(2)實驗室制備氯氣。①制取原理。利用氧化劑MnO2,在加熱條件下,把濃鹽酸中-1價Cl-氧化為Cl2?；瘜W(xué)方程式:MnO2+4HCl(濃) MnCl2+Cl2↑+2H2O。②實驗裝置。
(3)利用氧化還原反應(yīng)獲得能量。①燃燒:選擇氧化劑氧化可燃物,利用氧化還原反應(yīng)獲得熱能。②原電池:利用氧化還原反應(yīng)獲得電能。微點撥:MnO2只能與濃鹽酸反應(yīng),隨反應(yīng)進行,鹽酸濃度變小,反應(yīng)不能完全進行。
探究1　氧化還原相關(guān)概念的關(guān)系純過氧化氫(H2O2)是一種淡藍色的黏稠液體,水溶液俗稱雙氧水。其水溶液適用于醫(yī)用傷口消毒、環(huán)境消毒和食品消毒。其很大的優(yōu)點就是消毒后的產(chǎn)物是水,對環(huán)境友好。H2O2分子中氧元素處于-1價,既有氧化性也有還原性。主要體現(xiàn)為
問題1:指出(1)中各物質(zhì)的關(guān)系及發(fā)生的變化?提示:H2O2是氧化劑,得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原產(chǎn)物H2O;KI是還原劑,失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸a(chǎn)物I2。問題2:反應(yīng)(1)中氧化劑、還原劑間電子的轉(zhuǎn)移情況是怎樣的?提示:H2O2得到的電子來自KI失去的電子,這兩部分電子數(shù)量上相等。問題3:從上面給出的化學(xué)反應(yīng)方程式出發(fā),你能比較KMnO4、H2O2、O2的氧化性相對強弱嗎?說明你的依據(jù)。提示:氧化性KMnO4>H2O2>O2。根據(jù)氧化劑氧化性大于氧化產(chǎn)物,從(2)(3)可知氧化性KMnO4>O2,H2O2>O2;從(2)很容易得到氧化性KMnO4>H2O2。
探究2　實驗室制備氯氣實驗室制純凈Cl2的裝置如圖所示:主要分為氣體發(fā)生、氣體凈化、氣體收集、尾氣處理四個部分。
問題4:實驗室制取氯氣的實驗中,一定量的濃鹽酸和足量的二氧化錳反應(yīng),鹽酸能否完全反應(yīng),為什么?提示:不能。這里發(fā)生的是氧化還原反應(yīng),MnO2只能氧化濃鹽酸,隨反應(yīng)的進行鹽酸濃度降低,反應(yīng)停止。故鹽酸不能完全反應(yīng)。問題5:在制取的氯氣中可能會有什么雜質(zhì)?飽和食鹽水和濃硫酸的作用分別是什么?能否將兩者順序顛倒?提示:由于濃鹽酸易揮發(fā),伴隨加熱,制取的氯氣中會有HCl和水蒸氣。飽和食鹽水可用于除去HCl氣體,因為HCl極易溶于水,而Cl2在飽和食鹽水中的溶解度很小。濃硫酸有吸水性,可以吸收水蒸氣。兩者不能顛倒,如先通過濃硫酸,再通過飽和食鹽水,Cl2中又帶入了水蒸氣,達不到干燥Cl2的目的。問題6:根據(jù)學(xué)過的知識判斷如何收集氯氣?提示:氯氣的相對分子質(zhì)量為71,遠大于空氣的平均相對分子質(zhì)量29,根據(jù)同條件下氣體的密度之比等于氣體的相對分子質(zhì)量之比,可以用向上排空氣法收集。
問題7:為防止Cl2的污染,澄清石灰水、氫氧化鈉溶液哪一個更適合用于尾氣處理?請寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式。提示:吸收Cl2時不宜用澄清石灰水,因為Ca(OH)2微溶于水,溶液濃度很小,不能保證Cl2全部被吸收,應(yīng)該用NaOH溶液?；瘜W(xué)方程式為2NaOH+Cl2 NaCl+NaClO+H2O。問題8:已知高錳酸鉀和濃鹽酸在常溫下就可以制取氯氣,試寫出化學(xué)方程式,用雙線橋法標出電子轉(zhuǎn)移情況,并分析KMnO4、HCl在反應(yīng)中的作用。提示:KMnO4為氧化劑,HCl在反應(yīng)中做還原劑,同時還起到酸的作用。
一、氧化還原反應(yīng)的規(guī)律1.守恒規(guī)律(1)意義:還原劑失電子總數(shù)=氧化劑得電子總數(shù)。(2)應(yīng)用:氧化還原反應(yīng)方程式的配平和相關(guān)計算。2.強弱規(guī)律(1)意義。還原性:還原劑>還原產(chǎn)物。氧化性:氧化劑>氧化產(chǎn)物。
(2)應(yīng)用。①物質(zhì)間氧化性(或還原性)的強弱比較。②判斷氧化還原反應(yīng)能否發(fā)生或判斷反應(yīng)是否合理。3.先后規(guī)律(1)意義。①同一氧化劑與多種還原劑混合,還原性強的先被氧化。②同一還原劑與多種氧化劑混合,氧化性強的先被還原。(2)應(yīng)用:判斷反應(yīng)的先后順序或比較物質(zhì)的氧化性、還原性強弱。
4.價態(tài)規(guī)律(1)高低規(guī)律。①意義:元素最高價態(tài)只有氧化性;元素中間價態(tài)既有氧化性又有還原性;元素最低價態(tài)只有還原性。②應(yīng)用:預(yù)測物質(zhì)的氧化性、還原性。(2)歸中規(guī)律。①同種元素不同價態(tài)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)時,高價態(tài)+低價態(tài) 中間價態(tài),即“只靠攏,不交叉”。②同種元素相鄰價態(tài)間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
二、氯氣的制取1.反應(yīng)原理
