单元教学设计5 氧化还原-高中化学单元教学设计

>> 056 单元教学设计 5  氧化还原  ★ 一、单元教学主题确定 世界是由物质构成的，化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性 质、转化及其应用的基础自然科学。人类在认识和研究物质及其所发生的化学变化 时通常会使用分类的方法，从离子、电子等微观视角解释化学反应的规律是化学学 科独有的视角。氧化还原反应是高中化学重要的有关物质变化的理论，通过这部分 内容的学习，学生可以根据元素价态（另一个重要的依据是物质类别），解释和预测 物质的性质，设计物质间的转化途径。 中学化学有关氧化还原反应的教学循着人类对这个概念的认识和建构的发展之 路展开。从初中根据得氧失氧划分氧化反应和还原反应，到以化合价变化为标志、 基于电子的得失透析氧化还原反应的本质，再到元素化合物中应用氧化还原的视角 认识物质的性质及其变化，进而到氧化还原概念在电化学中的应用，氧化还原反应 概念在教学角度的核心价值可见一斑。人类生存的地球是一个富含氧气的星球，氧 化还原反应在日常生产生活中随处可见、与人类生活密切相关，具有十分重要的生 活价值。 正是因为这个概念在中学教学和生产生活中普遍存在，新授课时教师往往基于 它散点化地进行教学，不断丰富它的内涵与外延，拓展它的意义和应用。学生的知 识地图既在二维空间不断扩大面积，不断丰富认知内容；也在三维高度螺旋上升， 不断加深对内容的理解。一轮复习阶段，需要利用这个核心概念整体设计复习单元， 重构概念的认知体系、形成概念的认识视角、构建应用核心概念解决问题的思维模 型，达成根据价态分析化学反应，应用得失电子守恒进行定量分析与计算，应用氧 　单元教学设计 5  氧化还原　 057 << 化还原反应的原理调控化学反应、实现物质转化以及设计化学电源或利用电解原理 生产产品、消除污染等目的。  ★ 二、单元教学内容分析 （一）在教材中的地位和作用 人教版高中化学教材中，氧化还原反应的概念及应用在全部教材中均有或明或 暗地呈现，集中出现在物质性质及变化、电化学的相关章节，分散出现在元素化合 物、有机化学、自然资源的利用等相关章节中，另外，元素周期表、元素周期律的 相关章节从原子结构角度透析了化合价产生的原因以及氧化还原反应的本质，形成 了有宏观实例的情境呈现、有实际应用的社会价值、有微观本质的理论支撑的互补、 立体的教学资源有机体。表 5-1 为人教版高中化学教材氧化还原反应主要相关内容 整合。 表5-1　人教版高中化学教材氧化还原反应主要相关内容整合 教  材 页  码 位  置 内  容 必修第一册 4 绪言 化学反应类型中的氧化还原反应 必修第一册 22 第一章 第三节 正文 氧化还原反应的概念 必修第一册 23 ～ 24 第一章 第三节 正文 氧化还原反应中得失电子的表示方法 ：双线桥和单 线桥 必修第一册 24 第一章 第三节 正文 4 种基本反应类型与氧化还原反应的关系 必修第一册 25 第一章 第三节 科学史话 氧化还原反应概念的发展 必修第一册 25 第一章 第三节 正文 氧化剂和还原剂的概念及两者的关系 必修第一册 26 第一章 第三节 正文 常见的氧化剂和还原剂 生产和生活中常见的氧化还原反应的介绍 必修第一册 26 第一章 第三节 思考与讨论 汽车尾气处理过程中涉及的氧化还原反应 >> 058 续　表 　高中化学单元教学设计　 教  材 页  码 位  置 内  容 必修第一册 27 第一章 第三节 练习与应用 T3 ：焊接钢轨涉及的氧化还原反应（铝热反应） T4、T5 ：氧化还原反应概念的考查 T8 ：氧化剂、还原剂概念的考查 必修第一册 30 第一章 整理与提升 3. 氧化还原反应概念的发展，氧化剂和还原剂的总 结 必修第一册 31 第一章 复习与提高 T2 ：维生素 C 在人体内功能的考查 必修第一册 43 第二章 第一节 练习与应用 T4 ：物质因发生氧化还原反应而变质的考查 必修第一册 51 第二章 第二节 练习与应用 T2 ：燃烧与氧化还原反应的关系 必修第一册 64 第二章 复习与提高 T8 ：“洁厕灵”与“84”消毒液混合使用发生中毒， 涉及氧化还原反应的考查 必修第一册 73 第三章 第一节 思考与讨论 根据物质中所含元素的价态判断其氧化性和还原性 必修第一册 74 第三章 第一节 方法导引 基于物质类别和元素价态，认识元素及其化合物的 性质 必修第一册 87 第三章 整理与提升 2. 从元素价态的视角，通过氧化还原反应认识物质 间的转化关系 必修第一册 90 第三章 实验活动 2 通过氧化还原反应实现铁及其化合物间相互转化， 认识铁及其化合物的重要化学性质 必修第二册 8 第五章 第一节 提示、正文 常见的氧化剂和还原剂 通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转 化 必修第二册 15 第五章 第二节 正文 硝酸具有很强的氧化性，硝酸的浓度与氧化性的关 系 必修第二册 16 第五章 第二节 思考与讨论 分析工业制硝酸原理，判断每步反应含氮物质发生 的是氧化反应还是还原反应 必修第二册 26 第五章 整理与提升 通过氧化还原反应改变主要元素的化合价，实现含 氮物质的相互转化 必修第二册 30 第五章 实验活动 5 应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转 化 必修第二册 36 第六章 第一节 正文 火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反 应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽 以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。燃烧（氧化还 原反应）是关键 必修第二册 41 第六章 第一节 练习与应用 原电池与氧化还原反应的关系 必修第二册 52 第六章 整理与提升 原电池通过氧化还原反应将化学能转化为电能 059 << 续　表 　单元教学设计 5  氧化还原　 教  材 页  码 位  置 内  容 必修第二册 56 第六章 实验活动 6 理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作 用，体会化学的价值 必修第二册 76 第七章 第二节 练习与应用 T5 ：有机反应中氧化反应的判断 必修第二册 78 ～ 79 第七章 第三节 正文 有机物的燃烧属于氧化反应 乙醇的催化氧化反应 乙醇被酸性高锰酸钾和酸性重铬酸钾溶液氧化成乙 酸 必修第二册 87 第七章 第四节 资料卡片 食用油久置变质的原因，脱氧剂和抗氧化剂的介绍 必修第二册 98 第八章 第一节 正文 金属的冶炼与氧化还原反应的关系，介绍金属冶炼 中常用的还原剂 必修第二册 106 第八章 第一节 练习与应用 T7 ：利用氧化还原反应制取非金属单质 O2、Br2、Cl2 等 必修第二册 113 第八章 第二节 