内容正文:
优化探究
大单元一 化学基本概念与化学实验基础
专题1 化学物质及其变化
第3讲
氧化还原反应的基本概念和规律
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[导航·复习目标] 1.能利用氧化还原反应等概念对常见的反应进行分类和分析说明。2.了解氧化还原反应的本质,能用“单、双线桥”分析电子转移的方向和数目。3.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。
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考点一 氧化还原反应的基本概念
考点二 氧化还原反应的强弱规律及价态规律
练真题 明考向
3
考点一 氧化还原反应的基本概念
4
1.氧化还原反应及其概念之间的关系
(1)氧化还原反应:有元素_______发生变化的反应,其本质是_________ (得失或偏移)。
(2)相关概念之间的关系
梳理 必备知识
化合价
电子转移
5
(3)与基本反应类型间的关系
6
2.电子转移的表示方法
(1)双线桥法——“标变价、画箭头、注得失”
如Cu与稀硝酸反应
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(2)单线桥法——“标变价、画箭头、标总数”
如Cu与稀硝酸反应
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3.常见的氧化剂和还原剂
(1)常见氧化剂:某些非金属单质、含高价态元素的化合物、过氧化物等。例如:
Mn2+
Cr3+
NO或NO2
SO2
Cl-
Fe2+或Fe
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(2)常见还原剂:活泼金属单质、非金属阴离子、含低价态元素的化合物、低价态金属阳离子、某些非金属单质及其氢化物等。例如:
Zn2+
H+或H2O
CO2
Fe3+
S
I2
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(3)元素化合价处于中间价态的物质既有氧化性,又有还原性。例如:
其中Fe2+、SO2主要表现_________性,H2O2主要表现_________性。
Fe
S
H2O
Fe3+
S
O2
还原
氧化
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(1)氧化还原反应中,反应物不是氧化剂就是还原剂。( )
(2)金属单质在化学反应中只作为还原剂失去电子。( )
(3)硝酸铜的分解产物可能是CuO、NO、NO2。( )
(4)某元素从游离态变为化合态,则该元素一定被还原。( )
(5)有单质参加或生成的化学反应不一定是氧化还原反应。( )
(6)置换反应、化合反应都是氧化还原反应。( )
×
√
×
×
√
×
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一、判断氧化还原反应——明确“化合价”是关键
1.(2026·河北邯郸模拟)下列实验中的颜色变化与氧化还原反应有关的
是( )
A.SO2通入品红溶液中,溶液由红色变为无色
B.KI溶液滴入AgCl浊液中,沉淀由白色变为黄色
C.稀硫酸滴入K2CrO4溶液中,溶液由黄色变为橙色
D.苯酚长时间放置在空气中,晶体由无色变为略带红色
提升 关键能力
D
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解析:SO2通入品红溶液中,溶液由红色变为无色,说明SO2具有漂白性,元素化合价没有发生变化,与氧化还原反应无关,A不符合题意;KI溶液滴入AgCl浊液中,沉淀由白色变为黄色,说明AgCl沉淀转化为更加难溶的AgI沉淀,元素化合价没有发生变化,与氧化还原反应无关,B不符合题意;稀硫酸滴入K2CrO4溶液中,溶液由黄色变为橙色,说明平衡2Cr+2H+⥫⥬Cr2+H2O正向移动,元素化合价没有发生变化,与氧化还原反应无关,C不符合题意;苯酚长时间放置在空气中,晶体由无色变为略带红色,这是苯酚被空气中的氧气氧化所致,元素化合价发生了变化,与氧化还原反应有关,D符合题意。
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2.请标出下列物质中元素化合价。
(1)CuFeS2:;(2)K2FeO4:;(3)Li2NH、LiNH2、AlN:;(4)Na2S2O3:;(5)M;(6)C2;(7)HCN:;(8)CuH:;(9)Fe;(10)Si3N4:。
答案:(1)+2 +2 -2 (2)+6 (3)-3 (4)+2
(5)+5 (6)+3 (7)+2 -3 (8)+1 -1
(9)+(8-n) (10)+4 -3
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二、分析氧化还原反应——厘清“概念关系”是准绳
3.实验室利用反应2KMnO4+16HCl(浓)====2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,可制备氯气。
