内容正文:
第 一 章
物质及其变化
化学·必修第一册
1
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第三节 氧化还原反应
课时2 氧化剂和还原剂
3
「任务一」 从元素化合价变化的视角认识氧化剂和还原剂
4
×
×
×
×
「任务二」 氧化还原反应的应用
23
×
√
√
×
课后分层练(六) 氧化剂和还原剂
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eq \a\vs4\al([学习目标])
1.能从化学反应中元素化合价的变化认识氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物等,归纳常见的氧化剂和还原剂。
2.认识物质的氧化性、还原性,学会分析预测物质具有的氧化性或还原性,建立判断物质氧化性、还原性强弱的思维模型
问题1.月饼盒中为什么要放铁粉做脱氧剂?
提示:脱氧剂中的铁粉与袋内O2发生反应,减缓油脂被氧化的速率,延长月饼的保质期。
问题2.根据脱氧剂发生的反应,分析元素化合价的变化,并指出铁粉、氧气在反应中分别表现什么性质?
提示:在反应中,铁元素的化合价从0价升高到+3价,失电子被氧化,做还原剂,表现还原性;氧气中氧元素的化合价从0价降低到—2价,得电子被还原,做氧化剂,表现氧化性。
1.氧化剂和还原剂
依据图示,尝试总结什么是氧化剂?什么是还原剂?
失去
偏离
升高
(1)氧化剂:在反应中, 电子(或电子对 )的物质,即所含元素的化合价 。
(2)还原剂:在反应中, 电子(或电子对 )的物质,即所含元素的化合价 。
得到
偏向
降低
氧化
还原
2.氧化性和还原性
(1)氧化性: 剂具有的性质,反应时本身被 。
(2)还原性: 剂具有的性质,反应时本身被 。
【拓展】 氧化产物与还原产物
①氧化产物:还原剂被 生成的物质。
②还原产物:氧化剂被 生成的物质。
氧化
还原
还原
氧化
H2O2等
3.常见的氧化剂和还原剂
项目
分类
实例
常见氧化剂
活泼的 单质
变价元素的高价态化合物
过氧化物
其他
HClO、漂白粉[有效成分为Ca(ClO)2]、MnO2等
非金属
Cl2、O2等
HNO3、KMnO4、FeCl3等
KI、CO等
项目
分类
实例
常见还原剂
活泼的 单质
某些非金属单质
含有较低价态元素的物质
其他
浓盐酸、NH3等
金属
Al、Fe、Zn等
C、H2等
【提醒】 从价态角度分析,Fe2+、SO eq \o\al(2-,3)、H2O2既有氧化性,又有还原性,Fe2+、SO eq \o\al(2-,3)常表现还原性,H2O2常表现氧化性。
【拓展】 常见氧化剂对应还原产物、还原剂对应氧化产物
1.非金属单质在反应中只做氧化剂( )
2.在同一反应中,氧化剂和还原剂不可能是同一物质( )
3.阳离子只能得到电子被还原,阴离子只能失电子被氧化( )
4.NH3→N2,氮元素得电子发生了还原反应,NH3做氧化剂( )
突破1 氧化还原反应中的对立统一关系
【例1】 (2024·浙江1月选考改编)汽车尾气中的NO和CO在催化剂作用下发生反应:2NO+2CO2CO2+N2,下列说法不正确的是( )
A.1个CO分子参与反应时,失去2个电子
B.NO发生还原反应
C.NO是氧化剂,CO是还原剂
D.N2既是氧化产物又是还原产物
解析:选D。N2为还原产物,CO2为氧化产物。
突破2 对物质氧化性和还原性的认识
物质的氧化性、还原性是比较复杂的问题,注意以下几点。
(1)元素处于最高价只具有氧化性,处于最低价只具有还原性,处于中间价态既具有氧化性,又具有还原性。然而,化合价只能判断氧化性、还原性的有无,无法判断其强弱。
(2)按照物质类别,常见氧化剂有:部分非金属单质(F2、Cl2、Br2、O2等),部分含最高价元素的物质(HNO3、浓硫酸、KMnO4等),部分中间价态物质[HClO、H2O2、Ca(ClO)2等]。常见还原剂有:金属单质(金属活动性顺序中H之前的金属),部分非金属单质(C、S、P4、H2等),含最低价元素的物质(HI、H2S、NH3等),其他(CO、NO、H2O2等)。