正文 食品中抗氧化剂的介绍（抗坏血酸和丁基羟基茴香 醚） 必修第二册 118 第八章 第三节 正文 污水处理过程中，对于溶解在水中的污染物，根据 其化学性质可采用氧化还原法进行处理 选择性 必修 1 95 第四章 导语 原电池、电解池都以发生在电子导体（如金属）与 离子导体（如电解质溶液）接触界面上的氧化还原 反应为基础，这也是研究化学能与电能相互转化规 律的电化学的核心问题 选择性 必修 1 97 第四章 第一节 正文 自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池 选择性 必修 1 104 第四章 第二节 注释 电化学中规定 ：发生氧化反应的为阳极，发生还原 反应的为阴极 选择性 必修 1 105 第四章 第二节 正文 电解与氧化还原反应的关系 选择性 必修 1 106 第四章 第二节 方法导引 原电池和电解池与氧化还原反应的关系 选择性 必修 1 108 第四章 第二节 正文 电冶金与氧化还原反应 选择性 必修 1 111 第四章 第三节 正文 金属的腐蚀与氧化还原反应 选择性 必修 1 113 第四章 第三节 正文 金属的防护与氧化还原反应 选择性 必修 1 118 第四章 整理与提升 原电池和电解池与氧化还原反应的关系 选择性 必修 2 24 ～ 25 第一章 第二节 思考与讨论 碱金属的电离能与碱金属的活泼性关系 电负性的大小与金属性和非金属性强弱的关系 >> 060 续　表 　高中化学单元教学设计　 教  材 页  码 位  置 内  容 选择性 必修 3 49 第二章 第三节 练习与应用 苯的某些同系物被酸性高锰酸钾氧化的考查 选择性 必修 3 62 ～ 63 第三章 第二节 正文 乙醇的催化氧化、乙醇被强氧化剂的氧化 有机化学反应中，氧化反应和还原反应的定义 选择性 必修 3 63 第三章 第二节 资料卡片 某些人喝酒后产生脸部变红、呕吐、昏迷等醉酒症 状与氧化反应、还原反应的关系 选择性 必修 3 69 第三章 第三节 正文 乙醛的氧化反应（实验 3-7）、（实验 3-8） 选择性 必修 3 70 第三章 第三节 思考与讨论 结合乙醇、乙醛和乙酸三者之间的转化关系，谈谈 有机反应中的氧化反应和还原反应的特点 选择性 必修 3 72 第三章 第三节 练习与应用 T2 ：有机反应中氧化反应、还原反应的判断 选择性 必修 3 85 第三章 第五节 正文 氧化反应使烃分子链缩短实例 选择性 必修 3 128 第四章 复习与提高 T5 ：医用酒精用来消毒与氧化反应、还原反应关系 的考查 必修第一册第一章第三节即为氧化还原反应，介绍了氧化还原反应的相关概念， 在元素化合物的学习中不断地应用这个概念解释现象、解决问题，也在概念的使用 中深化对它的理解，同时形成从“元素价态”视角认识物质及其转化的认知模型。 第四章“物质结构 元素周期律”从微观角度探索化合价产生的原因、不同原子得失 电子能力不同的原因，进一步认识元素性质及递变规律，通过研究粒子间的相互作 用认识氧化还原反应的本质，逐步建立“结构决定性质”的观念。 由于非金属元素常见价态较多，必修第二册第五章中硫、氮、硅等元素的相关 内容更需要从“元素价态”视角进行探究。必修阶段有机反应中的氧化还原反应概 念尚未进阶，主要是概念的直接使用，如有机物的燃烧属于氧化反应、乙烯可以被 酸性高锰酸钾氧化、乙醇可以被催化氧化为乙醛、乙醇可以被酸性高锰酸钾或酸性 重铬酸钾氧化成乙酸等，葡萄糖与氢氧化铜或银氨溶液的反应、乙烯催化氧化生成 环氧乙烷等暂未指明是氧化反应。在“化学反应与能量变化”和“自然资源的开发 利用”章节出现了氧化还原反应的重要应用—制作化学电源和冶炼金属矿物，直接 体现了“氧化还原反应”在资源、能源、材料、环保、健康等社会主题的研究与应 用中发挥的重要作用。 选择性必修 1 在第四章这一个完整的章节体现了化学反应与电能的内容。从利 用自发的氧化还原反应制作各种实用的化学电源，到以电解作为条件驱动非自发进 行的氧化还原反应体现人类对化学反应的调控，再到分析身边无处不在的金属腐蚀 　单元教学设计 5  氧化还原　 061 << 的原因从而对其进行防护。充分说明了原电池和电解池均以电子导体与离子导体接 触界面上的“氧化还原反应”为基础，而这也是研究化学能和电能相互转化规律的 电化学的核心问题。 选择性必修 2 引入了“电离能”的概念，从结构角度分析了元素电离能与活泼 性之间的联系、逐级电离能与化合价的联系、电负性与金属性和非金属性的关系， 这些对原子结构的认识为元素周期律提供了理论依据，也为进一步预测物质的性质 及转化提供了理论支撑。 选择性必修 3 中进阶到了有机化学反应中氧化还原反应。与必修阶段元素价态 为标志的氧化还原反应判断不同的是，有机化学反应中以得氧失氢、得氢失氧作为 判断标志，同时将氧化反应和还原反应分别进行表征，即得氧失氢的反应为氧化反 应、得氢失氧的反应为还原反应，一目了然的同时似乎也将无机、有机反应中的氧 化还原反应割裂开来。 （二）在教学中的地位和作用 《普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》的“内容要求”中有关氧化 还原反应的内容如下： 1. 必修课程 认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态 同种元素的物质的相互转化。 认识有化合价变化的反应是氧化还原反应，了解氧化还原反应的本质是电子的 转移，知道常见的氧化剂和还原剂。 从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 知道氧化、加成、取代、聚合等有机反应类型。 2. 选择性必修课程 认识加成、取代、消去反应及氧化还原反应的特点和规律。 “教学提示”中提供了氧化还原反应理论的发展史实、氧化还原反应本质的探 究、食品中适量添加二氧化硫的作用（去色、杀菌、抗氧化）、含氯消毒剂及其合理 使用、氯气泄漏的处理、酸雨的成因与防治、汽车尾气的处理、日常生活中的氧化还 原反应、工业生产硝酸反应路线的选择、家用燃料和火箭推进剂燃料的选择、煤炭的 综合利用、铅蓄电池 / 锂离子电池等生活中常用的电池、氢氧燃料电池与电解水、化 学电池的发展历史与新型电池的开发、电冶金（如电解熔融氯化钠或氧化铝）、电解 >> 062 　高中化学单元教学设计　 精炼铜、电解在污水处理 / 煤炭脱硫中的应用等丰富的学习活动及情境素材。 “学业要求”中指明，通过这部分内容的学习，学生需要能依据元素价态列举某 种元素的典型代表物；能利用氧化还原反应的概念对常见的反应进行分类和分析说 明；要能从元素价态的角度，依据氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化， 设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。 《高考试题分析》中，关于氧化还原反应的考向聚焦在氧化还原概念的理解、氧 化还原定量计算、氧化还原方程式的书写、电子转移、氧化还原反应规律（含电化 学原理）、与氧化还原有关的实验原理与方法的分析和应用等。 