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氧化還原反應(yīng) 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 氧化還原反應(yīng) 二. 教學(xué)目標(biāo) 理解氧化還原反應(yīng)的概念和本質(zhì)， 學(xué)會(huì)用化合價(jià)升降法分析氧化還原反應(yīng)， 了解常見的氧化劑、還原劑，并能比較氧化性、還原性的相對(duì)強(qiáng)弱； 掌握氧化還原反應(yīng)的計(jì)算 三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 氧化還原反應(yīng)的概念辨析，氧化還原反應(yīng)的計(jì)算 四. 教學(xué)過程： （一）氧化還原反應(yīng)的概念： 氧化反應(yīng)：物質(zhì)所含元素的化合價(jià)升高的反應(yīng)；所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)稱為還原劑； 還原反應(yīng)：物質(zhì)所含元素的化合價(jià)降低的反應(yīng)；所含元素化合價(jià)降低的物質(zhì)稱為氧化劑； 氧化性是指物質(zhì)得電子的能力，氧化劑具有氧化性； 還原性是指物質(zhì)失電子的能力，還原劑具有還原性。 氧化還原反應(yīng)各相關(guān)概念間的關(guān)系： 氧化劑→氧化性→得電子→價(jià)降低→被還原→還原產(chǎn)物 　　↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 反應(yīng)物—性質(zhì)—本質(zhì)　— 特征 —反應(yīng) — 生成物 　　 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 還原劑→還原性→失電子→價(jià)升高→被氧化→氧化產(chǎn)物 氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是：反應(yīng)過程中有電子轉(zhuǎn)移或得失； 氧化還原反應(yīng)的特征是：反應(yīng)前后元素的化合價(jià)發(fā)生了改變； 判斷氧化還原反應(yīng)的方法是：反應(yīng)前后物質(zhì)所含元素的化合價(jià)是否發(fā)生改變，若變化，則為氧化還原反應(yīng)，反之，不屬于氧化還原反應(yīng)。 氧化還原反應(yīng)的表示方法 在反應(yīng)中，變價(jià)元素從反應(yīng)物指向生成物，兩端對(duì)準(zhǔn)同種元素，標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，寫“得”“失”，箭頭方向不代表電子轉(zhuǎn)移方向，僅表示電子轉(zhuǎn)移的前后變化。 在反應(yīng)中，失電子的元素指向得電子的元素，標(biāo)明轉(zhuǎn)移電子總數(shù)，但不寫“得”“失” 說明： 1、氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的偏移和得失，即電子的轉(zhuǎn)移；而氧化還原反應(yīng)的特征是：所含元素的化合價(jià)發(fā)生變化。但并不是所有元素的化合價(jià)發(fā)生變化。 2、常見的氧化劑、還原劑： 3、常見的四種基本反應(yīng)類型中，復(fù)分解反應(yīng)肯定不屬于氧化還原反應(yīng)，置換反應(yīng)肯定是氧化還原反應(yīng)，而化合反應(yīng)和分解反應(yīng)中若有單質(zhì)參與，則肯定是氧化還原反應(yīng)。 4、氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律： （1）守恒律：對(duì)于一個(gè)完整的氧化還原反應(yīng)，化合價(jià)升高總數(shù)與降低總數(shù)相等，失電子總數(shù)與得電子總數(shù)相等。 （2）價(jià)態(tài)律：元素處于最高價(jià)，只有氧化性；元素處于最低價(jià)，只有還原性；元素處于中間價(jià)態(tài)，既有氧化性又有還原性，但主要呈現(xiàn)一種性質(zhì)。