2.1 氧化还原反应的基本概念（课件）——中职《无机化学》（化工版）

第二章 碱金属和碱土金属 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 学习目标 第一节 氧化还原反应的基本概念 第二节 碱金属和碱土金属的性质 第三节 钠、钾、镁、钙的重要化合物 第四节 离子反应和离子方程式 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 能力目标： 1. 能指出氧化还原反应中的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。 2. 会正确贮存Na、K、Mg、Ca单质,能熟练书写重要化学方程式。 3. 会正确书写离子方程式。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 知识目标： 1. 掌握氧化还原反应的基本概念,了解常用氧化剂、还原剂。 2. 了解碱金属和碱土金属的通性及其性质递变规律与原子结构的关系,掌握Na、K、Mg、Ca单质及其重要化合物的性质。 3. 掌握离子互换反应进行的条件,* 了解焰色反应法鉴定Na+ 、K+ 、Ca2+ 、Ba2+ 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 一、氧化和还原 在加热条件下，用H2 还原CuO，生成了Cu和H2O。H2 是还原剂，H 的化合价由0升高到+1，H2 被氧化，发生了氧化反应；CuO 是氧化剂，Cu的化合价由+2降低到0，CuO 被还原，发生了还原反应。 又如氧化还原反应: 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 凡是反应前后元素的化合价有变化的反应都属于氧化还原反应。在氧化还原反应中，元素化合价降低的反应就是还原反应；元素化合价升高的反应就是氧化反应。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 在氧化还原反应中，元素的化合价发生改变，是由于电子转移（即电子得失或共用电子对偏移）所引起的,这是氧化还原反应的本质。所以，凡是有电子转移的反应都叫做氧化还原反应，原子或离子失去电子（或共用电子对偏离）的过程叫做氧化，得到电子（或共用电子对偏近）的过程叫做还原。氧化和还原是同时发生的，即得失电子的过程是同时进行的，且得失电子总数相等，元素的化合价降低总数等于元素的化合价升高总数。 二、氧化剂和还原剂 氧化剂、还原剂的基本概念如表2-1所示。 在氧化还原反应中，氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 氧化性是指物质获得电子（化合价降低）的能力。得电子能力越强，其氧化性越强。常见氧化剂有活泼的非金属单质，如O2、Cl2、Br2 等，还有某些含高价态元素的化合物，如高锰酸钾（KMnO4）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、HNO3、浓H2SO4、KClO3、FeCl3 等。 还原性是指物质失去电子（化合价升高）的能力。失电子能力越强，其还原性越强。常见还原剂有活泼的金属单质，如Na、K、Mg、Al、Zn等，还有某些非金属单质及含低价态元素的化合物，如H2、C、S、CO、卤化物（NaBr、KI）、硫化物（H2S、Na2S）等。 应当注意：氧化剂和还原剂的强弱仅决定于得失电子的难易，而不是得失电子数的多少。氧化性和还原性是相对的，一 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 些单质（如H2、S、C等）及处于中间价态的元素的化合物（如H2O2、FeCl2、SnCl2 等），遇到较强的氧化剂时表现出还原性，遇到较强的还原剂时，则表现出氧化性。例如： 有时在反应中，氧化剂和还原剂是同一物质。例如： 像这种氧化剂和还原剂是同一物质的氧化还原反应，称为自身氧化还原反应。其中，电子转移发生在同一分子内相同元 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 元素上的自身的氧化还原反应，又称为歧化反应。在歧化反应中，处于中间价态的某元素同时向较高和较低价态物质转化，发生了“化合价变化上的分歧”。 在氧化还原反应中，氧化剂及其还原产物，还原剂及其氧化产物分别是两类不同价态的物质。氧化剂的氧化性越强，其还原产物的还原性越弱；还原剂的还原性越强，其氧化产物的氧化性越弱。 可以用双线桥来表示原子或离子得失电子的过程。如： 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 也可以用单线桥来表示电子转移的方向及数目。例如： 在下列氧化还原反应相应物质的下方，标注出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。 （1）Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ （2）3Cl2+6NaOH ===5NaCl+NaClO3+3H2O 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 一、碱金属和碱土金属的通性 碱金属元素：锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种金属元素。 碱土金属元素：铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、镭（Ra）六种金属元素。 碱金属原子最外电子层只有一个电子，次外层均为稳定结构。因此，它们均极易失去最外层电子，形成+1价阳离子（见表2-2），表现出强还原性。从Li到Cs，还原性依次增强。 碱土金属原子最外电子层有2个电子，次外层均为稳定结构。因此，它们均易失去最外层的两个电子，形成+2价阳离子（见表2-3），表现出较强的还原性。从Be到Ba，还原性依次增强。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 碱金属的还原性比相应的碱土金属的还原性强。 碱金属都是银白色金属，具有密度小、硬度小、熔点低、沸点低、导电性强的特性，是典型的轻金属。 