内容正文:
第二章 元素与物质世界
第三节 氧化还原反应
第2课时 氧化剂和还原剂、氧化还原反应的应用
第二章 元素与物质世界
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目录
contents
Part 01 梳理基础 突破重点
Part 02 随堂演练 知识落实
Part 03 课时作业
第二章 元素与物质世界
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第二章 元素与物质世界
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梳理基础 突破重点
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降低
氧化性
升高
还原性
氧化
还原
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O2
H2SO4
HNO3
KMnO4
C、H2
CO
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得电子
失电子
还原
氧化
还原
氧化
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紫
H2O2
蓝
KI
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燃烧
腐败
腐蚀
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随堂演练 知识落实
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课时作业(十三)
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学习目标
核心素养
1.通过元素化合价变化分析,体会氧化剂、还原剂、氧化性、还原性等概念。
2.通过实验探究物质的氧化性、还原性,初步形成研究物质氧化性或还原性的思路。
3.通过实验认识氧化还原反应在物质转化和能量转化中的应用。
1.查阅资料了解物质的氧化性、还原性强调与什么因素有关。
2.实验探究氧化还原反应在研究物质性质、转化和能量转化中的应用。
知识点一 认识氧化剂、还原剂及氧化性、还原性
1.氧化剂和还原剂
(1)相关概念
①氧化剂:在氧化还原反应中,所含某种(或某些)元素化合价 的反应物,具有 。
②还原剂:在氧化还原反应中,所含某种(或某些)元素化合价 的反应物,具有 。
③氧化产物:反应物中的某元素发生 反应所对应的生成物。
④还原产物:反应物中的某元素发生 反应所对应的生成物。
(2)相应关系
2.常见的氧化剂和还原剂
物质种类
常见物质
氧
化剂
部分非金属单质
、Cl2等
含有高价态元素的化合物
、 、 、FeCl3等
还原剂
活泼的金属单质
Al、Zn、Fe等
某些非金属单质
等
某些非金属氧化物
、SO2等
3.氧化性和还原性
(1)氧化性和还原性
①氧化性:氧化剂所表现出 的性质。
②还原性:还原剂所表现出 的性质。
(2)氧化性、还原性和元素化合价之间的关系
[互动探究]
1.请根据反应2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,分析Cl2与Fe3+的氧化性和Fe2+和Cl-的还原性的强弱关系。
提示:在该反应中Cl2把Fe2+氧化为Fe3+,Fe2+把Cl2还原为Cl-,则氧化性Cl2>Fe3+,还原性Fe2+>Cl-。
2.金属活动顺序表中前面的金属可以把后面的金属从其盐溶液中置换出来,如Zn+Cu2+===Zn2++Cu,由此可以说明什么规律?
提示:金属活动动顺序表中,前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来,说明前面金属的还原性大于后面的金属,后面金属阳离子的氧化性大于前面的金属阳离子。
3.已知:HCl(浓) eq \o(―――→,\s\up15(MnO2),\s\do15(加热))Cl2,HCl(浓) eq \o(―――→,\s\up15(KMnO4),\s\do15(常温))Cl2,试分析KMnO4和MnO2的氧化性强弱关系。
提示:由于KMnO4能在常温下把浓盐酸的Cl-氧化为Cl2,MnO2在加热条件下能把浓盐酸中的Cl-氧化为Cl2,说明KMnO4的氧化性比MnO2强。
4.已知利用浓盐酸和MnO2在加热的条件可以制取氯气,但通过实验证实,利用浓盐酸和MnO2在常温条件下以及利用稀盐酸和MnO2在加热的条件下都不可以制取氯气,试分析两种情况下不能制取氯气的原因。
提示:在浓盐酸和MnO2的反应MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up15(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O中,MnO2是氧化剂,表现氧化性,HCl是还原剂,表现还原性。利用浓盐酸和MnO2在常温条件下不可以制取氯气,可能是因为常温下MnO2的氧化性和HCl(浓)的还原性都较弱;利用稀盐酸和MnO2在加热的条件下不可以制取氯气可能是因为稀盐酸的还原性小于浓盐酸。
5.已知Cl2与S和Fe反应的化学方程式为2Fe+3Cl2 eq \o(=====,\s\up15(△))2FeCl3、Fe+S eq \o(=====,\s\up15(△))FeS,则Cl2与S的氧化性谁的强?为什么?
