人教版 (2019)必修 第一册第三节 氧化还原反应第1课时导学案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册第三节 氧化还原反应第1课时导学案，共20页。学案主要包含了认识氧化还原反应等内容，欢迎下载使用。

一、认识氧化还原反应
1．从得失氧的角度认识氧化还原反应
2.从化合价升降的角度认识氧化还原反应
氧化反应是化合价升高的化学反应；还原反应是化合价降低的化学反应。
3．从电子转移的角度认识氧化还原反应
4.氧化还原反应的本质和特征
(1)特征：元素化合价升降。
(2)本质：电子转移(得失或偏移)。
二、氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
选用下列关键词：“一定是”“一定不是”或“可能是”填空：
(1)置换反应一定是氧化还原反应。
(2)复分解反应一定不是氧化还原反应。
(3)化合反应和分解反应可能是氧化还原反应。
①有单质参加的化合反应一定是氧化还原反应。
②有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应。
1．判断下列说法是否正确：
(1)氧化还原反应一定有氧元素参加( × )
提示：氧化还原反应的特征是有元素化合价的变化，因此与是否有氧元素参与反应无关。
(2)在氧化还原反应中可能只有元素的化合价的升高，而无元素化合价的降低( × )
提示：元素化合价升降是氧化还原反应的特征。
(3)Na2O＋H2O===2NaOH属于氧化还原反应( × )
提示：此反应中各元素的化合价均没有发生变化，因此为非氧化还原反应。
(4)有单质参加的化合反应属于氧化还原反应( √ )
提示：有单质参加的化合反应中单质化合价肯定发生了变化，故属于氧化还原反应。
2．阅读教材“科学史话：氧化还原反应概念的发展”，回答：18世纪拉瓦锡的氧化学说认为氧化还原反应是得氧与失氧的反应，按现在的理论，这种观点是否正确？为什么？
提示：这种观点是错误的。现在的理论认为有化合价发生变化的反应就是氧化还原反应。
3．农历八月十五是中国传统的中秋节，吃月饼已经成了一种民俗。在新买的月饼盒里都会有食品干燥剂，它是铁粉在高温炉里加入发泡剂形成的疏松多孔物体。铁粉用作干燥剂的原理为铁粉吸收空气中的水分和氧气而变为铁锈。这个变化中铁元素和氧元素的化合价有哪些变化？铁粉变为铁锈的反应属于氧化还原反应吗？为什么？
提示：铁元素化合价升高，氧元素化合价降低。铁粉变为铁锈的反应属于氧化还原反应，因为有元素的化合价发生变化。
从定性角度分析氧化还原反应——氧化还原反应概念间的联系
经过了几代航天人的努力，中国已然是航天强国之一。
材料一：2020年11月24日4时30分，在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。正式开启中国首次地外天体采样返回之旅。长征五号遥五运载火箭系列采用最常见的液体推进剂，主要成分为偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮(N2O4)。
材料二：2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭将中国首个火星探测器“天问一号”送入预定轨道。长征五号系列运载火箭，又称“冰箭”，采用液氢液氧作为推进剂。
标注元素的化合价
1．你能标出长征五号火箭推进剂两种化合物中各元素的化合价吗？
C2H8N2：C：－1，H：＋1，N：－3；
N2O4：N：＋4，O：－2。
2．标出以下化合物或原子团中除氧元素外其他元素的化合价。
FeO：Fe：＋2；Cu2O：Cu：＋1；
NO2：N：＋4；H2C2O4H：＋1，C：＋3；
ClO2：Cl：＋4
掌握氧化还原反应的概念及反应实质
(1)材料二中长征五号推进剂工作的反应原理是什么？用化学方程式表示。
提示：2H2＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2H2O
(2)我们初中学习过H2、Cu与氧气的反应，从得氧失氧、元素化合价变化、电子转移三个视角分析上述两个反应。
提示：
1．氧化还原反应概念间的联系
【特别提醒】
(1)原子失去1个电子，元素的化合价就升高1价；
(2)原子得到1个电子，元素的化合价就降低1价。
2．氧化还原反应中的4个“不一定”
(1)一种元素被氧化，不一定有另一种元素被还原。如 eq \(C,\s\up6(0)) l2＋H2O===H eq \(Cl,\s\up6(－1)) ＋H eq \(Cl,\s\up6(＋1)) O中，被氧化和被还原的元素都是氯元素。
(2)一种反应物不一定只表现出一种性质。如反应2KMnO4 eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) K2MnO4＋MnO2＋O2↑中，参加反应的KMnO4既表现了还原性，又表现了氧化性。
(3)有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应。如同素异形体之间的相互转化不属于氧化还原反应。
(4)某种物质由化合态变为游离态，不一定是被还原，如HCl→Cl2是被氧化。
【思考讨论】
(1)在氧化还原反应中，被氧化的物质和被还原的物质是否可以为同一反应物？请举例说明原因。
提示：可以。如反应2KMnO4 eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) K2MnO4＋MnO2＋O2↑中，参加反应的KMnO4既表现了还原性，又表现了氧化性。
(2)在氧化还原反应中，得电子和失电子是否可以是同一种物质或元素？请举例说明原因。
提示：可以。如H2O2分解时，被氧化和被还原的元素都是氧。
【典例】(双选)ClO2是一种高效水处理剂，实验室通过以下反应制得ClO2：2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4 eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) 2ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋2H2O
关于此反应的说法正确的是( )
A．KClO3化合价降低，得电子
B．反应中H2SO4体现了酸性和氧化性
C．反应中H2C2O4被氧化
D．H2C2O4既被氧化又被还原
【思维建模】解答有关氧化还原反应概念问题的思维流程如下：
【解析】选A、C。由方程式可知：KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，化合价降低，得到电子，A正确；反应中S的化合价没有变化，不表现氧化性，B错误；H2C2O4中C元素从＋3价变为＋4价，化合价升高，失去电子，被氧化，故C正确、D错误。