即：“高價(jià)氧化低價(jià)還，中間價(jià)態(tài)兩頭轉(zhuǎn)” （3）強(qiáng)弱律：強(qiáng)制弱：強(qiáng)氧化劑+強(qiáng)還原劑=弱還原劑+弱氧化劑。主要應(yīng)用： ①比較物質(zhì)間氧化性或還原性的強(qiáng)弱； ②在適宜條件下，用氧化性強(qiáng)的物質(zhì)制備氧化性弱的物質(zhì)或用還原性強(qiáng)的物質(zhì)制備還原性弱的物質(zhì)。 （4）轉(zhuǎn)化律：氧化還原反應(yīng)中，以元素相鄰價(jià)態(tài)間的轉(zhuǎn)化最容易；同種元素不同價(jià)態(tài)之間的氧化反應(yīng)，化合價(jià)的變化遵循“只靠攏，不交叉”（即價(jià)態(tài)歸中 ） ；同種元素相鄰價(jià)態(tài)間不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 歧化律－—處于中間價(jià)態(tài)的元素同時(shí)升降 歸中律－—同種元素不同價(jià)態(tài)反應(yīng)時(shí)，化合價(jià)向中間靠攏，且一般符合鄰位轉(zhuǎn)化和互不換位規(guī)律，同種元素相鄰價(jià)態(tài)不發(fā)生氧化還原反應(yīng) （5）優(yōu)先律：一種氧化劑同時(shí)和幾種還原劑相遇時(shí)，還原性最強(qiáng)的優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)。一種還原劑與多種氧化劑相遇時(shí)，氧化性最強(qiáng)的優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)。即“先強(qiáng)后弱”原則。 （6）難易律：越易失電子的物質(zhì)，失后就越難得電子；越易得電子的物質(zhì)，得后就越難失電子。 （二）氧化性、還原性強(qiáng)弱的比較： 氧化性、還原性的強(qiáng)弱取決于得、失電子的能力，與得失電子的多少無關(guān)。一般從元素的價(jià)態(tài)考慮時(shí)：元素處于最高價(jià)態(tài)，則只有氧化性；處于最低價(jià)態(tài)，則只有還原性；而處于中間價(jià)態(tài)時(shí)，既有氧化性，又有還原性。 常用的判斷方法有： （1）根據(jù)金屬活動(dòng)順序表：?jiǎn)钨|(zhì)失電子能力逐漸增強(qiáng)，還原性逐漸增強(qiáng)，其簡(jiǎn)單陽(yáng)離子得電子能力逐漸減弱，氧化性逐漸減弱。 （2）根據(jù)非金屬活動(dòng)順序判斷：一般情況下，F(xiàn)2、Cl2、Br2、I2、S單質(zhì)的氧化性逐漸減弱，F(xiàn)－、Cl－、Br－、I－、S2－，其簡(jiǎn)單陰離子的還原性逐漸增強(qiáng)。 （3）從元素化合價(jià)的高低來判斷：一般地說，同一種變價(jià)元素的幾種物質(zhì)，它們的氧化能力是由高價(jià)態(tài)到低價(jià)態(tài)逐漸減弱，還原能力則依次逐漸增強(qiáng)。特殊性：氧化、還原能力還與物質(zhì)的穩(wěn)定性、溫度、濃度、酸堿性等有關(guān)。 如：氧化性HClO > HClO4; H2SO3 > H2SO4(稀) KMnO4氧化性：酸性 > 中性 > 堿性 （4）根據(jù)化學(xué)方程式：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)中： 強(qiáng)氧化劑+ 強(qiáng)還原劑=弱還原劑+弱氧化劑 氧化性：氧化劑＞氧化產(chǎn)物；還原性：　還原劑＞還原產(chǎn)物 另外大多數(shù)情況下，在氧化還原反應(yīng)中：氧化性：氧化劑 > 還原劑；還原性：還原劑 > 氧化劑 （5）根據(jù)元素周期表判斷：同主族元素：金屬單質(zhì)的還原性隨金屬性的增強(qiáng)而增強(qiáng)，其簡(jiǎn)單離子的氧化性相應(yīng)減弱；非金屬單質(zhì)的氧化性隨非金屬性的增強(qiáng)而增強(qiáng)，其簡(jiǎn)單陰離子的還原性相應(yīng)減弱 （6）根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行的難易判斷：不同氧化劑與同一還原劑反應(yīng)，越容易進(jìn)行的反應(yīng)其中氧化劑的氧化性越強(qiáng)；不同還原劑與同一氧化劑反應(yīng)，越容易進(jìn)行的反應(yīng)其中還原劑的還原性越強(qiáng)。 （7）根據(jù)電極反應(yīng)判斷：a、兩種不同的金屬構(gòu)成原電池時(shí)，做負(fù)極的金屬的還原性比做正極的金屬的還原性強(qiáng)。b、用惰性電極電解混合溶液時(shí)，在陰極先放電的金屬離子的氧化性強(qiáng)；在陽(yáng)極先放電的陰離子的還原性強(qiáng)。 說明： 　1、氧化性和還原性是指得失電子的能力，因此，氧化性、還原性的強(qiáng)弱取決于得、失電子的能力大小，與得失電子的多少無關(guān)。 　2、物質(zhì)的氧化性、還原性的相對(duì)強(qiáng)弱還與物質(zhì)的濃度、酸堿性、溫度等因素有關(guān)。如：濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，而稀硫酸不具有強(qiáng)氧化性；濃鹽酸具有強(qiáng)還原性，而稀鹽酸不具有強(qiáng)還原性；酸性KMnO4溶液的氧化性比中性或弱堿性溶液中的氧化性都強(qiáng)等。 　3、氧化性、還原性的相對(duì)強(qiáng)弱還可以根據(jù)反應(yīng)條件判斷：反應(yīng)條件越簡(jiǎn)單，反應(yīng)越劇烈，對(duì)應(yīng)物質(zhì)的氧化性或還原性越強(qiáng)。如是否加熱、有無催化劑及反應(yīng)的溫度高低、反應(yīng)的濃度大小等。 　4、同一氧化劑與不同還原劑反應(yīng)時(shí)，誰(shuí)放出的能量大，誰(shuí)的氧化性就強(qiáng)；同理，同一還原劑與不同的氧化劑反應(yīng)時(shí)，誰(shuí)放出的能量大，誰(shuí)的還原性就強(qiáng)。 　5、在利用電化學(xué)原理判斷金屬的還原性的相對(duì)強(qiáng)弱時(shí)，一般做負(fù)極的金屬的活潑性較強(qiáng)，但在某些特定的原電池反應(yīng)中，也可能出現(xiàn)反例。如：鎂、鋁和氫氧化鈉組成原電池時(shí)，作為負(fù)極的金屬就是鋁，它的還原性比鎂弱，但鋁可與氫氧化鈉發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。 （三）氧化還原反應(yīng)方程式的配平： 用化合價(jià)升降法（電子得失法）配平各種類型的氧化還原反應(yīng)的方程式。主要以選擇、填空、推斷等形式出現(xiàn)。 氧化還原反應(yīng)方程式的配平依據(jù)：質(zhì)量守恒定律和反應(yīng)中元素的化合價(jià)升降總數(shù)相等 氧化還原反應(yīng)的配平步驟：①標(biāo)；②等；③定；④配；⑤查 說明： 　1、①標(biāo)是標(biāo)出化合價(jià)發(fā)生變化的元素的化合價(jià)；②等是化合價(jià)升高與降低的總數(shù)相等；③定是指確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物前面的系數(shù)，這類系數(shù)稱為氧化還原系數(shù)；④配是指用觀察法配平方程式其他物質(zhì)前面的系數(shù)；⑤查，要求從質(zhì)量守恒、電荷守恒和得失電子守恒三個(gè)方面檢查方程式配平是否正確。 　2、配平方法： ①順配法（先從氧化劑或還原劑開始配平），適用于分子間的氧化還原反應(yīng)，生成物中既有氧化產(chǎn)物又有還原產(chǎn)物，所有元素參與的氧化還原反應(yīng)等； 如：鋁在空氣中燃燒、氯酸鉀與濃鹽酸的反應(yīng)等 ②逆配法（先從氧化還原產(chǎn)物開始配平），適用于自身氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)物中某一部分被氧化或被還原。 如：K2Cr2O7+HCl－KCl+CrCl3+H2O+Cl2、AgNO3－Ag+NO2+O2、 Br2+Na2CO3－NaBr+NaBrO3+CO2等。 