2-1氧化还原反应 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题二 化学反应及其规律 第一节 氧化还原反应 同步作业 一、基础题（共60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 下列关于氧化还原反应的说法，正确的是（ ） A. 有氧气参与的反应一定是氧化还原反应 B. 氧化还原反应的本质是元素化合价的升降 C. 氧化反应和还原反应同时发生，缺一不可 D. 没有单质参与的反应一定不是氧化还原反应 2. 下列反应中，属于氧化还原反应的是（ ） A. CaCO₃ = CaO + CO₂↑ B. NaOH + HCl = NaCl + H₂O C. Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ D. AgNO₃ + NaCl = AgCl↓ + NaNO₃ 3. 下列关于氧化剂和还原剂的说法，错误的是（ ） A. 氧化剂在反应中得到电子，化合价降低 B. 还原剂在反应中失去电子，化合价升高 C. 氧化剂发生还原反应，还原剂发生氧化反应 D. 一种物质只能作氧化剂，不能作还原剂 4. 在反应 2CuO + C = 2Cu + CO₂↑ 中，氧化剂是（ ） A. CuO B. C C. Cu D. CO₂ 5. 下列关于元素化合价变化的说法，正确的是（ ） A. 化合价升高的反应是还原反应 B. 化合价降低的物质是还原剂 C. 在氧化还原反应中，所有元素的化合价都会发生变化 D. 元素化合价变化的本质是电子的转移（得失或偏移） 6. 在反应 Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O 中，Cl元素的化合价变化是（ ） A. 只升高 B. 只降低 C. 既升高又降低 D. 不变 7. 下列反应中，电子转移方向和数目表示正确的是（ ） A. Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑ （Zn失去2e⁻，H⁺得到2e⁻） B. 2FeCl₃ + Fe = 3FeCl₂ （Fe失去2e⁻，Fe³⁺得到2e⁻） C. 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑ （O只得到电子） D. Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag （Cu得到2e⁻，Ag⁺失去2e⁻） 8. 下列物质中，既可作氧化剂又可作还原剂的是（ ） A. O₂ B. NaCl C. H₂O₂ D. HClO₄ 9. 配平化学方程式：Fe + HCl = FeCl₂ + H₂↑，正确的是（ ） A. Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ B. 2Fe + 2HCl = 2FeCl₂ + H₂↑ C. Fe + 4HCl = FeCl₂ + 2H₂↑ D. 2Fe + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂↑ 10. 下列应用中，利用了氧化还原反应原理的是（ ） A. 用浓硫酸干燥气体 B. 用碳酸钠溶液除水垢 C. 工业上电解熔融氯化钠制金属钠 D. 用活性炭吸附水中杂质 （二）填空题（每空2分，共20分） 1. 氧化还原反应的本质是______，判断依据是______；元素化合价______的反应是氧化反应，元素化合价______的反应是还原反应。 2. 在氧化还原反应中，______电子（或电子对）的物质是氧化剂，发生______反应；______电子（或电子对）的物质是还原剂，发生______反应。 3. 写出下列反应中氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物： 反应 2Mg + O₂ = 2MgO 中，氧化剂是______，还原剂是______，氧化产物是______，还原产物是______。 反应 CuO + H₂=Cu + H₂O 中，氧化剂是______，还原剂是______，氧化产物是______，还原产物是______。 4. 用双线桥法表示反应 3Cu + 8HNO₃（稀）= 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O 中电子转移的方向和数目：______。 5. 