基于以上梳理分析，可以将氧化还原反应一轮复习的教学聚焦在基本概念及规 律、方程式的书写、定量计算、实际应用四个维度，达成发展宏观辨识到微观探析 再到符号表征的三重表征能力的同时，发展学生从定性分析到定量分析的能力，最 终进阶到发展学生基于真实情境解决实际问题的能力。 在基本概念及规律中，重点突破化合价判断的难点，借助“结构决定性质”的 核心概念建构基于原子结构的微粒得失电子能力的定性分析，通过透过现象看本质， 提升学生在结构不良的多重假设中寻找逻辑一致性的能力。 关于氧化还原方程式的书写，应侧重提升学生在多重信息情境下提取关键性信 息的能力，基于守恒、关注体系环境，发展学生多重因素的整合能力和批判性思维。 氧化还原的定量计算以“守恒”为基础、以应用为情境，旨在发展学生的定量 分析能力，提升和完善其对守恒思维的认知与应用，使其体会氧化还原反应在生产 生活与科学实验中的重要作用。 最后一部分，以氧化还原反应在实际生产生活中作为情境，进一步提升学生的综合 能力，学生需要在实际问题中提取关键信息，关注体系环境，调用相关知识，解决结构 不良或多对象动态变化体系中的实际问题，从而进一步提升学生的化学学科核心素养。  ★ 三、单元教学学情分析 （一）学生已有知识和能力 通过新授课的学习，学生知道元素可以具有不同价态，通过氧化还原反应可以 实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化；知道氧化还原反应的本质是电子的 　单元教学设计 5  氧化还原　 063 << 转移；知道一些常见的氧化剂和还原剂，了解一些基本的氧化还原规律；知道电化 学与氧化还原反应的关系，了解常见的化学电源，了解电解在氯碱工业、电有机合 成、电冶金、电镀、电解精炼等中的实际应用；知道金属腐蚀的原因和防护的方法； 会根据得氧、失氧、得氢、失氢判断有机化学中的氧化反应和还原反应。但学生尚 未明确建构起完整的氧化还原分析的思路模型。 （二）学生学习障碍点 学生虽然知道可以通过元素价态判断氧化还原反应，但是对于一些复杂物质中 元素化合价的判断能力不足，如多硫化合物中硫元素、多氮化合物中氮元素、有机 物中碳元素化合价的判断，以及锂离子电池中 LixCy、Li(1-x)Cy 碳元素化合价的判断等， 诸如此类的问题成为阻碍学生进一步分析氧化还原反应的障碍点。 大多学生可以依据各种守恒配平一个具体的氧化还原反应，但遇到从给定信息的 真实情境中书写方程式（含电极反应式）时却往往束手无策，不能从复杂情境中提取 包括反应物质、反应环境、反应条件等关键信息，导致无法顺利完成此类任务。 定量计算在各部分内容中都是学生的薄弱点，其体现了学生基于守恒思想解决 实际问题的能力。另外，在真实情境中，往往需要通过文字信息、方程式信息、循 环圈图信息、流程图信息、实验探究信息等进行辨析和提取，在利用化学方程式、 得失电子守恒、转化关系式等进行定量分析及计算，这需要学生具备较高的对多对 象的综合分析、结构不良的重构、动态体系的辨析等综合能力。 氧化还原在生产、生活、科学实验中有广泛的应用，新授课阶段学生已经分模 块和分课时进行了学习，但尚未以氧化还原的大概念为统领，将具体的事实、概念 充分建立关联，学生暂时不具备可迁移的学科思想和解决问题的思路方法，不能用 更上位的思维理解具体知识内容，化学思维水平、对从元素价态认知物质及其转化 的能力尚待发展。 （三）学生学习发展点 基于学生的障碍点分析，通过以氧化还原反应的核心概念设计单元整体复习思路， 重点在于发展学生对复杂物质中元素化合价的判断能力；化解难度，由简至繁合理设 计梯度，引导学生形成对给定信息的方程式的书写能力，重点在于关键信息的提取， 尤其是复杂电化学装置、循环圈图和流程图中关键信息的辨别与提取；基于守恒思维， 发展学生根据元素价态对氧化还原反应中的关键物质、特定粒子进行定量分析，依据 守恒关系分析复杂情境中微粒的定量变化（含氧化还原滴定分析）；最终学会在真实复 >> 064 　高中化学单元教学设计　 杂的情境下，根据信息从真实问题中抽提大概念，适时引入氧化还原反应的思维，从 “元素价态”视角认识物质及其转化，预测与分析物质性质，解决实际问题。  ★ 四、本单元的概念层级 第 5 单元的概念层级如图 5-1 所示。 图 5-1　第 5 单元的概念层级图 　单元教学设计 5  氧化还原　 065 <<  ★ 五、单元教学目标设计 1. 通过氧化还原反应的复习，落实氧化还原反应概念的拓展，重点突破对 复杂化合物中元素化合价的判断、复杂氧化还原反应的分析、有机型氧化还原 反应的分析；通过工业流程的分析梳理，落实氧化还原反应的实际应用，拓展 与丰富对氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物等的认知；落实、突破信息型 氧化还原反应的方程式的书写（含电极反应式的书写）；落实基于守恒的氧化 还原反应定量分析与计算；落实基于氧化还原反应的物质性质的预测与转化； 2. 通过突破复杂物质中元素的化合价的判断，发展学生的守恒思维及“结 构决定性质”的思维；通过合理设置梯度，引导学生突破信息型方程式的书写， 发展学生从实际、综合、复杂情境基于文字、图表提取关键信息的能力；通过 对氧化还原反应中的特殊元素化合价、关键物质、特定粒子的定量分析，以及 依据守恒关系分析复杂情境中微粒的定量变化（含氧化还原滴定分析），发展 学生的守恒思维及定量分析能力、运算能力；通过在真实情境下预测与分析物 质性质，解决实际问题，从真实问题中抽提大概念，适时引入氧化还原反应的 思维，从“元素价态”视角认识物质及其转化，达成高通路迁移，发展学生化 学学科核心素养，提升学生解决问题的能力。 3. 通过氧化还原反应这一核心概念的学习，促进学生元素化合物认识方式 的发展，使学生认识有化合价变化的是氧化还原反应，了解氧化还原反应的本 质，知道常见的氧化剂和还原剂；了解通过氧化还原反应可以探索物质的性质、 实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和 环境保护中的重要价值；发展学生将知识和认识转化成问题解决的能力、科学 精神与社会责任，使学生形成基于无机化合物（包括部分有机化合物）知识和 经验的化学学科核心素养。 >> 066 　高中化学单元教学设计　  ★ 六、单元教学评价目标设计 1. 通过对复杂物质中元素化合价的分析判断，突破学生进一步分析氧化还 原反应的痛点；基于氧化还原反应规律的初步应用，诊断学生氧化还原反应的 知识结构与认知思路，发展学生解决简单相关问题的思路与能力。 2. 通过合理设置“给定物质的氧化还原反应方程式的配平—给定信息的缺 项氧化还原反应方程式的书写—给定文字或图表信息的氧化还原反应方程式的 书写—工业流程图中特定步骤的氧化还原反应方程式的书写”的提升路径，发 展学生从复杂情境中提取包括反应物质、反应环境、反应条件等关键信息的能力， 发展学生的守恒思维及符号表征能力。 3. 