提示:Cl2的氧化性大于S,因为Cl2与Fe反应生成了+3价的FeCl3,S与Fe反应生成了+2价的FeS,说明Cl2得到电子的能力大于S。
1.根本依据:物质的氧化性、还原性的强弱取决于物质得、失电子的难易程度,与得、失电子数目的多少无关。如:Na-e-===Na+,Al-3e-===Al3+,但根据金属活动性顺序表,Na比Al活泼,更易失去电子,即Na比Al的还原性强。
2.判断方法
(1)根据氧化还原反应方程式判断:
较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应,生成较弱还原性的还原产物和较弱氧化性的氧化产物,即
氧化剂+还原剂===还原被还原产物+氧化被氧化产物
氧化性:氧化剂>氧化产物
还原性:还原剂>还原产物
(2)根据元素的活动性顺序判断
①根据金属活动性顺序判断
②根据非金属活动性顺序判断
特点:上左下右可反应,隔之愈远愈易行,如Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
(3)根据氧化还原反应的难易程度判断:
①不同的氧化剂与同一种还原剂反应,反应越容易,说明氧化剂的氧化性越强,例如:
MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up15(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O,2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,氧化性KMnO4>MnO2。
②不同的还原剂与同一种氧化剂反应,反应越容易,说明还原剂的还原性越强,例如:
2Mg+O2 eq \o(=====,\s\up15(点燃))2MgO(剧烈燃烧),2Cu+O2 eq \o(=====,\s\up15(△))2CuO(不燃烧)还原性Mg>Cu。
(4)根据产物价态的高低判断
①同一物质被氧化的程度越大(即氧化的价态越高),氧化剂的氧化性越强。例如Cu+Cl2 eq \o(=====,\s\up15(△))CuCl2、2Cu+S eq \o(=====,\s\up15(△))Cu2S,则氧化性:Cl2>S。
②同一物质被还原的程度越大(即还原的价态越低),还原剂的还原性越强。例如HCl+H2SO4(浓)→不反应、2HBr+H2SO4(浓)===Br2+SO2↑+2H2O、8HI+H2SO4(浓)===4I2+H2S↑+4H2O,则还原性:HI>HBr>HCl。
(5)根据同一反应中氧化剂的氧化性大于还原剂,还原剂的还原性大于氧化剂判断。例如:S+O2 eq \o(=====,\s\up15(点燃))SO2,氧化性:O2>S,还原性:S>O2。
(6)影响物质氧化性和还原性的因素
①浓度:一般来说,氧化剂的浓度越大,其氧化性越强。如浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,浓硫酸有强氧化性(指SO eq \o\al(2-,4))而稀硫酸只有弱氧化性(H+)。还原剂的浓度越大,其还原性越强,如浓盐酸的还原性强于稀盐酸。
②温度:许多氧化还原反应是在加热条件下进行的,可见升高温度可增强氧化剂的氧化性、还原剂的还原性。
③酸碱度:NO eq \o\al(-,3)的氧化性与H+的浓度有关,H+的浓度越大,NO eq \o\al(-,3)的氧化性越强,KMnO4酸化后氧化性增强。
[点睛]
(1)物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得、失电子的难易程度,与得、失电子数目的多少无关。
(2)对同一元素而言,一般价态越高,氧化性越强;价态越低,氧化性越弱。
(3)根据氧化还原反应的程度比较:不同氧化剂与相同还原剂作用时,还原剂化合价升高的数值越大,氧化剂的氧化性越强。
(源于教材P77T5)在常温下发生下列反应:
①16H++10Z-+2XO eq \o\al(-,4)===2X2++5Z2+8H2O
②2A2++B2===2A3++2B-
③2B-+Z2===B2+2Z-
根据上述反应,判断下列结论错误的是( )
A.溶液中可发生反应Z2+2A2+===2A3++2Z-
B.Z2在①③反应中为还原剂
C.氧化性强弱的顺序为XO eq \o\al(-,4)>Z2>B2>A3+
D.X2+是XO eq \o\al(-,4)的还原产物
思路点拨:解答本题应注意以下两点:(1)明确应用方程式来判断氧化性和还原性的强弱。(2)正确标出方程式中各元素的化合价。
解析:选B A项,根据方程式③可知Z2的氧化性强于B2,根据方程式②可知B2氧化性强于A3+,所以溶液中可发生反应Z2+2A2+=2A3++2Z-,正确;B 项,Z2在①③反应中分别为氧化产物和氧化剂,B错误;C项,根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,氧化性强弱的顺序为XO eq \o\al(-,4)>Z2>B2>A3+,C正确;D项,①中X元素的化合价由+7价降低到+2价,X2+是还原产物,D正确。