配平下列氧化还原反应方程式： ______Al + ______Fe₃O₄ = ______Al₂O₃ + ______Fe ______MnO₂ + ______HCl（浓） = ______MnCl₂ + ______Cl₂↑ + ______H₂O （三）判断题（每题1分，共10分） 1. 氧化还原反应中，电子转移的数目等于化合价升降的总数。（ ） 2. 氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性。（ ） 3. 所有置换反应都是氧化还原反应，所有复分解反应都不是氧化还原反应。（ ） 4. 元素处于最高价态时，只能作氧化剂；处于最低价态时，只能作还原剂。（ ） 5. 在反应 2H₂S + SO₂ = 3S↓ + 2H₂O 中，S元素既被氧化又被还原。（ ） 6. 配平氧化还原反应方程式时，只需满足原子守恒即可。（ ） 7. 金属单质在反应中一定作还原剂，非金属单质一定作氧化剂。（ ） 8. 氧化产物是被氧化得到的产物，还原产物是被还原得到的产物。（ ） 9. 电子转移的表示方法有双线桥法和单线桥法，双线桥法表示不同元素间电子的转移。（ ） 10. 工业上用一氧化碳还原氧化铁炼铁，利用了一氧化碳的还原性。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 请简述氧化还原反应的核心概念（氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应、电子转移）及相互关系，结合具体反应（如工业炼铁反应 Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂）分析各概念的对应关系，说明氧化还原反应知识在加工制造类专业中的应用价值（至少一例），如金属冶炼、电镀工艺等。 2. 结合加工制造类专业，分析氧化还原反应在金属腐蚀与防护中的应用，以钢铁的吸氧腐蚀和镀锌防护为例，说明氧化还原反应的原理（写出相关化学方程式），解释防护措施与氧化还原反应的关联，说明该知识在机械零件防腐加工中的指导意义（至少一例）。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 氧化还原反应在加工制造领域的应用广泛，结合专业需求回答下列问题： （1）工业上用电解熔融氧化铝（Al₂O₃）的方法冶炼金属铝，写出该反应的化学方程式，指出氧化剂和还原剂，分析电子转移的方向和数目，说明电解过程中氧化还原反应的发生对冶炼工艺的要求（如电极材料选择）； （2）电镀是利用氧化还原反应在金属表面形成镀层的工艺，以铁制品镀锌为例，写出电镀时阴极和阳极的电极反应方程式（阴极：Zn²⁺ + 2e⁻ = Zn，阳极：Zn 2e⁻ = Zn²⁺），分析阳极和阴极发生的反应类型（氧化或还原），说明电镀液中Zn²⁺浓度的变化情况，解释镀层均匀的关键条件； （3）焊接过程中，常用铝热反应（2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe）焊接钢轨，写出该反应的电子转移表示（双线桥法），分析反应中放出大量热的原因（从化学键与能量角度），说明该反应在焊接中的优势（至少两点）； （4）钢铁在潮湿环境中易发生吸氧腐蚀，写出正极和负极的反应方程式，分析腐蚀过程中氧化还原反应的发生（指出氧化剂、还原剂），说明防止钢铁腐蚀的两种常用方法（结合氧化还原反应原理）； （5）某工厂在加工金属铜时，用稀硝酸溶解铜屑制备硫酸铜溶液，反应方程式为 3Cu + 8HNO₃（稀）= 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O，若溶解19.2 g Cu，计算参加反应的HNO₃的物质的量及转移电子的物质的量，说明该反应中硝酸的作用（氧化剂和酸），分析工业生产中需控制硝酸浓度的原因。 2. 结合氧化还原反应知识与加工制造实际，回答下列问题： （1）为什么镀锌铁（白铁）比镀锡铁（马口铁）更耐腐蚀？