(3)决定物质氧化性、还原性强弱的因素是反应过程中电子转移的难易,而非电子转移数的多少。例如,Na、Mg、Al作为还原剂,电子转移数依次增多,但还原性依次减弱。
【例2】(2025·天津四十七中高一上期末)氧化还原反应与离子反应在生产生活与科学实验中有重要作用。
(1)过氧化氢俗名双氧水,医疗上利用它有杀菌消毒作用来清洗伤口。根据下列反应回答问题:
A.Na2O2+2HCl===2NaCl+H2O2
B.Ag2O+H2O2===2Ag+O2↑+H2O
C.2H2O22H2O+O2↑
D.H2O2+2FeSO4+H2SO4===Fe2(SO4)3+2H2O
上述反应中,H2O2仅体现氧化性的反应是______(填字母,下同),H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是________,H2O2、Ag2O、Fe2(SO4)3的氧化性由强到弱的顺序是____________。
(2)某离子反应涉及H2O、ClO-、NH eq \o\al(+,4)、OH-、N2、Cl-等微粒,其中N2、
ClO-的粒子数随时间变化的曲线如图所示,反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)用单线桥表示反应CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑电子转移情况:
_______________________________________________________________。
答案:(1)D C Ag2O>H2O2>Fe2(SO4)3
(2)2NH eq \o\al(+,4)+3ClO-+2OH-===N2↑+3Cl-+5H2O
(3)
解析:从价态角度分析,H2O2仅体现氧化性即反应中只有元素化合价的降低,H2O2中+1价的H转化为H2或-1价的O转化为-2价O,体现其氧化性,-1价的O转化为0价,则体现其还原性,依此分析作答。
A.反应Na2O2+2HCl===2NaCl+H2O2中无元素化合价的变化;B.反应Ag2O+H2O2===2Ag+O2↑+H2O中-1价的O转化为0价,H2O2体现还原性;C.反应2H2O22H2O+O2↑中-1价的O部分转化为0价,部分转化为-2价,H2O2既体现氧化性又体现还原性;D.反应H2O2+2FeSO4+H2SO4===Fe2(SO4)3+2H2O中-1价的O转化为-2价,H2O2只体现氧化性。
1.(2025·河南濮阳高一质检)根据你所学的知识分析物质的转化。下列转化过程必须加入还原剂才能实现的是( )
A.H2O2→O2 B.KI→I2
C.Cl2→NaCl D.FeCl3→FeCl2
答案:D
2.(2022·浙江1月选考改编)关于反应4CO2+SiH44CO+2H2O+SiO2,下列说法正确的是( )
A.CO是氧化产物
B.SiH4发生还原反应
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4
D.生成1个CO时,转移2个电子
答案:D
自燃
腐败
锈蚀
1.氧化还原反应是一类重要的化学反应,广泛存在于生产和生活中。有的反应是有益于人类活动的,如 、 、 、绿色植物的光合作用等;有的反应对人类活动是有害的,如易燃物的 、食物的 、钢铁的 等。
金属的冶炼
电镀
燃料的燃烧
2.汽车尾气产生的NOx(主要指NO和NO2)和CO均为有毒气体,容易对环境造成污染。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在催化剂的作用下发生反应,生成CO2和N2。
(1)上述反应的化学方程式为 ;反应中的氧化剂为 ,还原剂为 ;用双线桥标出电子转移的方向和数目:
。
2CO+2NO2CO2+N2
NO
CO
(2)催化转化器中发生的反应对减少汽车尾气污染有什么作用?