(1)上述反应中,氧化剂是____________,还原产物是________。
(2)KMnO4发生________反应,HCl发生________反应,盐酸表现的性质
是________性和________性。
KMnO4
MnCl2
还原
氧化
还原
酸
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(3)用双线桥法表示上述反应中电子转移的方向和数目:
_________________________________________________。
(4)生成1 mol Cl2时转移电子数目为____________________________,被
氧化的HCl的物质的量是________mol。
8H2O
2×6.02×1023(或1.204×1024)
2
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4.已知NaBH4与水反应的化学方程式为NaBH4+2H2O====NaBO2+4H2↑。回答下列问题:
(1)用“单线桥”标出电子转移的方向和数目:
___________________________________,氧化剂:______,还原剂:________。
(2)若生成标准状况下4.48 L H2,则转移电子的物质的量为________。
H2O
NaBH4
0.2 mol
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考点二 氧化还原反应的强弱规律及价态规律
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1.强弱规律
(1)氧化性、还原性强弱的比较方法
①依据氧化还原反应方程式判断
梳理 必备知识
氧化性:氧化剂______氧化产物 还原性:还原剂______还原产物
>
>
20
②根据反应条件及反应的剧烈程度比较
反应条件要求越低,反应越剧烈,对应物质的氧化性或还原性越强。如MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,2KMnO4+16HCl(浓)==== 2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,可比较氧化性:KMnO4_______MnO2。
③根据相同条件下产物的价态高低比较
如2Fe+3Cl22FeCl3,Fe+SFeS,氧化性:Cl2________S。
>
>
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(2)氧化性、还原性强弱的比较规律
一般规律
氧化性 元素非金属性越强,其单质的氧化性越强;金属活动性越强,对应金属的简单阳离子氧化性越弱
还原性 元素金属性越强,其单质的还原性越强;
非金属活动性越强,对应元素形成的简单阴离子还原性越弱
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(3)先后规律及应用
①同时含有几种还原剂(或氧化剂),发生氧化还原反应时,还原性(或氧化性)强的优先反应,即“强者优先”,如在FeBr2溶液中通入少量Cl2
时,因为还原性:_________>________,所以________先与Cl2反应。
②常见的强弱顺序
氧化性:Mn(H+)>Cl2>Br2>Fe3+>I2>稀硫酸>S。还原性:Mn2+<Cl-<Br-<Fe2+<I-<SO2(S)<S2-。
Fe2+
Br-
Fe2+
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2.价态规律
(1)价态归中规律
含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化一定遵循“高价+低价中间价”,而不会出现交叉现象。简记为“两相靠,不相交”。
例如,不同价态的硫之间可以发生氧化还原反应:
注:同一个反应中不会出现⑤中H2S
转化为SO2而H2SO4转化为S的情况。
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(2)歧化反应规律
“中间价高价+低价”
具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应,如Cl2+2NaOH====NaCl+NaClO+H2O。
(3)应用
①判断同种元素不同价态的物质间发生氧化还原反应的可能性。如浓硫酸与SO2不发生反应。
②根据化合价判断反应体系中的氧化剂、还原剂及氧化产物、还原产物。如对于反应6HCl(浓)+NaClO3====NaCl+3Cl2↑+3H2O,氧化剂为NaClO3,还原剂为HCl,氧化产物和还原产物都为Cl2。
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(1)金属原子失电子数越多,金属的还原性越强。( )
(2)元素处于最高价的物质一定具有强氧化性。( )
(3)元素的非金属性越强,其氧化性越强,相应单质越活泼。( )
(4)非金属原子得电子数越多,非金属的氧化性越强。( )
(5)1 mol KClO3与足量的浓盐酸反应,转移电子数为6NA。( )