结合氧化还原反应原理分析，写出两种镀层破损后发生腐蚀的正极和负极反应方程式，说明牺牲阳极法的防腐原理； （2）工业上制备印刷电路板常用FeCl₃溶液蚀刻铜，反应方程式为 2FeCl₃ + Cu = 2FeCl₂ + CuCl₂，分析该反应中的氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物，若蚀刻1 mol Cu，计算转移电子的物质的量，说明该反应在电子制造中的应用优势（如蚀刻精度）； （3）某合金材料中含有金属M，M的化合价有+2价和+3价，在空气中M易被氧化为+3价氧化物，写出M被氧化的化学方程式，分析该氧化还原反应的氧化剂和还原剂，说明在合金加工中如何防止M被氧化（至少两种方法，结合氧化还原反应原理）； （4）在金属热处理工艺中，氧化还原反应可改变金属的组织结构，以钢铁的发蓝处理为例，发蓝液中含有NaNO₂和NaOH，加热时NaNO₂将Fe氧化为Fe₃O₄，写出该反应的化学方程式（配平），分析NaNO₂的作用，说明发蓝处理后钢铁耐腐蚀性增强的原因； （5）设计实验验证“活泼金属作还原剂，能还原不活泼金属的化合物”，以锌和硫酸铜溶液反应为例，写出实验方案、预期现象与结论，说明该实验结论在金属加工中合金制备的指导意义（至少一例）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. C 3. D 4. A 5. D 6. C 7. A 8. C 9. A 10. C （二）填空题 1. 电子转移（得失或偏移）；元素化合价的升降；升高；降低 2. 得到；偏向；还原；失去；偏离；氧化 3. O₂；Mg；MgO；MgO；CuO；H₂；H₂O；Cu 4. 双线桥：从Cu指向Cu(NO₃)₂中的Cu（失去3×2e⁻），从HNO₃中的N指向NO中的N（得到2×3e⁻） 5. 8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe；MnO₂ + 4HCl（浓） = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O （三）判断题 1. √ 2. √ 3. √ 4. √ 5. √ 6. × 7. × 8. √ 9. × 10. √ 二、提升题 （一）简答题 1. 氧化还原反应核心概念、关系及专业应用： ① 核心概念及相互关系： 氧化剂：得到电子（或电子对偏向）、化合价降低、发生还原反应的物质； 还原剂：失去电子（或电子对偏离）、化合价升高、发生氧化反应的物质； 氧化反应与还原反应同时发生，电子从还原剂转移到氧化剂，化合价升降总数相等； 关系：还原剂 → 失去电子 → 化合价升高 → 发生氧化反应 → 生成氧化产物；氧化剂 → 得到电子 → 化合价降低 → 发生还原反应 → 生成还原产物。 ② 实例分析（工业炼铁 Fe₂O₃ + 3CO 高温 2Fe + 3CO₂）： 氧化剂：Fe₂O₃（Fe元素化合价从+3→0，得到电子，发生还原反应）； 还原剂：CO（C元素化合价从+2→+4，失去电子，发生氧化反应）； 氧化产物：CO₂；还原产物：Fe； 电子转移：3CO失去3×2e⁻，Fe₂O₃得到2×3e⁻，电子转移总数为6e⁻。 ③ 加工制造类专业应用价值：氧化还原反应是金属冶炼的核心原理，如电解熔融氯化钠制金属钠（2NaCl 电解 2Na + Cl₂↑），利用氧化还原反应将金属离子还原为金属单质；电镀工艺中，通过氧化还原反应使金属离子在工件表面沉积形成镀层，提高工件的耐腐蚀性和美观度，适用于机械零件、电子元件的加工。 2. 氧化还原反应在金属腐蚀与防护中的应用： ① 钢铁吸氧腐蚀原理（氧化还原反应）： 负极（Fe）：2Fe 4e⁻ = 2Fe²⁺（Fe失去电子，发生氧化反应，作还原剂）； 正极（C）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻（O₂得到电子，发生还原反应，作氧化剂）； 总反应：2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂，后续Fe(OH)₂进一步氧化为Fe(OH)₃，最终生成铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）。 ② 镀锌防护原理（牺牲阳极法）： 镀层Zn比Fe活泼，Zn作还原剂，Fe作正极被保护； 当镀层破损时，Zn先发生氧化反应：Zn 2e⁻ = Zn²⁺，O₂在Fe表面得到电子：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，Fe不参与反应，避免腐蚀。 ③ 机械零件防腐加工指导意义：如制造汽车齿轮时，采用镀锌或镀铬工艺，利用氧化还原反应原理形成防护镀层；或在零件表面涂覆防锈漆，隔绝O₂和H₂O，阻止吸氧腐蚀的发生，延长齿轮的使用寿命。 （二）综合分析题 1. 