答案:汽车尾气中的CO和NO在催化剂的作用下发生反应,生成无毒的CO2和N2。
1.(2024·山东卷)铁粉可用作食品脱氧剂( )
2.(2024·浙江6月选考)制作水果罐头时加入抗氧化剂维生素C,可延长保质期( )
3.ClO2是一种消毒杀菌效率高的水处理剂,利用的是它的强还原性( )
4.自然界中发生的氧化还原反应对人类都是有益的( )
突破 氧化性、还原性强弱比较
【例1】 从下列各组反应对比中,判断哪种粒子的氧化性最强,哪种粒子的还原性最强。
①铁钉浸入CuSO4溶液后,表面会附有红色物质;铜丝浸入AgNO3溶液后,表面会附有银白色物质。则在Cu、Fe、Ag中,______的还原性最强;在Cu2+、Fe2+、Ag+中,________的氧化性较强。
②铁在氯气中燃烧生成棕褐色物质(FeCl3),而在盐酸中生成浅绿色溶液(FeCl2)。则在Cl2、Cl-、H+中,________具有氧化性,________的氧化性较强。
答案:①Fe Ag+ ②Cl2、H+ Cl2
1.依据氧化还原反应原理判断
在氧化还原反应中,还原剂的还原性>还原产物的还原性,氧化剂的氧化性>氧化产物的氧化性。即:
2.依据元素活动性顺序判断
(1)金属越活泼,其单质的还原性越强,对应阳离子的氧化性越弱。
(2)非金属越活泼,其单质氧化性越强,对应阴离子的还原性越弱。
3.依据产物中元素价态的高低判断
相同条件下,不同氧化剂(或还原剂)作用于同一种还原剂(或氧化剂),氧化产物(或还原产物)价态高(或低)的其氧化性(或还原性)强。例如:
4.根据反应条件判断
一般一组反应中,反应条件要求越低,反应越剧烈,对应反应物的氧化性或还原性越强。
如:4HCl(浓)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑
16HCl(浓)+2KMnO4===2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑,则氧化性:KMnO4>MnO2。
【提醒】 物质的氧化性、还原性强弱除与物质结构有关外,反应体系的温度、浓度、酸碱性等也会影响物质的氧化性、还原性强弱,这体现了化学反应的复杂性。如二氧化锰在加热条件下与浓盐酸反应生成氯气,当盐酸变稀后则不再生成氯气,这体现了该实验条件下,浓盐酸的还原性比稀盐酸强;又如高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯气,该实验条件下,氧化性:KMnO4>Cl2,而碱性条件下,氯气能将锰酸钾氧化为高锰酸钾,则该实验条件下,氧化性:Cl2>KMnO4;以上2个反应说明,KMnO4的氧化性强弱与反应体系的酸碱性有关。
【例2】 常温下,发生下列几种反应:
①16H++10Cl-+2MnO eq \o\al(-,4)===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
②2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-
③2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
根据上述反应,判断下列结论错误的是( )
A.溶液中可发生:Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl-
B.Cl2在①③反应中均为氧化剂
C.氧化性强弱的顺序为:MnO eq \o\al(-,4)>Cl2>Br2>Fe3+
D.还原性强弱的顺序为:Fe2+>Br->Cl-
答案:B
【例3】 已知还原性I->Fe2+>Br->Cl-,氧化性Cl2>Br2>Fe3+>I2,下列反应的化学方程式或叙述不成立的是( )
A.Br2+2HI===I2+2HBr
B.2FeCl2+Cl2===2FeCl3
C.2FeCl2+2HCl+I2===2FeCl3+2HI
D.Cl2通入NaBr和NaI的混合溶液中,I-先被氧化