碱土金属中，除Be为钢灰色外，其他都具有银白色光泽，其密度、熔点和沸点较碱金属高，但仍属于轻金属，也都能导电。 二、钠、钾、镁、钙的化学性质 1. 与氧反应 [演示实验2-1] 取一小块金属Na，用滤纸擦去煤油，用小刀切开，观察新切面的颜色及变化，再把小块Na放在燃烧匙中加热，观察现象。 从Na的新鲜断面可以看到银白色的金属光泽。Na、K在干燥空气中逐渐被氧化，生成氧化物，因而表面颜色变暗。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 Na、K在空气中受热能燃烧，并分别生成过氧化钠（Na2O2）和超氧化钾（KO2）固体（K燃烧时也可以生成K2O2），并分别产生黄色和紫色火焰。 Mg、Ca在空气中也能逐渐被氧化而失去金属光泽。但由于在Mg表面形成的是一层致密的氧化膜，阻止了内层Mg与空气中O2 的结合,因而Mg在空气中很稳定。Mg和Ca在空气中燃烧，分别生成MgO 和CaO，并且Mg燃烧时发出炫目的白光，Ca燃烧时火焰呈砖红色。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 一些金属或其化合物在灼烧(见图2-1)时，火焰呈现特殊颜色的现象叫做焰色反应。利用焰色反应，可以鉴定或鉴别这些金属或金属离子。一些金属的火焰颜色见表2-5。 图2-1 焰色反应 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 Mg、Ca与氧结合能力很强，不仅可以与O2 化合，还能够夺取多种氧化物中的氧。如点燃的镁条放入CO2 的集气瓶中，镁条会继续燃烧（如图2-2所示）。 图2-2 Mg在CO2 中燃烧 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 2. 与非金属反应 碱金属与卤素、S等非金属反应非常剧烈，甚至发生爆炸，生成不含氧的盐。例如： 碱土金属在一定的温度下也能与这些元素反应。此外，镁条在空气中燃烧生成白色粉末MgO 的同时，还生成少量的氮化镁（Mg3N2），反应方程式为： 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 化学活泼性很强的碱金属与碱土金属中的Ca、Sr、Ba还能与H2 在高温下直接化合。 3. 与水、酸的反应 [演示实验2-3] 用镊子取一小块金属Na，放入盛有水（事先滴入两滴酚酞）的烧杯中，观察Na与水反应的现象，并收集检验所产生的气体（见图2-3）。再取一小块金属K代替Na，重复上述操作，观察K与水反应的现象。 现象：浮在水面，到处游动，嘶嘶作响，酚酞标红。 2Na + 2H2O===2NaOH + H2↑ 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 K、Mg、Ca与水反应方程式： 2K + 2H2O===2KOH + H2↑ M + 2H2O===M(OH)2 + H2↑（M=Mg、Ca） 碱金属和碱土金属也可与酸反应，生成盐和H2，例如： 2Na+H2SO4 (稀)===Na2SO4+H2↑ Ca+2HCl=== CaCl2+H2↑ 由于反应非常剧烈，一般不宜用来制取H2。 4. 与盐反应 [演示实验2-4] 向盛有0.1mol·L-1的CuSO4 溶液的烧杯中，加入一小块金属Na，观察现象。 Na与CuSO4 溶液剧烈反应，生成天蓝色Cu(OH)2 沉淀，同时产生H2，放出大量的热。反应方程式为： 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 2Na+CuSO4+2H2O=== Cu(OH)2 +Na2SO4+H2↑ 高温时，碱金属和碱土金属能夺取氯化物中的氧。例如： 由以上性质可知，K的还原性强于Na，Ca的还原性强于Mg；电子层数相同的碱金属与碱土金属相比，K的还原性强于Ca，Na的还原性强于Mg。 三、钠、钾、镁、钙的存在及制备 1. 存在 钠和钾在地壳中分布很广，钠约占地壳的2.74%，元素含量居第六位；钾约2.47%，元素含量第七位。镁占地壳2.00%，元素含量居第八位；钙占地壳的3.45%，元素含量居第五位。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 在生命必需的元素中，金属元素有十四种，其中钠、钾、镁、钙的含量占人体内金属元素总量的99% 以上。 2. 制备 由于碱金属和碱土金属单质的还原性强，所以工业上常用电解它们的熔融化合物的方法来制备。 工业上一般不用电解熔融盐的方法制取K，而主要采用Na置换法，即在熔融状态下（766~881℃），由金属Na从KCl中置换出K。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 四、钠、钾、镁、钙的贮存与用途 1. 贮存 由于碱金属和碱土金属的性质非常活泼，因此要隔绝空气和水，密封保存。 大量的Na、K、Ca要密封在钢桶内，单独存放；少量的Na、K、Ca则浸在煤油中保存。使用Na、K、Ca等活泼金属时，不能直接用手拿，应佩戴防护眼镜。 2. 用途 Na主要用作强还原剂以制取钛(Ti)、锆(Zr)等稀有金属;可应用于电光源上,高压钠灯能发出射程远、透雾能力强的黄光;Na、K 合金(质量分数为77.2%K 和22.8%的Na,熔点-12.5℃) 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 比热容大，液化范围宽,用作核反应堆的冷却剂；钠-汞齐由于具有缓慢的还原性而常应用于有机合成。大量的Na还用于制取那些不能由NaCl直接制取的钠的化合物,如Na2O2、氰化钠(NaCN)、NaH 等；Na还用于替代性质相似、价格昂贵的K。 金属K可用于制造合金,但由于其来源困难,它的应用受到限制。 Mg在冶金中用于制备密度小、硬度大、韧性高的合金，制造飞机和汽车的部件;利用Mg冶炼稀有金属；Mg粉用于制造焰火、照明弹等。Ca主要用于高纯度金属的冶炼，也用于制造合金，如与质量分数为1%的铅(Pb)的合金可作轴承材料。 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 谢谢观看 第二章 碱金属和碱土金属 帮助 返回 下页 上页 $$