(1)上题反应中，若生成1分子ClO2，反应转移几个电子？(关键能力——分析与推测)
提示：1个。KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，生成1分子ClO2，反应转移1个电子。
(2)上题反应中，失去的电子总数与得到的电子总数什么关系？(关键能力——分析与推测)
提示：相等。KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，共得到1个电子；H2C2O4中C元素从＋3价变为＋4价，共失去1个电子。因此，反应得失电子总数相等。
【规律方法】依据化合物正负化合价的代数和为零判断元素化合价的步骤
①标出熟悉元素的化合价。
②根据化合物中正、负化合价的代数和为零的原则求解其他元素的化合价。
③有机物中碳元素化合价(设为x)的确定方法：有机物中氧元素的化合价为－2，氢元素的化合价为＋1。利用元素化合价代数和为零的规则确定碳元素的化合价，如乙酸(C2H4O2)中满足2x＋(＋1)×4＋(－2)×2＝0，则x＝0。
【备选例题】
下列对氧化还原反应的分析中合理的是( )
A．Mg变成MgO时化合价升高，失去电子，因此Mg在该反应中被还原
B．KMnO4受热分解，锰元素化合价一方面升高，一方面降低，因此锰元素既被氧化又被还原
C．CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4属于氧化还原反应
D．反应2H2O eq \(=====,\s\up7(通电),\s\d5( )) 2H2↑＋O2↑，H2O中元素的化合价既有升高，又有降低
【解析】选D。A中镁失去电子被氧化而不是被还原；B中高锰酸钾中锰元素的化合价只有降低，没有升高，因此锰元素只被还原，没被氧化；C中没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应；D中氧元素的化合价升高，氢元素的化合价降低。
日常生活生产中的许多现象与化学反应有关，下列现象与氧化还原反应无关的是( )
A．大理石雕像被酸雨腐蚀毁坏
B．煤矿瓦斯爆炸
C．铁制菜刀生锈(Fe2O3·nH2O)
D．铜铸塑像上出现铜绿Cu2(OH)2CO3
【解析】选A。大理石与酸发生复分解反应，没有元素的化合价变化，与氧化还原反应无关，A选；煤矿瓦斯爆炸是甲烷的燃烧反应，是氧化还原反应，B不选；生锈生成氧化铁，Fe、O元素的化合价发生变化，是氧化还原反应，C不选；铜生成铜绿的过程中Cu、O元素的化合价发生变化，是氧化还原反应，D不选。
【补偿训练】
我国“四大发明”在人类发展史上起到了非常重要的作用，黑火药是四大发明之一。