氧化还原反应在加工制造中的应用分析： （1）铝冶炼反应分析：① 化学方程式：2Al₂O₃（熔融） = 4Al + 3O₂↑；② 氧化剂：Al₂O₃（Al³⁺得到电子），还原剂：Al₂O₃（O²⁻失去电子）；③ 电子转移：O²⁻失去12e⁻（6个O²⁻，每个失去2e⁻），Al³⁺得到12e⁻（4个Al³⁺，每个得到3e⁻）；④ 工艺要求：电极需选用耐高温、不参与氧化还原反应的材料（如石墨），防止电极被氧化，同时需提供足够的电能破坏Al₂O₃中的化学键，促进电子转移。 （2）镀锌工艺分析：① 阴极反应（还原反应）：Zn²⁺ + 2e⁻ = Zn（Zn²⁺得到电子，在铁制品表面沉积）；② 阳极反应（氧化反应）：Zn 2e⁻ = Zn²⁺（Zn失去电子，补充电镀液中的Zn²⁺）；③ Zn²⁺浓度变化：阳极溶解的Zn与阴极析出的Zn物质的量相等，电镀液中Zn²⁺浓度保持不变；④ 镀层均匀关键条件：控制电镀液浓度、电流强度均匀，电极间距一致，确保电子转移速率均匀，Zn²⁺在工件表面均匀沉积。 （3）铝热反应分析：① 双线桥法：从Al指向Al₂O₃中的Al（失去2×3e⁻），从Fe₂O₃中的Fe指向Fe（得到2×3e⁻）；② 放热原因：反应中断裂Al-Al键、Fe-O键吸收的能量小于形成Al-O键、Fe-Fe键释放的能量，整体放出大量热；③ 焊接优势：反应温度高（可达2000℃以上），能快速熔化钢铁，实现钢轨焊接；反应生成的Al₂O₃密度小，浮在熔铁表面，可保护熔铁不被氧化，提高焊接质量。 （4）钢铁腐蚀与防护：① 吸氧腐蚀电极反应：负极Fe 2e⁻ = Fe²⁺，正极O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；② 氧化剂：O₂，还原剂：Fe；③ 防护方法：1. 镀锌（牺牲阳极法），Zn作还原剂优先氧化；2. 外接电源阴极保护法，将钢铁接电源负极，使其成为阴极，发生还原反应，避免氧化。 （5）铜与稀硝酸反应分析：① 计算：Cu的物质的量=19.2 g/64 g/mol=0.3 mol，根据方程式3Cu~8HNO₃，参加反应的HNO₃=0.8 mol；转移电子=0.3 mol×2=0.6 mol；② 硝酸作用：作氧化剂的HNO₃占1/4（生成NO），作酸的HNO₃占3/4（生成Cu(NO₃)₂）；③ 控制浓度原因：硝酸浓度过高，会生成NO₂（污染环境），且氧化性过强，可能腐蚀设备；浓度过低，反应速率过慢，影响生产效率。 2. 氧化还原反应与加工制造实际应用分析： （1）镀锌铁与镀锡铁防腐差异：① 镀锌铁（Zn>Fe）：破损后，负极Zn 2e⁻ = Zn²⁺，正极O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，Fe被保护；② 镀锡铁（Sn<Fe）：破损后，负极Fe 2e⁻ = Fe²⁺，正极O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，Fe加速腐蚀；③ 牺牲阳极法原理：利用活泼金属（如Zn）作阳极，优先发生氧化反应，保护不活泼金属（如Fe）不被氧化。 （2）印刷电路板蚀刻反应：① 氧化剂：FeCl₃（Fe³⁺得到电子，化合价+3→+2），还原剂：Cu（Cu失去电子，化合价0→+2）；② 氧化产物：CuCl₂，还原产物：FeCl₂；③ 转移电子：1 mol Cu失去2 mol电子；④ 应用优势：反应速率适中，蚀刻精度高，能精准去除电路板上多余的铜箔，适用于精密电子元件制造。 （3）合金氧化与防护：① 化学方程式：4M + 3O₂ = 2M₂O₃（M失去电子，O₂得到电子）；② 氧化剂：O₂，还原剂：M；③ 防护方法：1. 加工时在惰性气体（如氩气）保护下进行，隔绝O₂，阻止氧化还原反应发生；2. 向合金中加入还原性更强的金属（如Al），Al优先氧化，保护M不被氧化。 （4）钢铁发蓝处理：① 配平化学方程式：3Fe + NaNO₂ + 5NaOH = 3Na₂FeO₂ + NH₃↑ + H₂O（或生成Fe₃O₄：3Fe + 2NaNO₂ + 4NaOH = Fe₃O₄ + 2Na₂NO₂ + 2H₂O）；② NaNO₂作用：氧化剂，将Fe氧化为Fe₃O₄中的Fe²⁺和Fe³⁺；③ 耐腐蚀性增强原因：Fe₃O₄形成致密的氧化膜，覆盖在钢铁表面，隔绝O₂和H₂O，阻止吸氧腐蚀。 （5）实验设计与合金制备意义：① 实验方案：取一支试管，加入适量硫酸铜溶液，放入一小块锌片，观察现象；② 预期现象：锌片逐渐溶解，析出红色固体（Cu），溶液颜色由蓝色变为无色；③ 结论：活泼金属Zn能还原不活泼金属化合物CuSO₄，证明氧化还原反应中还原剂的还原性强于还原产物；④ 指导意义：在合金制备中，可利用活泼金属还原不活泼金属的氧化物，如用铝还原氧化铁制备铝铁合金，该合金具有高强度、耐高温性能，适用于制造航空航天零部件。 学科网（北京）股份有限公司 $