通过合理设置“基于守恒计算氧化还原反应特定元素化合价—基于守恒 定量分析氧化还原反应特定微粒的数目—基于关系式定量分析氧化还原反应— 氧化还原滴定分析”的提升路径，发展学生的守恒思维及真实情境信息辨析及 提取能力、定量分析及计算能力，进而提升学生多对象的综合分析、结构不良 的重构、动态体系的辨析等综合能力。 4. 通过分析氧化还原在生产、生活、科学实验的重点广泛应用，发展学生 基于氧化还原的大概念将知识和认识转化成问题解决的能力，发展学生对元素 化合物的认识方式，发展对物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合 利用和环境保护中重要价值的认识。 　单元教学设计 5  氧化还原　 067 <<  ★ 七、单元整体教学框架 第 5 单元整体教学框架如图 5-2 所示。 图 5-2　第 5 单元整体教学框架图 >> 068 　高中化学单元教学设计　  ★ 八、单元整体教学流程 （一）第 1课时：氧化还原反应的概念和基本规律 【教学情境】课程标准对于氧化还原反应的要求以及近年来高考对于氧化还原反 应概念的考查情况。 【任务 1】了解氧化还原反应的基本概念。 【问题 1】标出下列物质中画线元素的化合价。 NH2OH Na2S2O3 NaBH4 CrO5（ Cr O O O OO ） Na2S2O8（ 2OO O O O OO S S O ][ ） H2C2O4 C2H5OH (C6H10O5)n 【学生活动】按照要求标出指定元素的化合价。 【设计意图】通过标定一些复杂物质或特殊物质中某些元素的化合价，使学生对 元素化合价确定的两种方法（平均价态法和结构法）进行巩固，进而深化对于化合 价本质的认识，从而提升从宏观上辨识氧化还原反应的能力。 【问题 2】对于化合价不好确定的一些复杂有机物参与的反应，我们又该如何确 定有机物到底发生的是氧化反应还是还原反应呢？ 【学生活动】思考、回答。 例 1　（2023·浙江·统考高考真题）化学烫发巧妙利用了头发中蛋白质发生化 学反应实现对头发的“定型”，其变化过程示意图如下（图 5-3）。请回答以下问题： 　单元教学设计 5  氧化还原　 069 << S S S S SS S S SS SS SS SS S S S S S SS S SH HSSHHS SHHS SHHS SHHS SHHS SHHS SHHS S S 图 5-3　蛋白质变化过程示意图 （1）药剂 A 具有 性；药剂 B 具有 性。（填“氧化”或“还原”） （2）①→②过程若有 2 mol S—S 键发生断裂，转移电子的物质的量为 mol。 例 2　电有机合成相对于传统有机合成具有显著优势，利用如图 5-4 所示装置实 现电催化合成 2,5- 呋喃二甲酸。请判断： Na 2 SO 4 O HOOC COOH H 2 SO 4 a b O HOCH 2 CHO Ni2+ NiO(OH) NO 2 HO HO NH 2 图 5-4　电催化 2,5- 呋喃二甲酸的实验装置 （1）电极 b 上发生的是什么类型（氧化或还原）的反应？ （2）每生成 1 mol 2,5- 呋喃二甲酸，催化电极 b 上参加反应的对硝基苯酚的物质 的量是多少？ 【学生活动】练习后回答。 【设计意图】通过对不便确定化合价的有机型氧化还原反应的分析，突破对有机 物发生氧化还原反应类型的判断，拓展学生对氧化还原反应概念的认知。并从宏观 >> 070 　高中化学单元教学设计　 深入到微观，从定性上升到定量，将得失氢氧数与转移电子数产生关联。 【问题 3】发生还原反应的是 剂，发生氧化反应的是 剂，请同学们回忆 常见的氧化剂和还原剂，并指出其可能的还原产物和氧化产物。 【学生活动】回忆、思考、书写、讨论、回答。 【设计意图】巩固对得失氢氧法判断有机型氧化还原反应的理解和应用。 【教学情境】近年来高考对于氧化还原反应规律的考查情况。 【任务 2】了解氧化还原反应的基本规律。 【问题 4】我们了解了很多的氧化剂、还原剂，那么不同氧化剂之间或不同的还 原剂之间有强弱区分吗？该如何比较呢？请同学们自主回顾并总结物质氧化性、还 原性强弱的比较方法。 【学生活动】回顾、讨论、回答。 【设计意图】通过回顾、总结归纳氧化性、还原性强弱比较的方法，深化对氧化 还原反应强弱规律的认识。 【问题 5】请依据氧化还原反应的强弱规律，回答以下问题： 例 3　 铊（Tl） 盐 与 氰 化 钾（KCN） 被 列 为 A 级 危 险 品。 已 知 下 列 反 应 在 一 定 条 件 下 能 够 发 生： ① Tl3++2Ag=Tl++2Ag+， ② Ag++Fe2+=Ag+Fe3+， ③ Fe+2Fe3+=3Fe2+，下列离子氧化性比较顺序正确的是（　　） A. Tl3+>Fe3+>Ag+ B. Fe3+>Ag+>Tl3+ C. Tl+>Ag+>Fe2+ D. Tl3+>Ag+>Fe3+ 例 4　已知氧化性： BrO3 − ＞ IO3 − ＞ Br2 ＞ I2。向含 6 mol KI 的硫酸溶液中逐滴加 入 KBrO3 溶液，整个过程中含碘物质的物质的量与所加 KBrO3 的物质的量的关系如 图 5-5 所示。下列说法错误的是（　　） n mol n KBrO 3 mol753 3 6 a b c d 10 图 5-5　含碘物质的物质的量与所加 KBrO3 的物质的量的关系图 　单元教学设计 5  氧化还原　 071 << A. a → b 过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1 ∶ 6 B. b → c 过程中转移电子的物质的量为 1 mol C. 当 n（KBrO3）=4 mol 时，对应含碘物质为 KIO3 和 I2，且 n（KIO3）∶ n（I2）= 11 ∶ 38 D. 该过程所能消耗 n（KBrO3）的最大值为 7.2 mol 例 5　向含 0.4 mol FeBr2 的溶液中通入 0.3 mol Cl2，写出反应的离子方程式。 【学生活动】练习、思考、书写、回答。 【设计意图】通过解决实际问题，强化对于氧化还原反应强弱规律的理解和应 用，掌握应用氧化性还原性强弱规律判断反应能否发生以及反应发生的先后顺序的 方法。 【问题 6】含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时，所遵循的价态 规律是怎样的？回答下列问题： （1）能否用浓硫酸干燥 SO2 气体？ （2）6HCl（浓）+KClO3=KCl+3Cl2 ↑ +3H2O，生成 1 mol Cl2，转移电子的物 质的量为 mol。 （3）指出下列反应中的氧化剂和还原剂。 ① 2NaClO2+Cl2=2ClO2 ↑ +2NaCl ② 5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O （4）已知 G、Q、X、Y、Z 均为含氯元素的化合物，在一定条件下有下列转化 关系（未配平）： ① G → Q+NaCl ② Q+H2O → X+H2 ③ Y+NaOH → G+Q+H2O ④ Z+NaOH → Q+X+H2O 这五种化合物中 Cl 元素化合价由低到高的顺序是 。 