解析:选C。根据Br2+2HI===I2+2HBr可知氧化性Br2>I2,符合题干已知条件,所以化学方程式成立,故A不符合题意。根据2FeCl2+Cl2===2FeCl3可知,氧化性Cl2>Fe3+,符合题干已知条件,所以化学方程式成立,故B不符合题意。根据2FeCl2+2HCl+I2===2FeCl3+2HI可得,氧化性I2>Fe3+,与题干已知条件矛盾,所以化学方程式不成立,故C符合题意;还原性I->Br-,氧化剂氯气先氧化还原性强的离子,即优先氧化I-,叙述成立,故D不符合题意。
【方法指导】 假设法判断氧化还原反应能否进行
1.(2025·山东淄博四中阶段检测)为了防止钢铁零件生锈,常采用化学处理方法使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层——“发蓝”。化学处理过程中其中一步的反应为3Fe+NaNO2+5NaOH===3Na2FeO2+H2O+NH3↑。下列叙述不正确的是( )
A.上述反应涉及的物质中,Fe的还原性最强
B.上述反应涉及的物质中,NaNO2的氧化性最强
C.上述反应中,铁是还原剂,NaNO2和NaOH是氧化剂
D.该实验条件下,NO eq \o\al(-,2)的氧化性大于FeO eq \o\al(2-,2)的氧化性
解析:选C。反应3Fe+NaNO2+5NaOH===3Na2FeO2+H2O+NH3↑中,Fe是还原剂,NaNO2是氧化剂,所以上述反应涉及的物质中,铁的还原性最强,NaNO2的氧化性最强,故A、B正确;上述反应中,NaOH中元素化合价不变,既不是氧化剂又不是还原剂,故C错误;该实验条件下,NaNO2是氧化剂,Na2FeO2是氧化产物,所以NO eq \o\al(-,2)的氧化性大于FeO eq \o\al(2-,2)的氧化性,故D正确。
2.(2025·山东高青一中阶段检测改编)已知三个氧化还原反应:
a.2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
b.2FeCl2+Cl2===2FeCl3
c.2KMnO4+16HCl===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
若某溶液中Cl-、Fe2+和I-共存,要想除去Fe2+和I-而又不影响Cl-,可加入的试剂是( )
A.KMnO4 B.Cl2 C.FeCl3 D.HCl
解析:选B。由信息可知,氧化性由强至弱的顺序为MnO eq \o\al(-,4)>Cl2>Fe3+>I2,还原性由强至弱的顺序为I->Fe2+>Cl->Mn2+。KMnO4能将Fe2+、I-和Cl-均氧化,故A不符合题意;Cl2能将Fe2+、I-均氧化,故B符合题意;FeCl3能氧化除去I-而不影响Fe2+,故C不符合题意;HCl与Fe2+、I-均不反应,故D不符合题意。
1.(2025·安徽滁州月考)实验室制取少量的氮气,常利用的反应是NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O。关于该反应说法正确的是( )
A.NaNO2是还原剂
B.生成1分子N2时转移的电子为6个
C.NH4Cl中的氮元素被氧化
D.N2既是氧化剂又是还原剂
答案:C
2.(原创)工业上制取ClO2的化学方程式为2NaClO3+SO2+H2SO4===
2ClO2+2NaHSO4,下列说法正确的是( )
A.SO2在反应中被还原
B.NaClO3在反应中失去电子
C.H2SO4在反应中做氧化剂
D.此反应中电子转移的方向与数目可表示为
答案:D
3.已知Co2O3在酸性溶液中易被还原成Co2+,Co2O3、Cl2、FeCl3、I2的氧化性依次减弱。下列反应在水溶液中不可能发生的是( )
A.Cl2+FeI2===FeCl2+I2
B.3Cl2+6FeI2===2FeCl3+4FeI3
C.Co2O3+6HCl(浓)===2CoCl2+Cl2↑+3H2O
D.2Fe3++2I-===2Fe2++I2
答案:B
4.(原创)实验室在强碱性条件下利用Cl2氧化K2MnO4溶液制备KMnO4,反应原理为:Cl2+2K2MnO4===2KMnO4+2KCl。下列说法不正确的是( )