(6)SO2的还原性较强,而浓硫酸具有很强的氧化性,所以浓硫酸不能干
燥SO2气体。( )
×
×
×
×
×
×
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一、强弱规律及应用
1.(2026·河北唐山模拟)已知将亚硫酸钠滴入含淀粉的碘水中,碘水中的蓝色褪为无色,溶液无沉淀生成。某无色溶液中可能含有I-、Na+、、S,向该溶液中加入少量溴水,溶液仍呈无色,则有
关该无色溶液下列判断正确的是( )
A.氧化性:Br2<S<I2 B.一定不含有I-
C.一定含有Na+ D.可能含有
提升 关键能力
C
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解析:根据将亚硫酸钠滴入含淀粉的碘水中,碘水的蓝色褪为无色,说明碘水把亚硫酸钠氧化了,说明I2的氧化性强于S,即S的还原性强于I-,但向无色溶液中加入少量溴水溶液不变色,不能说明溴的氧化性不如碘单质强,因为被少量的溴氧化的是S,A错误;由A分析知,不能判断是否有I-,B错误;判断无色溶液中一定含有S,可能含有I-,根据电荷守恒,一定存在Na+,C正确;由于溶液是无色溶液,说明一定不含,D错误。
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2.(2026·江苏宿迁模拟)在45~50 ℃时,臭氧(O3)可以将碘氧化为碘酸碘[I(IO3)3]。反应的化学方程式如下:9O3+2I2====I(IO3)3+9O2。下列说
法正确的是( )
A.O3既不是氧化剂也不是还原剂
B.I(IO3)3中碘元素的化合价均为+5价
C.氧化性:I(IO3)3>I2
D.氧化性:I2>I(IO3)3
C
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解析:从反应的化学方程式知,在反应中氧元素化合价降低,O3为氧化剂,A错误;在(O3)3中碘元素化合价有+3价、+5价两种价态,B错误;按照价态规律,通常价态高,氧化性强,则氧化性:I(IO3)3>I2,C正确,D错误。
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二、价态规律及应用
3.L、M、R、P、Q分别代表五种含不同化合价的氮元素的物质。A、B分别代表两种含不同化合价的氯元素的物质(每种物质中氮或氯元素的化合价只有一种)。又知物质M中的氮元素化合价要比物质Q中氮元素的化合价低。在一定条件下,它们会发生如下的转化(关系式未配平):
①P+AQ+B ②L+O2M+H2O
③L+MR+H2O ④B+H2OA+O2
(1)若五种含氮元素的物质中,有一种是硝酸,则硝酸是________,理
由是________________________。
P
P中氮元素的化合价最高
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解析:由反应④B+H2OA+O2可知,反应后氧元素化合价升高,则反应后氯元素化合价必定降低,故氯元素化合价:B>A;由反应①可知,反应后氯元素化合价升高,则反应后氮元素化合价必降低,故氮元素化合价:P>Q;由反应②可知,反应后氧元素化合价降低,则氮元素化合价反应后必升高,故氮元素化合价:M>L;由反应③可知,该反应为氮元素化合价的“归中”反应,由于氮元素化合价:M>L,R处于M、L之间,则氮元素化合价:M>R>L;氮的化合价:P>Q>M>R>L。
由于其中一种物质是硝酸,硝酸中氮的化合价是最高价态,P中N元素化合价最高,则在上述物质中P是硝酸。
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(2)反应②必须在催化剂(铂、氧化铁等)作用下,加热到一定温度时方能发生,此反应在化工生产上有重要用途,据此推断在同温同压下,若物
质R密度比空气的密度小,则R的化学式为________。
解析:根据题给的信息及有关元素化合物知识,且L中氮元素是其中氮元素最低价态,由反应②可知,L分子中含有氢元素,因此反应②是氨气的催化氧化反应,L是NH3,M是NO;又因为R的氮元素价态在L、M之间,R的密度又比空气小,且R中N元素化合价大于-3价而小于+2价,所以R为N2。
N2
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(3)某同学写出下面三个含氮的物质相互转换的关系式:
Ⅰ.M+PN2O3+H2O
Ⅱ.N2O4+H2OP+Q
Ⅲ.M+LQ+H2O
其中一定不可能实现的是__________(填序号),理由是________________________________________________________________________________________________。
Ⅲ
氮元素价态:Q>M>L,根据氧化还原反应规律,M与L反应,不可能生成氮元素价态比M、L都高的物质Q
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解析:Ⅰ.氮元素的化合价:P>Q>M>R>L,如果N2O3中N元素化合价同Q,则该反应可以实现,故不选;Ⅱ.反应Ⅱ是歧化反应,一种反应产物中氮的化合价大于+4价,另一种反应产物中氮的化合价小于+4价,故Q中氮的化合价小于+4价,所以可以实现,故不选;Ⅲ.由于氮化合价:Q>M>L,M、L不能都失电子,因此反应Ⅲ不可能实现,故选Ⅲ。