【合作探究】
(1)②方程式中的还原剂为________,每有1 mol A2+参加反应,转移________ mol电子。
提示:A2+ 1。②方程式中,A2+的化合价升高,被氧化作还原剂,每有1 mol A2+参加反应,转移1 mol电子。
(2)根据方程式判断,A2+、B-和Z-三种离子的还原性由强到弱的顺序为____________________。
提示:A2+、B-、Z-。
自学检测
1.已知在某温度时发生如下三个反应:①C+CO2===2CO;②C+H2O(g)===CO+H2;③CO+H2O===CO2+H2,由此可判断,在该温度下,C、CO、H2的还原性的强弱顺序是( )
A.CO>C>H2 B.CO>H2>C
C.C>H2>CO D.C>CO>H2
解析:选D 在相同条件(温度)下,由①可知还原性:C>CO;由②知还原性:C>H2;由③知还原性:CO>H2。故还原性由强到弱的顺序为C>CO>H2。
2.已知在相同条件下,下列几种微粒的还原性强弱顺序为Cl-<Br-<Fe2+<I-<SO2。由此判断下列反应不能发生的是( )
A.2Fe3++SO2+2H2O===SO eq \o\al(2-,4)+4H++2Fe2+
B.2Br-+SO eq \o\al(2-,4)+4H+===SO2↑+Br2+2H2O
C.2Fe2++2Br-+2Cl2===2Fe3++Br2+4Cl-
D.2Fe3++2I-===2Fe2++I2
解析:选B 此题可根据氧化还原反应强弱规律:还原剂的还原性大于还原产物的还原性来判断反应能否发生。A项反应中SO2为还原剂,Fe2+为还原产物,且与已知条件还原性SO2>Fe2+相符,故A中反应能发生。同理C、D项中反应也能发生,而B项中因还原性SO2>Br-,故反应不能发生。
3.已知氧化性从强到弱的顺序:Cl2>Br2>Fe3+>I2,则下列化学方程式(或离子方程式)错误的是( )
A.Cl2+2FeCl2===2FeCl3
B.Br2+2Fe2+===2Fe3++2Br-
C.2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
D.I2+2Fe2+===2I-+2Fe3+
解析:选D 本题可根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性、还原剂的还原性强于还原产物的还原性进行分析判断。
箭尾与箭头所指的物质间均可以发生氧化还原反应,D选项中I2和Fe2+无法进行反应。
知识点二 氧化还原反应的应用
1.在研究物质性质中的应用
[实验目的] 探究物质的氧化性或还原性
[实验用品]
H2O2溶液(5%)、酸性KMnO4溶液、KI溶液、淀粉溶液、试管、胶头滴管。
实验步骤
实验现象
实验结论
(1)取少许KMnO4溶液于试管中,滴加H2O2溶液
溶液 色褪去
KMnO4被 还原
(2)取少许KI溶液,滴加2~3滴淀粉溶液,滴加H2O2溶液
溶液变成 色
有I2生成, 被H2O2氧化
[结论] H2O2既具有氧化性,又具有还原性。
2.在物质转化和能量转化中的应用
(1)正面影响 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(金属的冶炼 ,燃料的 ,电镀,原电池,金属的电化学防护))
(2)负面影响 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(食物的 ,金属的 ,易燃物的自燃,煤矿瓦斯爆炸))
3.Cl2的实验室制法
(1)氯气的制备原理
MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up15(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)制备装置
MnO2和浓盐酸制氯气用如图所示装置。
(3)除杂
浓盐酸有挥发性,故制得的Cl2中含HCl、H2O两种杂质,一般用饱和食盐水除去HCl,用浓硫酸除去H2O。
(4)收集方法
氯气的密度比空气的大,可用向上排空气法收集氯气;也可以用排饱和食盐水收集氯气。
(5)尾气处理
因氯气能与氢氧化钠溶液反应,故可用氢氧化钠溶液除去尾气中的氯气,以防污染空气。
4.利用氧化还原反应制备物质和获得能量
(1)金属钛的制备
TiO2+2C+2Cl2 eq \o(=====,\s\up15(高温))TiCl4+2CO
TiCl4+2Mg eq \o(=====,\s\up15(△))2MgCl2+Ti
(2)硅的制备
2C+SiO2 eq \o(=====,\s\up15(高温))Si(粗硅)+2CO↑
Si(粗硅)+2Cl2===SiCl4
SiCl4+2H2===Si+4HCl
(3)燃料电池
利用氢气、天然气等燃料做电池负极反应物,发生氧化反应;利用空气中的氧气做电池正极反应物,发生还原反应,连接外电路时,电子从负极移向正极形成电流。
[互动探究]
6.分析H2O2为什么既有氧化性,又有还原性?