A.KMnO4是还原产物
B.Cl2在反应中表现氧化性
C.每消耗a个Cl2,转移2a个电子
D.强碱性条件下,Cl2氧化性强于KMnO4
解析:选A。锰元素化合价升高,K2MnO4是还原剂,高锰酸钾是氧化产物。
用思维导图(或框架图)梳理本节内容。
示例:
【基础达标练】
1.(2025·北京顺义高一上检测)单宁是一种天然防腐剂,可有效避免葡萄酒因氧化而变酸,下列判断正确的是( )
A.单宁做还原剂
B.单宁做氧化剂
C.单宁被还原
D.单宁中某元素化合价降低
答案:A
2.(2025·江苏南京阶段检测)某同学在做实验时不小心引发了镁失火,他立即拿起CO2灭火器欲把火扑灭,被老师及时制止。原因是CO2可以支持镁燃烧,反应为CO2+2MgC+2MgO。下列对该反应的判断中错误的是( )
A.Mg元素化合价升高被还原
B.由此反应可以得出还原性:Mg>C
C.CO2为氧化剂,表现氧化性,发生还原反应
D.Mg失去的电子数目等于CO2得到的电子数目
答案:A
3.(2025·黑龙江高一上期末)管道工人曾经用浓氨水检验氯气管道是否漏气。发生的反应为8NH3+3Cl2===6NH4Cl+N2,下列关于该反应的说法正确的是( )
A.Cl2发生氧化反应
B.NH3既是氧化剂又是还原剂
C.被氧化的NH3与被还原的Cl2的分子数之比为2∶3
D.每有一个NH3分子发生反应,转移6个电子
答案:C
4.(2025·天津蓟州高一上检测)氢化钙可用作生氢剂,原理为CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑,下列说法正确的是( )
A.该反应属于置换反应
B.若该反应中有2个电子转移,则生成1个H2
C.水是氧化剂
D.H2只是氧化产物
答案:C
5.(2025·南京师大附中高一上月考)国产航母001A等舰艇的船底都涂有含Cu2O的防污涂料,制备Cu2O的一种方法为Zn+2CuSO4+2NaOH===
Cu2O+ZnSO4+Na2SO4+H2O。该反应的有关说法正确的是( )
A.Zn得到电子 B.CuSO4被氧化
C.NaOH是还原剂 D.CuSO4是氧化剂
解析:选D。该反应过程中,Zn从0价升高到+2价,Cu从+2价降低到+1价。锌元素化合价升高,失去电子,故A错误;CuSO4中铜元素化合价降低,CuSO4是该反应的氧化剂,被还原生成Cu2O,故B错误,D正确;参加反应的NaOH中Na、O、H各元素化合价都没有发生变化,所以NaOH既不是该反应的氧化剂,也不是该反应的还原剂,故C错误。
6.(2025·广东深圳期末)赤铜矿的成分是Cu2O,辉铜矿的成分是Cu2S,将赤铜矿与辉铜矿混合加热发生以下反应:2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑,对于该反应,下列说法正确的是( )
A.该反应的氧化剂只有Cu2O
B.Cu既是氧化产物,又是还原产物
C.Cu2S既是氧化剂又是还原剂
D.还原产物与氧化产物的个数之比为1∶6
解析:选C。A.Cu元素的化合价降低,则Cu2O、Cu2S均为氧化剂,故A错误;B.Cu元素得到电子被还原,则Cu为还原产物,故B错误;C.Cu元素的化合价降低,S元素的化合价升高,则Cu2S在反应中既是氧化剂,又是还原剂,故C正确;D.Cu为还原产物,SO2为氧化产物,由反应可知,还原产物与氧化产物的个数之比为6∶1,故D错误。
7.(2025·山东师大附中高一阶段检测)N2F4可做高能燃料的氧化剂,F元素在反应过程中均为-1价,它可由以下反应制得:HNF2+Fe3+―→N2F4↑+Fe2++H+(未配平)。下列说法不正确的是( )
A.被氧化的元素是N,被还原的元素是Fe
B.Fe3+的氧化性弱于N2F4的氧化性
C.氧化剂与还原剂的化学计量数之比为 1∶1
D.若反应生成1个N2F4分子,则该反应转移2个电子