2.實驗裝置(1)發(fā)生裝置(Ⅰ)儀器:鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、圓底燒瓶、分液漏斗等。(2)凈化裝置(Ⅱ):C盛放飽和氯化鈉溶液,除去氯氣中的氯化氫;D盛放濃硫酸,干燥氯氣。(3)收集裝置(Ⅲ)。①收集方法:向上排空氣法(裝置E,Cl2的密度大于空氣的密度)。②驗滿方法:將濕潤的淀粉KI試紙放在集氣瓶口,若試紙變藍,則證明Cl2已收集滿。(4)尾氣處理裝置(Ⅳ):F中盛放氫氧化鈉溶液,吸收過量的氯氣,防止污染環(huán)境。
題點一　氯氣的實驗室制法
1.(2022·上海期中)實驗室制取Cl2時,下列裝置能達到相應(yīng)實驗?zāi)康牡氖?　 　)
解析:濃鹽酸與二氧化錳常溫下不反應(yīng),缺少加熱裝置,不能制備氯氣,A錯誤;應(yīng)先通過飽和食鹽水除去HCl,后通入濃硫酸干燥氯氣,除雜順序錯誤,B錯誤;氯氣的密度比空氣密度大,可用向上排空氣法收集,但收集氣體時不能密封,否則氣體過多時易使儀器炸裂,C錯誤;氯氣有毒,可用NaOH溶液吸收,Cl2+2NaOH NaCl+NaClO+H2O,圖中裝置可吸收尾氣,D正確。
2.(2021·遼寧學(xué)業(yè)考試)實驗室制取氯氣的裝置如圖所示,主要操作步驟為①加熱制取氯氣?、谑占葰狻、蹤z查裝置氣密性　④處理尾氣下列選項中正確的實驗操作順序是(　 　)A.①②③④B.③①②④C.②④③①D.④③①②
解析:制備氯氣時,先連接裝置后檢驗氣密性,若氣密性良好,則先向燒瓶中加固體,后向分液漏斗中加液體,然后加熱制備氯氣,等氣泡均勻冒出后收集氯氣,產(chǎn)生有毒氣體需處理尾氣,防止污染環(huán)境。由上述分析可知,利用圖中裝置,先檢驗氣密性,再加熱制備氯氣,然后收集氯氣,最后處理尾氣,則正確的實驗操作順序是③①②④。
題點二　氧化還原反應(yīng)的規(guī)律
A.+3B.+4C.+5D.+6
解析:該氧化還原反應(yīng)是3個ClO-得到6個電子轉(zhuǎn)變?yōu)?個Cl-,則根據(jù)電子守恒,2個R(OH)3失去6個電子。每分子R(OH)3失去3個電子,R元素的化合價由+3價升高為+6價。
4.已知氧化性強弱順序:Cl2>Br2>Fe3+>I2,則下列說法不正確的是(　 　)A.向含碘化鉀、淀粉的溶液中滴加FeCl3溶液,溶液變藍B.向FeBr2溶液中通入少量Cl2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-C.某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-,為了除去I-而不減少其他離子,可通入含F(xiàn)e3+的溶液D.向含有NaBr、NaI的溶液中通入適量氯氣,充分作用后,將溶液蒸干、灼燒,可能得到NaCl和NaI的固體混合物
常見物質(zhì)的氧化性、還原性的強弱順序
1.氧化性(1)Cl2>Br2>F>I2>S;(2)Ag+>F>Cu2+>H+>Fe2+。2.還原性(1)S2->I->Fe2+>Br->Cl-;(2)K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>(H)>Cu>Ag。
1.誤認為過量MnO2與濃鹽酸反應(yīng),HCl可全部轉(zhuǎn)化。其實MnO2只能與濃鹽酸反應(yīng),HCl不全部轉(zhuǎn)化。2.誤認為制氯氣的反應(yīng)中,HCl只起還原劑的作用。其實HCl既表現(xiàn)還原性,也體現(xiàn)酸性。3.還原劑失電子數(shù)越多,還原性不一定就越強。比如Al的還原性就不如Na強。4.誤認為氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物必須是兩種不同的物質(zhì)。其實一種物質(zhì)可以既是氧化產(chǎn)物,也是還原產(chǎn)物。5.誤認為陽離子只有氧化性。其實居于中間價態(tài)的金屬陽離子也有還原性,如Fe2+。
請回答下列問題。(1)上述反應(yīng)中,被氧化的元素是　　　　　　,還原產(chǎn)物是　　　　　　。
答案:(1)Al　N2
請回答下列問題。(2)用“雙線橋法”表示反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目: ?　　　　　　　　　　　　。?
解析:(2)用雙線橋法表示反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向時,反應(yīng)物中變價元素指向生成物中同種變價元素,數(shù)目為化合價變化總數(shù),即為 。
請回答下列問題。(3)反應(yīng)中每生成1個N2,轉(zhuǎn)移　　　　個電子。?
解析:(3)反應(yīng)中N元素由+5價降為0價,則每生成1個N2,轉(zhuǎn)移10個電子。
答案:(4)8　10　2　8　1　5
請回答下列問題。(5)已知I-、Fe2+、SO2、Cl-、H2O2均有還原性,它們在酸性溶液中還原性的強弱順序為SO2>I->H2O2>Fe2+>Cl-。下列反應(yīng)不能發(fā)生的是　　　(填字母)。

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第3節(jié) 氧化還原反應(yīng)

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