【学生活动】分析、思考、回答，自主总结氧化还原反应中的价态转化规律。 【设计意图】在分析具体反应中回忆、巩固对价态转化规律的认识，提升应用氧 化还原反应的基本规律解决问题的意识和能力。 （二）第2课时：氧化还原中电子守恒相关计算 【教学情境】基于氧化还原方程式计算氧化还原反应中转移电子量的计算。 【任务 1】根据方程式计算转移电子量。 >> 072 　高中化学单元教学设计　 【问题 1】关于反应 Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2 ↑ +S ↓ +H2O，氧化产物和 还原产物的物质的量之比为 。2 mol Na2S2O3 反应时，转移的电子的物 质的量为 。 【学生活动】思考、讨论和计算。 【设计意图】选择歧化反应，氧化剂和还原剂相同，氧化产物和还原产物不同， 并且各为一种。用 2 mol（物质的量）硫代硫酸钠计算氧化、还原产物物质的量。 【问题 2】关于反应 K2H3IO6+9HI=2KI+4I2+6H2O，氧化剂和还原剂的物质的 量之比为　　　　。生成 25.4 g I2 时，转移 mol 电子。（已知 I 的相对原 子质量为 127） 【学生活动】歧化反应计算依据和解决方法。 【设计意图】选择归中反应，氧化剂还原剂不同，氧化产物和还原产物相同，并 且 HI 不是所有都作为还原剂。用 25.4 g 碘单质来计算转移电子的量。 【问题 3】在反应 2KMnO4+16HCl( 浓 )=2KCl+2MnCl2+5Cl2 ↑ +8H2O 中，当 有 1.6 mol HCl 被氧化时，转移 mol 电子。 【学生活动】归中反应计算依据和解决方法。 【设计意图】选择的是氧化剂还原剂不同，氧化产物和还原产物不同，并且 HCl 不是所有都作为还原剂。用 1.6 mol HCl 被氧化来计算转移电子的量，学生容易忽视 的是 HCl 被氧化和参与反应的区别。 【问题 4】在 2FeTiO3（钛酸亚铁）+6C+7Cl2=2TiCl4+2FeCl3+6CO 反应中，每 生成标准状况下 6.72 L CO 气体，转移 mol 电子。 【学生活动】一对多、多对一反应计算依据和解决方法。 【设计意图】选择的是多个还原剂，一种氧化剂。用标况下 CO 体积作为电子转 移的突破口，学生容易只关注碳的化合价升高，忽略铁的化合价升高进而出现转移 电子缺项。 【教学情境】利用氧化还原反应电子转移守恒这一关键进行元素价态以及组成的 推断。 【任务 2】确定元素价态或物质组成。 【问题 5】现有 24 mL 浓度为 0.05 mol·L-1 的 Na2SO3 溶液恰好与 20 mL 浓度为 0.02 mol·L-1 的 K2Cr2O7 溶液完全反应。已知 Na2SO3 可被 K2Cr2O7 氧化为 Na2SO4， 则元素 Cr 在还原产物中的化合价为 。 【问题 6】Na2Sx 在碱性溶液中可被 NaClO 氧化为 Na2SO4，而 NaClO 被还原为 NaCl，若反应中 Na2Sx 与 NaClO 的物质的量之比为 1 ∶ 16，则 x 的值为 。 　单元教学设计 5  氧化还原　 073 << 【学生活动】反其道而行之，用电子量计算化合价以及物质组成，小组讨论和 计算。 【设计意图】引导学生初步体会关系式中利用电子转移守恒来解决化合价和组成 问题，是任务 1 的反思考过程。 【教学情境】多个反应、多步反应中。我们如何利用方程式快速解决问题，有没 有高效简洁的方法。（这两个小问题的目的是将学生引导至关系式法上来） 【任务 3】多步反应中的得失电子守恒。 【问题 7】取 x g 镁铜合金完全溶于浓硝酸中，反应过程中硝酸被还原只产生 8.96 L 的 NO2 气体和 0.672 L 的 N2O4 气体（均已折算为标准状况），在反应后的溶 液中加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为 17.02 g。则 x 等于 。 【学生活动】多种金属和一种酸，一种金属和酸的多种产物计算相关量。 【设计意图】多个反应 + 多步反应，学生可能会用到方程式解题，需要引导至关 系式法上来。硝酸得电子数和镁、铜失电子数相等，镁、铜离子和氢氧化钠反应时 镁、铜离子都是二价，故而有镁、铜失电子数和氢氧根数相同，这样就得到氢氧根 数和硝酸得电子数相同。 【问题 8】足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和 NO2、N2O4、NO 的 混合气体，将这些气体与 1.68 L O2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被 水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入 5 mol·L-1 NaOH 溶液至 Cu2+ 恰好完 全沉淀，则消耗 NaOH 溶液的体积是 mL。 【学生活动】学生讨论和小结，得出关系式法。 【设计意图】多步复杂反应，难点在于硝酸得电子到氮氧化物和氮氧化物失电子 到硝酸电子转移守恒不清楚。一旦清楚后，学生就能推出铜失电子和氧气得电子量 相同，再有 Q1 中得到的金属失电子和氢氧根的量相同，进而得到氢氧根和氧气得电 子的量相同。同时再次强调关系式法的重要性。 【教学情境】利用关系式法进行实践应用，我们一起去体会理论和实践的相互影 响和作用。 【任务 4】用关系式法解决氧化还原滴定相关计算 【问题 9】工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）母液生产重铬酸钾（K2Cr2O7）的工艺 流程如图 5-6 所示： >> 074 　高中化学单元教学设计　 KCl(s) Na 2 Cr 2 O 7 K2Cr2O7 Cr 3+ 图 5-6　重铬酸钠（Na2Cr2O7）母液生产重铬酸钾（K2Cr2O7）的工艺流程图 其中，测定产品中 K2Cr2O7 含量的方法如下：称取产品试样 2.50 g 配成 250 mL 溶液，取出 25.00 mL 置于锥形瓶中，加入足量稀硫酸酸化后，再加入几滴指示剂， 用 0.100 0 mol·L-1 硫酸亚铁铵 (NH4)2Fe(SO4)2 标准液进行滴定，再重复实验两次。 （已知 Cr2O72- 被还原为 Cr3+） 若三次实验消耗 (NH4)2Fe(SO4)2 标准液的平均体积为 25.00 mL，则所得产品中 K2Cr2O7 的纯度为 %。［已知 M（K2Cr2O7）=294g·mol-1，计算结果保留 三位有效数字］ 【设计意图】只有一步氧化还原反应。让学生用关系式法去解决氧化还原滴定过 程中的计算问题，关键之处在于快速找出其中的关系式。立足于重铬酸根得电子和 硫酸亚铁铵失电子守恒关系，列出关系式解决计算问题。 