3、幾類反應(yīng)的配平技巧： ①缺項(xiàng)類：可能缺的項(xiàng)：一般為反應(yīng)介質(zhì)，通常是酸、堿或水，它們參與反應(yīng)，但其中元素的化合價(jià)不變；確定方法：先配出氧化還原系數(shù)，后根據(jù)離子電荷守恒和原子個(gè)數(shù)守恒確定。如：Fe（NO3）2+KOH+Cl2－K2FeO4+KNO3+KCl+　　　　　 ②多變類：有兩種以上元素的價(jià)態(tài)改變；存在一種物質(zhì)，其中兩種元素的價(jià)態(tài)均同時(shí)升高或降低。配平技巧：整體+零價(jià)法。 如：FeS2+O2－Fe2O3+SO2、P+CuSO4+H2O－H3PO4+Cu3P+H2SO4 【典型例題】 例1. 下列四類反應(yīng)：①置換反應(yīng)，②復(fù)分解反應(yīng)，③沒有單質(zhì)參加的化合反應(yīng)，④沒有單質(zhì)生成的分解反應(yīng)。其中一定不是氧化還原反應(yīng)的是 A、只有② B、只有②③ C、②③④ D、①②③④ 解析：本題只有A選項(xiàng)正確。根據(jù)置換反應(yīng)的概念和實(shí)質(zhì)可以推知它一定是氧化還原反應(yīng)。對(duì)于化合反應(yīng)和分解反應(yīng)，只要有單質(zhì)參加或生成，則一定是氧化還原反應(yīng)；而沒有單質(zhì)參加或生成的化合反應(yīng)和分解反應(yīng)，則有些是氧化還原反應(yīng)，有些不是氧化還原反應(yīng)。例如，這樣的兩個(gè)反應(yīng)：Na2O2+SO2=Na2SO4、NH4NO3=N2O+2H2O，雖然沒有單質(zhì)參加或生成，但它們?nèi)匀粚儆谘趸€原反應(yīng)。 答案：A 例2. 化合物A、B、C都只含有兩種元素，且A、B均含X元素。已知一定條件下可發(fā)生反應(yīng)：A+B→X+C，X是一種單質(zhì)，由此可知X元素： A、一定是金屬元素 B、一定是非金屬元素 C、可能是金屬元素，也可能是非金屬元素 D、無法確定 解析：根據(jù)題意：1）A、B、C都是化合物；2）A、B均含X元素；3）反應(yīng)生成單質(zhì)X，可以推知該反應(yīng)為“歸中型”氧化還原反應(yīng)。即化合物A、B中X元素的化合價(jià)“一高一低”（一個(gè)高于0價(jià)、一個(gè)低于0價(jià)），兩者共同作用生成X單質(zhì)（化合價(jià)為0）。由于金屬元素在化合物中只呈現(xiàn)正價(jià)態(tài)，不可能有負(fù)價(jià)態(tài)，因此可以肯定X不是金屬元素；只有非金屬元素在化合物中才既可呈正價(jià)態(tài)，又可呈負(fù)價(jià)態(tài)，并在一定條件下可以發(fā)生歸中反應(yīng)。例如：2H2S+SO2=3S+2H2O，4NH3+6NO=5N2+6H2O，所以X應(yīng)該是非金屬，即該題的答案為B。 答案：B 例3. 在反應(yīng)11P+15CuSO4+24H2O=5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4中，每摩爾CuSO4能氧化P的物質(zhì)的量為　 A、1/5 mol B、2/5 mol C、3/5mol D、11/5 mol 解析：本題中的還原劑是P，而氧化劑是P和CuSO4。由于反應(yīng)過程中Cu從+2降為+1，因此反應(yīng)中共得到15mol的電子；而做還原劑的P在反應(yīng)中從0升至+5價(jià)，因此1mol P得到5mol電子。因此15molCuSO4在反應(yīng)中只能氧化3mol的P，即每摩爾硫酸銅能夠氧化0.2mol的P。正確選項(xiàng)為A。 答案：A 例4. 已知反應(yīng)：10AgF+5Cl2+5H2O=9AgCl+AgClO3+10HF+O2，試回答： （1）反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是____________； （2）當(dāng)轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí)，被氧化的Cl2的物質(zhì)的量是___________； （3）每產(chǎn)生1 mol O2時(shí)，被氧元素還原的Cl2的物質(zhì)的量是___________； （4）反應(yīng)消耗的水是（ 　 ） A. 