提示:H2O2中O是-1价,可以变成-2价或0价。
7.初中学过H2O2在催化剂作用下可分解制得O2,这个反应是氧化还原反应吗?其中氧化剂、还原剂是什么?依据是什么?
提示:是。H2O2既是氧化剂,又是还原剂,因为H2O2分解生成H2O和O2,O由-1价分解变为-2和0价。
8.为什么H2O2被称为绿色氧化剂?
提示:H2O2作为氧化剂,还原产物为H2O,无污染。
9.KMnO4作氧化剂时,为什么要酸化?
提示:因为含氧酸根离子作氧化剂时,溶液的酸性越强,含氧酸根的氧化性越强。
10.用浓盐酸和二氧化锰制Cl2的反应属于氧化还原反应吗?如果属于,指出氧化剂和还原剂;如果不属于氧化还原反应,请说明理由。
提示:属于。MnO2是氧化剂、HCl是还原剂。
11.实验室制Cl2时,常使用NaOH溶液进行尾气吸收,写出相关反应化学方程式,用双线桥标出电子转移,并分析Cl2在反应中体现了什么性质?
提示:Cl2+2NaOH===NaC得到e-l+NaC失去e-lO+H2O,
Cl2的反应中体现了氧化性和还原性。
12.实验室也可以利用高锰酸钾与浓盐酸在常温下反应制取氯气,请写出离子方程式,并用单线桥标出电子转移方向和数目。比较KMnO4与MnO2氧化性的强弱。
提示:
+8H2O氧化性KMnO4>MnO2。
根据反应条件要求越低,反应越剧烈,说明对应物质的氧化性或还原性越强。KMnO4与浓HCl反应常温下即可进行,而MnO2需加热。
下图是实验室制备干燥纯净的氯气,并检验氯气相关性质的实验装置。
A是制备氯气的发生装置。B中盛有饱和食盐水,C中是固体干燥剂氯化钙,D是收集氯气的装置,E中是干燥的红色布条,F中是湿润的红色布条,G中是NaOH溶液。
优点:①实验过程中氯气的制备、除杂及尾气处理装置设计严密。②检验氯气相关性质的实验现象较明显。
缺点:①氯气有刺激性气味,且有毒,实验过程中存在氯气的污染,且在实验结束后烧瓶中仍然存有部分氯气。 ②实验装置较复杂。③实验安全性不高,不便于学生动手实践。
[点睛]
(1)必须用浓盐酸,MnO2与稀盐酸不反应。
(2)不能用蒸馏水代替饱和食盐水除去HCl气体。
(3)吸收Cl2用氢氧化钠溶液,不用氢氧化钙溶液,因氢氧化钙溶液的浓度很小。
(源于教材P68迁移应用)某研究性学习小组为了制取、收集纯净干燥的氯气并探究氯气的性质,他们设计了如图所示的实验装置:(已知:2KI+Cl2===I2+2KCl,淀粉溶液遇I2变蓝色)
请回答下列问题:
(1)整套实验装置的连接顺序是f接( ),( )接( ),( )接( )(填各接口处的字母代号)。
(2)E装置中制取氯气反应的化学方程式为___________________
(3)B装置的作用是________________________;A装置中试剂X是__________。
(4)C装置中可观察到的现象是_________________
D装置中可观察到的现象是____________
思路点拨:解答本题应注意以下两点:(1)根据氯气的制备原理和性质选择合适的制备和净化装置。(2)注意洗气瓶中气体的进出口顺序。
解析:(1)制得的Cl2中含有HCl、H2O(g)杂质,先通过饱和食盐水、浓硫酸除去杂质,再利用向上排空气法收集,最后通过淀粉碘化钾溶液探究其性质。因此实验装置连接顺序为fabedc。(2)E为MnO2氧化浓盐酸制取Cl2的装置,化学方程式为MnO2 +4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up15(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O。(3)B装置中盛装浓硫酸,作用是吸收H2O(g),干燥Cl2;A装置中试剂X是饱和食盐水,作用是除去HCl。(4)C装置中氯气置换出单质碘,因此溶液变为蓝色。
答案:(1)a b e d c
(2)MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up15(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O
(3)干燥Cl2 饱和食盐水
(4)溶液变蓝色 溶液红色逐渐褪去
【合作探究】
(1)F装置的作用是什么?通过何种现象说明氯气已经收集满?