【问题 10】工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛并用氧化还原滴定法测定制 备得到的产品中 TiO2 的质量分数：在一定条件下，将一定量的产品溶解并将 TiO2 还 原为 Ti3+，再以 KSCN 溶液作为指示剂，用硫酸铁铵［NH4Fe(SO4)2］标准溶液滴定 Ti3+ 至全部生成 Ti4+。 ①滴定终点的判定现象是 。 ②滴定分析时，称取 TiO2 试样 0.20 g，消耗 0.100 0 mol/L NH4Fe(SO4)2 标准溶 液 24.00 mL，则 TiO2 的质量分数为 。（Ti 的相对原子质量为 48） 【设计意图】涉及两步、多步氧化还原反应试题。让学生找出二氧化钛还原到三 价钛离子，三价钛离子再到四价钛离子以及硫酸铁铵到亚铁离子过程中的守恒关系， 列出关系式。 【问题 11】草酸亚铁是合成锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的原料。现需要 测定草酸亚铁晶体（FeC2O4·2H2O）的纯度：准确称取 m g 草酸亚铁晶体于锥形 瓶中，加入一定量的稀硫酸溶液，并加热至 50 ℃，用 c mol·L-1 KMnO4 标准溶液 滴定，达到滴定终点时，用去标准溶液 V mL（滴定过程有 CO2 生成）。则样品中 FeC2O4·2H2O 的纯度为 %（用含有 m、c、V 的代数式表示）。若草酸亚铁 晶体失去部分结晶水，测得的结果 （填“偏高”“偏低”或“无影响”）。 （FeC2O4·2H2O 的相对分子质量为 180） 　单元教学设计 5  氧化还原　 075 << 【设计意图】这是一个有多种元素被氧化，一种元素被还原的反应。学生容易忽 视二氧化碳生成，进而忽略碳元素的化合价变化，只关注铁元素的价态变化。 【问题 12】实验室常用氧化还原滴定法测定某样品中硒（Se）的质量分数，步 骤如下： （1）取 0.840 0 g 样品充分磨碎，加酸煮沸配成 H2SeO3 溶液，将溶液完全转移 到 250 mL 容量瓶中后定容。 （2）准确量取 25.00 mL 待测液于锥形瓶中，加入 0.020 0 mol·L-1 KMnO4 标准 溶液 25.00 mL，向锥形瓶中再加入 25.00 mL 0.06 mol·L-1 Fe2+ 溶液，加入磷酸后再 用 0.020 0 mol·L-1 KMnO4 滴定，消耗 KMnO4 溶液 10.00 mL。 已知：Se 的最高价含氧酸氧化 Fe2+ 较慢，在该滴定过程可忽略此反应。计算硒 的质量分数。（硒的相对原子质量为 79，写出计算过程） 【设计意图】这是一个涉及氧族元素硒的反应，并且在滴定过程中涉及返滴定过 程。难点在于判断亚硒酸被氧化到硒酸，以及返滴定的操作。 【学生活动】利用关系式法进行实践中的应用，在实验中或者研究中对滴定实验 的数据进行处理。学生以思考为根本，以计算为工具进行理论的应用。 （三）第3课时：陌生情境下氧化还原反应方程式书写 【教学情境】基于人类生产、生活中重要的氧化还原反应，引导学生思考这些反 应存在哪些相同之处和不同之处。 【任务 1】总结氧化还原反应的通性和异性。 通性：（1）均有元素化合价的升降（氧化还原反应基本定义）；（2）实质为电子 的转移；（3）基本组成都有氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。 异性：（1）物质种类不同；（2）反应条件或情境不同。 【学生活动】小组讨论在以下不同的氧化还原反应中存在哪些相同之处和不同 之处。 A. 光合作用： 6CO + 6H O 6O C H O2 2 2 6 12 6 酶 + B. 高炉炼铁： 3CO Fe O 2Fe+3CO+ 2 3 2 高温 C. 氯碱工业： 2NaCl + 2H O 2NaOH + H + Cl2 2 2 通电 【设计意图】 （1）复习氧化还原反应的概念（元素化合价升降）、实质（电子的转移）、基本 组成（氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物）。 （2）引出本课主题：信息的给出方式不同，学生应该从不同的环境中提取以及 >> 076 　高中化学单元教学设计　 加工信息，从而准确地表征氧化还原反应方程式。 【教学情境】第一种信息给出方式：以文字描述的方式，给出陌生氧化还原反应 方程式所需要的信息。 【任务 2】依据题目中文字描述所给的信息书写陌生情境下的氧化还原反应方程 式，并总结在配平氧化还原反应方程式时所用到的基本原理：得失电子守恒、元素 守恒、电荷守恒。总结配平时所用的配平技巧。 【学生活动】完成复习学案中的陌生方程式的书写。 （1）工业上常将含砷废渣（主要成分为 As2S3）制成浆状，通入 O2 氧化，生成 H3AsO4 和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。 （2）CuSO4 溶液能用作 P4 中毒的解毒剂，反应可生成 P 的最高价含氧酸和磷化 亚铜，该反应的化学方程式是 。 （3）写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式 。 （4）单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制 备单质硼，用化学方程式表示制备过程 。 （5）一定条件下，向 FeSO4 溶液中滴加碱性 NaBH4 溶液，溶液中 BH4 − （B 元素的化合价为 +3）与 Fe2+ 反应生成纳米铁粉、H2 和 B(OH)4 − ，其离子方程式 为 。 （6）已知化合物 A 能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体（标况 下的密度为 1.518 g·L-1）。写出该反应的离子方程式 。 【设计意图】 （1）练习如何从文字信息中提取关键有用信息，提高学生获取关键信息的意识 和能力。 （2）提高学生书写氧化还原反应方程式的能力。 【教学情境】第二种信息给出方式：以图像的形式呈现（依据化学反应机理，书 写氧化还原反应） 【任务 3】 （1）根据示意图中的箭头方向分清反应物、生成物：箭头进入的是反应物，箭 头出去的是生成物。 （2）若上一步反应生成某物质，下一步该物质又参加反应，则该物质为中间 产物。 （3）若某物质参加反应，后又生成该物质，则该物质为催化剂。 【学生活动】完成复习例 1 ～例 4，并总结机理题的做题方法 　单元教学设计 5  氧化还原　 077 << 例 1　在酸性条件下，黄铁矿（主要成分为 FeS2，其中 S 为 -1 价）催化氧化的 反应转化如图 5-7 所示。 总反应：2FeS2+7O2+2H2O=2Fe2++ 4SO 2 4 - +4H+ Fe3+ Fe2+ Fe(NO)2+ FeS 2 NO NO O 2 SO2 4 图 5-7　黄铁矿催化氧化的反应转化图 （1）分别写出反应Ⅰ、Ⅱ的离子方程式： ①反应Ⅰ： 。 ②反应Ⅱ： 。 例 2　（2022·湖南）科学家发现某些生物酶体系可以促进 H+ 和 e- 的转移（如 a、 b 和 c），能将海洋中的 NO-2 转化为 N2 进入大气层，反应过程如图 5-8 所示。