全部被氧化 B. 全部被還原 C. 被氧化 D. 被還原 解析：此反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移和總數(shù)的表示法如下： （1）有4.5 mol Cl2做氧化劑，做還原劑的有0.5 mol Cl2和2 mol O2，為4.5：2.5=9：5； （2）根據(jù)分析，每轉(zhuǎn)移9mol電子，被氧化的Cl2的物質(zhì)的量為1/2mol，則轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí)，被氧化的Cl2的物質(zhì)的量為1/18mol； （3）O元素由－2價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)?價(jià)，失去2個(gè)電子。每生成1molO2共失去4mol電子，則被氧元素還原的Cl2共得到4mol電子，每摩Cl2得到2mol電子，則有2摩Cl2被氧元素還原； （4）在該反應(yīng)中5mol H2O參與反應(yīng)，只有被氧化 答案：（1）9∶5 （2）mol （3）2 mol （4）C 例5. 配平下列氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式或者離子方程式 （1）___Fe(OH)3 +___NaOH + ___Cl2 － ___Na2FeO4 + ___NaCl + ___（ ） （2）___KMnO4+ ___HBr － ___KBr + ___MnBr2+ ___Br2 + ___H2O （3）___NO3－+___Zn + OH－+ ___H2O － ___NH3+ ___Zn(OH)42－ 解析：氧化還原配平的基本步驟為：①標(biāo)出變價(jià)元素的化合價(jià)、計(jì)算化學(xué)式的整體變價(jià)總數(shù)；②根據(jù)化合價(jià)升降相等配平含變價(jià)物質(zhì)的系數(shù)；③利用原子守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)；④最后檢查元素、原子、電荷、得失電子是否守恒。 上述四條中②是關(guān)鍵。 第（1）小題： ①(OH)3 + NaOH + 2 － Na2O4 + Na + H2O ②升3價(jià) 降2價(jià) ③2Fe(OH)3 + ___NaOH + 3Cl2 － 2Na2FeO4 + 6NaCl + ___H2O 2Fe(OH)3 + 10NaOH + 3Cl2 = 2Na2FeO4 + 6NaCl + 8H2O 注意：① 一個(gè)Cl2降2價(jià)。② 配NaOH、H2O的系數(shù)時(shí)不要遺漏。 第（2）小題出現(xiàn)的新問題是HBr中的Br部分升降，部分不變價(jià)，遇到這種情況可根據(jù)氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物配平。 ①KO4 + H － KBr + Br2 + 2 + H2O 降5價(jià) 升2價(jià) ②2KMnO4 + ___HBr － ___KBr + 2MnBr2 + 5Br2 + ___H2O ③根據(jù)K原子確定KBr的系數(shù)為2，根據(jù)Br原子確定HBr的系數(shù)為2 + 2 2 + 5 2 = 16，再配H2O。 2KMnO4 + 16HBr2KBr + 2MnBr2 + 5Br2 + 8H2O 第（3）小題是離子方程式，先按照一般方法進(jìn)行： 1NO3－ + 4Zn+___OH－+___H2O－1NH3 + 4Zn(OH)42－ 利用離子方程式兩邊電荷總數(shù)相等。上面NO3－、Zn(OH)42－的系數(shù)已經(jīng)確定，右邊負(fù)電荷總數(shù)為8，所以O(shè)H－系數(shù)應(yīng)為7，再用氧配出水的系數(shù)。 答案： （1）2Fe(OH)3 + 10NaOH + 3Cl2 = 2Na2FeO4 + 6NaCl + 8H2O （2）2KMnO4 + 16HBr2KBr + 2MnBr2 + 5Br2 + 8H2O （3）NO3－ + 4Zn+7OH－+6H2O=NH3 + 4Zn(OH)42－