解析:选B。HNF2+Fe3+―→N2F4↑+Fe2++H+反应中,N的化合价由+1价升高为+2价,Fe的化合价由+3价降低为+2价,由得失电子守恒和原子守恒配平方程式为2HNF2+2Fe3+===N2F4↑+2Fe2++2H+,据此分析。A.N的化合价由+1价升高为+2价,被氧化,Fe的化合价由+3价降低为+2价,被还原,故A正确;B.反应中,Fe3+是氧化剂,N2F4是氧化产物,则Fe3+的氧化性强于N2F4的氧化性,故B错误;C.由2HNF2+2Fe3+===N2F4↑+2Fe2++2H+可知,Fe3+是氧化剂,HNF2是还原剂,氧化剂与还原剂的化学计量数之比为1∶1,故C正确。
8.硫化氢(H2S)是一种有毒、有害气体。处理某废气中的H2S,是将废气与空气混合通入FeCl2、CuCl2、FeCl3的混合液中,其转化的流程如图所示。下列说法正确的是( )
A.转化过程中参与循环的离子只有Fe2+
B.转化过程有四种元素的化合价发生了变化
C.过程Ⅲ中发生的反应为CuS+2Fe3+===S+2Fe2++Cu2+
D.氧化性由强到弱的顺序:S>Fe3+>O2
解析:选C。此过程中参与循环的离子有Fe2+、Cu2+、Fe3+,故A不符合题意;转化过程化合价发生变化的元素有Fe、S、O三种,故B不符合题意;氧化剂的氧化性强于氧化产物,故氧化性由强到弱的顺序O2>Fe3+>S,故D不符合题意。
【拓展提能练】
9.(2025·湖南株洲高一上期末)氧化还原反应在生产、生活中有广泛的用途。
(1)野外焊接铁轨常常采用铝热反应。已知铝热反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,该反应所属基本反应类型是________,在反应中铁元素的化合价______(填“升高”或“降低”),该元素的原子______(填“失去”或“得到”)电子。该反应还原剂是____________(填化学式,下同),氧化剂是____________。
(2)(2024·浙江6月选考改编)利用CH3OH可将废水中的NO eq \o\al(-,3)转化为对环境无害的物质后排放。反应原理为:H++CH3OH+NO eq \o\al(-,3)―→X+CO2+H2O(未配平)。
①X表示___________;该反应中氧化剂与还原剂化学计量数之比为_________。
②该反应中能否用O3替换CH3OH,______(填“能”或“不能”),理由是__________________________________________________________________________________________________________________________。
答案:(1)置换反应 降低 得到 Al Fe2O3
(2)①N2 6∶5 ②不能 该反应中,CH3OH中C元素的化合价由-2价升高到+4价,作还原剂,O3有强氧化性
10.铁是人体含量最多的微量元素,这些铁在人体中不是以金属单质的形式存在,而是以Fe2+和Fe3+的形式存在。亚铁离子易被吸收,给贫血者补充铁时,应给予含亚铁离子的亚铁盐,如硫酸亚铁。
(1)以下为常见的铁元素的几种微粒,其中既有氧化性又有还原性的是________。
A.Fe B.Fe2+ C.FeO eq \o\al(2-,4)
(2)工业盐的主要成分是NaNO2,以前有许多起因误食NaNO2而中毒的事件,其原因是NaNO2把人体内的Fe2+转化为Fe3+而失去与O2结合的能力,这说明NaNO2具有________性。下列不能实现这种转化的物质是________(填字母)。
A.Cl2 B.O2 C.FeCl3 D.浓硫酸
(3)工业盐中毒后,可服用维生素C来缓解中毒状况,这说明维生素C具有________性。
(4)在Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O的反应中,HNO3表现了______性和______性,每有1个Fe参加反应,被还原的HNO3为______个,转移电子数为______个。用单线桥法标出该反应的电子转移。
答案:(1)B (2)氧化 C (3)还原 (4)氧化 酸 1 3
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