提示:F装置的作用是收集氯气,当黄绿色气体充满整个集气瓶,则说明已经收集满气体。
(2)D装置的作用是什么?
提示:吸收多余的Cl2,以防污染环境。D中的反应为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
自学检测
4.实验室常用二氧化锰和浓盐酸共热的方法制取氯气。根据要求回答下列问题。
(1)A、B、C三套装置中,应选用的装置是________(填“A”“B”或“C”)。
(2)写出实验室制取氯气的离子方程式:_______________
(3)为了防止氯气污染环境,图中溶液甲中发生反应的化学方程式为_______________
解析:(1)实验室利用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯气,为防止浓盐酸挥发,需要用分液漏斗,不用长颈漏斗,因此装置选择B。
(2)实验室制取氯气的离子方程式为MnO2+4H++2Cl- eq \o(=====,\s\up15(△))Mn2++Cl2↑+2H2O。
(3)氯气有毒,需要尾气处理,一般用氢氧化钠溶液吸收氯气,则甲中反应的化学方程式为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+ H2O。
答案:(1)B
(2)MnO2+4H++2Cl- eq \o(=====,\s\up15(△))Mn2++Cl2↑+2H2O
(3)Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O
1.Na2FeO4(铁的化合价为+6)是一种高效多功能水处理剂。一种用Na2O2(O为-1价)制备Na2FeO4的方法可用如下化学方程式表示:2FeSO4+6Na2O2===2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑,对此反应下列说法中正确的是( )
A.Na2O2只作氧化剂
B.FeSO4为还原剂
C.铁元素被还原
D.2 mol FeSO4发生反应时,反应中共有8 mol电子转移
解析:选B A项,过氧化钠中氧元素的化合价有的升高到0价有的降低到-2价,所以Na2O2既是氧化剂,又是还原剂,故A错误;B项,反应中,Na2FeO4中的铁元素化合价为+6价,是从硫酸亚铁中+2价的铁元素上升来的,所以硫酸亚铁是还原剂,铁元素被氧化,故B正确,C错误;D项,反应中元素化合价升高的数目为2×(6-2)+2×[0-(-1)]=10,所以2 mol FeSO4发生反应时,反应中转移电子的数目为10 mol,故D错误。
2.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:①Tl3++2Ag===Tl++2Ag+,②Ag++Fe2+===Ag+Fe3+,③Fe+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+>Fe2+
解析:选D 根据化学方程式中氧化剂的氧化性强于氧化产物,氧化性①Tl3+>Ag+,②Ag+>Fe3+,③Fe3+>Fe2+,综上所述,Tl3+>Ag+>Fe3+>Fe2+,D正确;A中Fe3+>Ag+不正确;B中Tl3+氧化性应最强;C中应为Tl3+,不是Tl+。
3.已知M2O eq \o\al(x-,7)与S2-在酸性溶液中能发生反应:M2O eq \o\al(x-,7)+3S2-+14H+===2M3++3S↓+7H2O,则M2O eq \o\al(x-,7)中M元素的化合价是( )
A.+6 B.+4
C.+3 D.+2
解析:选A 根据电荷守恒确定x值,根据化合价规则来判断元素的化合价。根据电荷守恒可知,右边含有6个正电荷,则(-x)+3×(-2)+14×(+1)=+6,解得x=2,根据化合价规则,M2O eq \o\al(2-,7)中氧元素是-2价,设M的化合价为n,则n×2+(-2)×7=-2,解得n=+6。
4.将0.195 g锌粉加入20.0 mL的0.100 mol·L-1 MO eq \o\al(+,2)溶液中,恰好完全反应,则还原产物可能是( )
A.M B.M2+
C.M3+ D.MO2+
解析:选B 根据电子得失相等,n(Zn)= eq \f(0.195 g,65 g·mol-1)=0. 003 mol,可失电子0.006 mol,若M化合价由+5变为x,则(5-x)×0.02×0.100=0.006,可得x=+2。
方法总结
守恒法解氧化还原反应计算
(1)守恒法
抓住有关变化的始态和终态,忽略中间过程,利用其中的某种不变量建立关系式,从而简化解题过程。
(2)计算依据
氧化剂所得电子与还原剂所失去的电子相等。
(3)关键
列出氧化剂所得电子物质的量和还原剂所失去的电子物质的量的等式。
(4)一般步骤
①找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
②找准一个原子或离子得失电子数目(注意化学式中粒子的个数)。
③根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出关系式;n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价价-低价)=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)。
$$