下列说 法正确的是（　　） H 2 O H 2 O N 2 N 2 H 4 NO a c b NO2 NH4 4H 4e 图 5-8　在生物酶的作用下 NO-2 转化为 N2 的反应流程图 A. 过程Ⅰ中 NO24 - 发生氧化反应 B. a 和 b 中转移的 e- 数目相等 C. 过程Ⅱ中参与反应的 n (NO) ∶ n (NH+4 ) =1 ∶ 4 D. 过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为 NO + NH-2 4 + =N2 ↑ +2H2O 例 3　NSR 法常用于处理汽车尾气中的 NOx 。发动机工作时在稀燃（ Ο2 充足、 燃油较少）和富燃（ Ο2 不足、燃油较多）条件下交替进行，通过 BaO 和 Ba NO( 3 )2 的相互转化实现 NOx 的储存和还原，原理如图 5-9 所示。下列说法错误的是（　　） >> 078 　高中化学单元教学设计　 N 2 CO 2 CO 2 CO CO NO NO Pt Pt Pt Pt BaO BaO Ba(NO 3 ) 2 Ba(NO 3 ) 2 Al 2 O 3 Al 2 O 3 Al 2 O 3 Al 2 O 3 NO 2 O 2 O 2 图 5-9　BaO和Ba NO( 3 )2的相互转化原理图 A. “ 稀燃 ” 过程中 Al O2 3 表面反应：4NO + 2BaO + O2 2=2Ba NO( 3 )2 B. 燃油含硫时，“ 稀燃 ” 过程生成的 BaSO4 会使BaO吸收 NOx 能力下降 C. Ba NO( 3 )2吸收 CO 的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 3 ∶ 1 D. “ 富燃 ” 过程中 Pt 表面反应：2CO + 2NO=N + 2CO2 2 例 4　合成 NH3 是重要的研究课题，一种新型合成氨的过程如图 5-10 所示。下 列说法正确的是（　　） Cl 2 H 2 O MgCl 2 Mg 3 N 2 Mg O 2 N 2 NH 4 Cl HCl NH 3 NH 3 图 5-10　新型合成氨的过程图 A. “转氨”过程属于人工固氮 B. 合成过程中所涉及反应均为氧化还原反应 C. 若用 H2O 代替 NH4Cl 进行转化，从体系中分离出 NH3 更容易 D. 该合成氨过程中，参加反应的 N2 与 H2O 的物质的量之比为 1 ∶ 3 【设计意图】 （1）练习如何从反应机理图像中提取关键有用信息，提高学生识图能力。 　单元教学设计 5  氧化还原　 079 << （2）培养学生辨别机理图中化学反应的催化剂和中间产物。 【教学情境】第三种给出信息的方式：在化学工艺生产的流程中，给出关键信 息，包括关键的反应物和产物、反应进行的情境，如反应进行的温度、pH、酸碱性 等，书写其中的氧化还原反应。 【任务 4】 （1）分析化学工艺流程，尤其是其中的物质流程的分析。 （2）在正确分析物质的基础上，书写工艺流程中涉及的重要的氧化还原反应方 程式。 【学生活动】完成复习例 5 ～例 8，并分析工艺流程中的物质进出流程。 例 5　以钒矿粉为原料合成钒酸铵的工艺流程图如图 5-11 所示。其中，“酸 浸 氧 化 ” 中，VO+ 和 VO2+ 被 氧 化 成 VO+2 。 写 出 VO + 转 化 为 VO+2 反 应 的 离 子 方 程 式 。 ～ 图 5-11　以钒矿粉为原料合成钒酸铵的工艺流程图 例 6　以软锰矿粉为原料制备高纯碳酸锰的工艺流程图如图 5-12 所示。其中， MnO2 与 BaS 溶液反应转化为 MnO 的化学方程式为 。 图 5-12　以软锰矿粉为原料制备高纯碳酸锰的工艺流程图 例7　以含砷酸、亚砷酸的废水为原料制备粗三氧化二砷的工艺流程图如图5-13 >> 080 　高中化学单元教学设计　 所示。写出“还原”过程发生反应的离子方程式： 。 图 5-13　以含砷酸、亚砷酸的废水为原料制备粗三氧化二砷的工艺流程图 例 8　以红渣为原料制备铵铁蓝的工艺流程图如图 5-14 所示。其中，氧化工序 发生反应的离子方程式为 。 图 5-14　以红渣为原料制备铵铁蓝的工艺流程图 【设计意图】 （1）培养学生化学工艺生产流程中物质流程的分析方法。 （2）提高学生对化学工艺流程中的关键信息的加工和推理能力。 （3）帮助学生初步构建化学工艺流程的解题模型。 【教学情境】学习小组间课后交流和总结。 【任务 5】总结不同呈现方式中信息的提取和加工方法。 【学生活动】学习小组间相互交流，总结提升。 【设计意图】正确表征陌生氧化还原反应，提升学科素养。 （四）第4课时：氧化还原反应的应用 【教学情境】实际生产生活中的氧化还原反应。 思考：生产生活中的氧化还原反应可以从哪些角度进行分类研究？ 【学生活动】阅读材料，讨论、总结、分类。 　单元教学设计 5  氧化还原　 081 << 【设计意图】回归课本，强化分类思想，体会化学研究的两个方向：物质角度和 能量角度。培养学生归纳能力。 【教学情境】基于氧化还原原理分析与金属相关的转化：高温下铝粉与氧化铁的 反应可以用来焊接钢轨。其原理是，该反应放出大量热，置换出的铁呈熔融态。熔 融的铁流进钢轨的裂缝里，冷却后就将钢轨牢牢地焊接在一起。 【板块一】氧化还原在物质转化中的应用。 【问题 1】基于氧化还原原理分析与金属相关的转化 【教学情境】高温下铝粉与氧化铁的反应可以用来焊接钢轨。其原理是：该反应 放出大量热，置换出的铁呈熔融态。熔融的铁流进钢轨的裂缝里，冷却后就将钢轨 牢牢地焊接在一起。（必修第一册第 27 页练习与应用第 3 题） 【任务 1】根据信息提示，完成铝热反应的化学方程式，并判断还原剂与被还原 物质。 【学生活动】书写方程式，根据得失电子规律或化合价升降规律，分析还原剂与 被还原物质。 【设计意图】 通过对方程式的书写，落实物质间的转化。 通过氧化还原的基本概念辨析，提升“宏观辨识与微观探析”的核心素养。 思考：该方法适用于工业炼铁吗？ 【学生活动】分析、讨论工业金属冶炼方法选择需考虑的因素。 【设计意图】将化学与工业生产实际相结合，形成工业生产思维。 【教学情境】某地区已探明蕴藏着丰富的赤铁矿（主要成分是 Fe2O3，还含有 SiO2 等杂质）、煤、石灰石和黏土。现拟在该地区建设大型炼铁厂。（必修第二册第 122 页练习与应用第 8 题） 【任务 2】根据信息提示，写出高炉炼铁过程中得到生铁的化学方程式。 【学生活动】书写方程式，分析还原剂 CO 的来源。 【设计意图】分析物质流向，了解工业炼铁的方法。 【教学情境】明代宋应星所著的《天工开物》中，有关火法炼锌的工艺记载：“每 炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红， 罐中炉甘石熔化成团，冷定毁罐取出。……即倭铅也。……以其似铅而性猛，故名 之曰‘倭’云。”（注：炉甘石的主要成分是碳酸锌。）（必修第一册第 31 页复习与提 高第 5 题） 【任务 3】写出火法炼锌的化学方程式，并分析还原剂与被还原物质。 >> 082 　高中化学单元教学设计　 【学生活动】阅读材料，提取信息，按要求书写方程式并分析还原剂与被还原 物质。 【设计意图】与中国传统文化相结合，让学生在解决真实情境问题的过程中，感 受中国力量，增强民族自信，实现化学学科的育人价值。 【教学情境】在西汉刘安组织编撰的《淮南万毕术》中，有“曾青得铁则化为铜” 的记载。这说明早在西汉时期，我国劳动人民就已经发现铁能从某些含铜（+2 价） 化合物溶液中置换出铜，这个反应是现代湿法冶金的基础。（必修第一册第 32 页复 习与提高第 10 题） 【任务 4】金属的冶炼除火法冶金外，还有湿法冶金。请根据信息，写出相关氧 化还原方程式。 【学生活动】阅读材料，按要求书写方程式。 【设计意图】完善金属的冶炼方法，了解我国悠久的冶铜历史，体会人类对自然 资源的利用。 【问题 2】基于氧化还原原理分析与非金属相关的转化。 【任务 5】分析图 5-15，并上网查阅相关资料，简述硫在自然界的循环过程。 图 5-15　硫元素在自然界的循环 【学生活动】查阅资料，总结表述自然界硫元素的循环过程。 【设计意图】通过自然场景的引入，使学生感受到化学与生活密切关联，激发学 习兴趣。 【任务 6】根据以上信息，写出自然界中硫循环的主要反应，思考人类对硫循环 有什么影响。 【学生活动】书写方程式，思考人类在自然界物质循环中所起的作用和所产生的 影响。 【设计意图】形成辩证看待问题的思维，建立保护环境的意识。 　单元教学设计 5  氧化还原　 083 << 【任务 7】写出人工固氮、自然固氮所涉及的氧化还原反应。 【任务 8】最重要的人工固氮途径就是工业合成氨，它不仅为农作物的生长提供 了必需的氮元素，而且为其他化工产品（如炸药、农药、染料等）的生产提供了重 要的原料。工业制硝酸的工艺流程图如图 5-16 所示，请写出工业制硝酸所涉及的氧 化还原反应。 图 5-16　工业制硝酸的工艺流程图 【学生活动】分析物质流向，书写方程式。 【设计意图】了解元素在自然界的存在形式，了解固氮途径。 【任务 9】现代信息技术是建立在半导体材料基础上的，硅是应用最为广泛的半 导体材料。工业制备高纯硅的工艺流程图如图 5-17 所示，请写出工业制备高纯硅所 涉及的方程式。 ～ 图 5-17　工业制备高纯硅的工艺流程图 【学生活动】书写方程式。 【设计意图】分析高纯硅的制备条件及原料原则，体会氧化还原在物质合成中的 应用。 【问题 3】物质转化的一些应用—污染处理。 【教学情境】汽车尾气系统中均安装了催化转化器。在催化转化器中，汽车尾气 中的 CO 和 NO 在催化剂作用下发生反应，生成 CO2 和 N2。 >> 084 　高中化学单元教学设计　 【任务 10】写出该过程的化学方程式，并分析氧化剂和还原剂。 【学生活动】书写方程式并从得失电子角度分析氧化剂、还原剂。 【设计意图】引导学生关注环境保护，提高社会责任感。 【教学情境】工业废水中含有的重铬酸根离子有毒，必须处理达标后才能排放。 工业上常用绿矾（FeSO4·7H2O）做处理剂。（必修第一册第 31 页复习与提高第 4 题） 【任务 11】写出该反应的离子方程式。 【学生活动】书写方程式。 【设计意图】体会污染处理的方法，提高社会责任感。 【板块二】氧化还原在能量转化中的应用。 【问题 4】基于化学能与电能的转化，阅读材料并回答问题。 氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料，电解质溶液可以 是酸性的，也可以是碱性的。 【任务 12】写出酸性条件下，氢氧燃料电池的正负极电极反应式。 【任务 13】电极反应式的书写需要考虑哪些因素？ 【任务 14】电极电势与微粒的氧化性、还原性有什么关系？ 【学生活动】书写电极反应式，从得失电子数目、产物存在形式、配平等角度， 总结书写电极反应式书写注意事项。思考总结电极电势与氧化还原的关系。 【设计意图】 能基于环境分析氧化剂、还原剂及氧化产物、还原产物，正确书写电极反应式。 突破原电池原理和装置的迷思概念，从电极电势的角度分析电子的迁移，进阶 原电池动力的认识。 【问题 5】基于化学能与热能的转换，阅读材料并回答问题。 火箭上天原理：火箭是靠喷气式发动机的巨大反冲推助力上天的。 当火箭内部的燃料和助燃的氧化剂在燃烧室内燃烧，就会产生高温高压的气体， 也就是这种气体经由火箭尾部喷薄而出产生了推力，带动火箭向上运动。偏二甲肼 有剧毒，强烈侵蚀皮肤，会损害眼睛和肝脏，偏二甲肼还有一个特别大的优点，就 是不用点火，它和氧化剂四氧化二氮组合可以自燃。偏二甲肼虽然毒性高，但是比 冲量高，还能贮存，还方便导弹随时作战备用。 【资料卡片】长征七号使用的火箭燃料是液氧和煤油，没有毒，污染小，燃烧产 生的产物是水和二氧化碳。更重要的是，液氧和煤油价格便宜，一吨只要 2 000 元左 右，但偏二甲肼由复杂的化学工业步骤生产，一吨要 8 万元，和它组合的四氧化二 氮一吨也要 1.7 万元。 　单元教学设计 5  氧化还原　 085 << 【任务 15】火箭发射常用肼类物质做燃料。若用肼（N2H4，液态）作燃料，NO2 作氧化剂，二者反应生成 N2 和水蒸气。已知： ① N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH1=+66.4 kJ/mol ② N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534 kJ/mol 请写出 N2H4（l）与 NO2 反应的热化学方程式。 【任务 16】偏二甲肼是“长征二号 F”运载火箭发动机推进剂之一，常规氧化剂 为四氧化二氮，写出反应方程式。 【任务 17】煤油的主要成分为烃类物质，以 C12H26 为例，写出其与氧气的反应。 【学生活动】分析材料，从火箭上天原理得出该反应放热并产生气体，书写方 程式。 【设计意图】用微观理论解释宏观现象，并用方程式进行表征，提升“宏—微— 符”三重表征能力。将所学知识与社会热点相结合，培养学生科学态度与社会责 任感。 【板块三】基于物质的氧化性和还原性的实验方案的设计。 【问题 6】氧化性、还原性影响因素的实验探究： 铬酸钠是一种重要的无机试剂，主要用于有机合成氧化剂、鞣革和印染等，某 小组同学设计实验制备铬酸钠，并探究装置 A 中不再产生氯气时，仍存在盐酸和 MnO2 固体混合物的原因。 【任务 18】问题探究：装置 A 中不再产生 Cl2 时，仍存在盐酸和 MnO2 固体混合 物。为探究其原因，该小组同学提出如下假设： 假设 1 ：随 c(H+) 降低，导致 MnO2 的氧化性减弱，或导致 Cl- 的还原性减弱。 假设 2 ： 。 假设 3 ：随 c(Mn2+) 升高，导致 MnO2 的氧化性减弱。 回答下列问题： （1）假设 2 为 。 （2）甲同学设计如表 5-2 所示的实验验证假设 2 和假设 3 均成立（加热装置已 略去）。 表5-2　甲同学设计的实验验证方案 序  号 实验操作 实验现象 Ⅰ 将湿润的淀粉碘化钾试纸放置于试管口，加热试管 ； ①          ，充分振荡，继续加热 试纸未变蓝