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练真题 明考向
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1.(2025·山东卷)下列在化学史上产生重要影响的成果中,不涉及氧化还原反应的是( )
A.侯德榜发明了以NH3、CO2和NaCl为原料的联合制碱法
B.戴维电解盐酸得到H2和Cl2,从而提出了酸的含氢学说
C.拉瓦锡基于金属和O2的反应提出了燃烧的氧化学说
D.哈伯发明了以N2和H2为原料合成氨的方法
A
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解析:A.联合制碱法涉及的反应为NaCl+H2O+CO2+NH3===NaHCO3↓+
NH4Cl和2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,各元素(Na、Cl、N、C、H、O)的化合价均未发生改变,不涉及氧化还原反应,A符合题意;B.电解盐酸生成H2和Cl2,H和Cl的化合价均发生变化(H从+1→0,Cl从-1→0),涉及氧化还原反应,B不符合题意;C.金属与O2反应生成氧化物,金属被氧化(化合价升高),O被还原(化合价降低),涉及氧化还原反应,C不符合题意;D.合成氨反应中N2的N化合价从0→-3,H2的H化合价从0→+1,涉及氧化还原反应,D不符合题意。
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2.(2025·重庆卷)抗日战争时期,根据地物资紧缺,军民自力更生,就地取材,采用下列方法生产化工产品,其中利用了氧化还原反应原理的是( )
A.用石磨代替打浆机碾碎硝化棉
B.用陶缸作反应器以硫黄为原料生产硫酸
C.通过蒸馏法以自酿的白酒为原料生产工业酒精
D.通过水解法以植物油和熟石灰为原料生产甘油
B
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解析:A.碾碎硝化棉是物理粉碎过程,无化合价变化,不涉及氧化还原反应,A不符合题意;B.硫黄(S)转化为硫酸(H2SO4)时,硫元素的化合价从0价升至+6价,发生氧化反应,涉及氧化还原反应,B符合题意;C.蒸馏法分离酒精是物理过程,无新物质生成,不涉及氧化还原反应,C不符合题意;D.植物油水解生成甘油和高级脂肪酸盐,属于水解反应,无化合价变化,不涉及氧化还原反应,D不符合题意。
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3.(2025·湖南卷)NaSbO3是一种合成聚酯的催化剂,可用“硝酸钠法”制备,反应方程式为4NaNO3+4Sb+3O24NaSbO3+2NO+2NO2。下列说法错误的是( )
A.NaSbO3中Sb元素的化合价为+5
B.N的空间结构为平面三角形
C.反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为4∶7
D.反应中消耗3 mol O2,转移20 mol e-
C
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解析:A.NaSbO3中Na元素的化合价为+1,O元素的化合价为-2,根据化合物中正、负化合价的代数和为0可知,Sb元素的化合价为+5,A正确;B.N的中心N原子的价层电子对数是3+=3,采用sp2杂化,无孤电子对,N的空间结构为平面三角形,B正确;C.反应中氧化剂为NaNO3和O2,
还原剂为Sb,氧化剂与还原剂的物质的量之比为7∶4,而非4∶7,C错误;
D.O2、NaNO3同时作氧化剂,3 mol O2参与反应,4 mol Sb作还原剂,整个反应转移电子为20 mol,D正确。
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4.(2023·河北卷)由下列实验操作及现象,不能得出相应结论的是( )
选项 实验操作及现象 结论
A Cl2通入淀粉-KI溶液中,溶液变蓝 氧化性:Cl2>I2
B CO2通入苯酚钠溶液中,溶液变浑浊 酸性:碳酸>苯酚
C SO2通入品红溶液中,溶液褪色 SO2具有氧化性
D NH3通入滴有酚酞溶液的水中,溶液变红 氨水显碱性
C
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解析:溶液变蓝是因为Cl2和KI反应生成I2,I2遇淀粉变蓝,反应的化学方程式为Cl2+2KI===I2+2KCl,氧化性:Cl2>I2,A能得出相应结论;CO2通入苯酚钠溶液中生成苯酚微溶物,C6H5ONa+CO2+H2O===C6H5OH+NaHCO3,B能得出相应结论;SO2通入品红溶液,生成无色物质,不因氧化性而褪色,C不能得出相应结论;NH3与水反应:NH3+H2O⥫⥬NH3·H2O,溶液呈碱性,使酚酞变红,D能得出相应结论。
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