黑火药爆炸的反应为S＋2KNO3＋3C===K2S＋3CO2↑＋N2↑。在该反应中，被还原的元素是( )
A．N B．C C．N和S D．N和C
【解析】选C。被还原的元素就是反应过程中化合价降低的元素， ―→、―→、―→，K元素和O元素化合价不发生变化，故被还原的元素为N和S。
火车给我们的交通出行创造了很大的方便，火车都是在铁轨上运行。修复铁轨常常采用如下反应：
Fe2O3＋2Al eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) Al2O3＋2Fe，这个反应产生大量的热，请回答：
(1)在这个反应中被氧化、被还原的物质分别是哪种物质？
提示：Fe2O3＋2Al eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) Al2O3＋2Fe，Fe2O3的化合价降低，被还原；Al的化合价升高，被氧化。
(2)你能描述一下如何利用该反应焊接铁轨吗？
提示：该反应放出大量的热，能将生成的铁熔融成铁水，从而进行焊接铁轨。
从定量角度分析氧化还原反应——氧化还原反应中电子转移的表示方法
2020年5月30日4时13分，我国在西昌卫星发射中心用长征十一号运载火箭将新技术试验卫星G星、H星送入预定轨道。长征十一号火箭的燃料之一是高氯酸铵(NH4ClO4)和铝粉的固体混合物。点燃时，发生的化学方程式为①4Al＋3O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2Al2O3；②2NH4ClO4 eq \(=====,\s\up7(△)) N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O2↑。
探究氧化还原反应电子转移的表示方法
(1)分析反应①中失去电子的物质是什么？得到电子的物质是什么？4个铝原子参加反应转移电子的个数是多少？
失去电子的物质：Al。
得到电子的物质：O2。
转移电子数：12个。
(2)如何在氧化还原反应方程式上形象地表示电子的转移方向和数目？用双线桥法和单线桥法表示出上述反应电子转移的方向和数目。
提示：双线桥法：
单线桥法：
1．双线桥法表示电子转移的方向和数目
【误区警示】
①箭头、箭尾必须对应化合价变化的同种元素的原子；
②必须注明“得到”或“失去”；
③被还原的物质和被氧化的物质得、失电子数守恒。
如
2．单线桥法表示电子转移的方向和数目
【误区警示】
①不需要标明“得到”或“失去”，只标明电子转移数目；
②要用箭号标明电子转移的方向；
③箭头由反应物中失电子元素原子指向得电子元素原子。
如
思考讨论】
(1)氧化还原反应是不是一定属于四种基本反应类型中的一种？
提示：不一定。如3CO＋Fe2O3 eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2Fe＋3CO2就不是四种基本反应类型中的任何一种，但却是氧化还原反应。
(2)请用交叉分类法表示氧化还原反应与四种基本反应类型的关系。
提示：

【典例】(2021·临沂高一检测)下列化学反应中电子转移的表示方法正确的是( )
【解析】选B。A项，Si应该得到电子，C失去电子；B项，钠失去电子，H2O中的H元素得到电子，单线桥法，正确；C项，应是Zn失去2e－；D项，应是Cu失去2e－，单线桥中的箭头方向错误。

(1)B项反应中，H2是还原产物还是氧化产物？(关键能力——理解与辨析)
提示：还原产物。
(2)D项反应中，参加反应的硫酸分子，是否全部被还原？(关键能力——分析与推测)
提示：不是。从反应方程式可以看出，2个硫酸参加反应，只有1个硫酸分子被还原。
下列化学反应中电子转移的表示方法正确的是( )
【解析】选C。A项，Fe2O3的化合价降低，CO中C元素的化合价升高，错误；B项P被氧化，错误；D项，得失电子不守恒，错误。
【拔高题组】
1．中国医药学是一个伟大的宝库。古代制取下列药物过程中未发生氧化还原反应的是( )
【解析】选A。用芒硝制硫酸钠的反应为Na2SO4·10H2O===Na2SO4＋10H2O↑，没有发生元素化合价的升降，不是氧化还原反应，A选；用净瓷瓮子盛米醋1斗，将铅片子悬排于瓮子口，即将铅的单质转化为醋酸铅，铅的化合价升高，是氧化还原反应，B不选；用水银一两，硫黄六铢，来制硫化汞，硫和汞的化合价改变了，是氧化还原反应，C不选；以铁拍做段片，置醋糟中，积久衣生制醋酸亚铁，铁的化合价升高，是氧化还原反应，D不选。
2．(2021·济宁高一检测)在下列反应中，HCl被氧化的是( )
A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O
B．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
C．4HCl(浓)＋MnO2 eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
D．CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O
【解析】选C。A、D属于非氧化还原反应，B项中HCl被还原。
3．已知铜在常温下能被稀硝酸溶解，其反应的化学方程式如下：
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(1)被氧化的元素是____________，被还原的元素是____________。
(2)发生氧化反应的物质是________________，发生还原反应的物质是________________。
(3)用单线桥法表示反应电子得失的方向和数目________。
【解析】由化学方程式可知铜元素化合价升高，铜元素从0价变为＋2价，被氧化；氮元素化合价降低，从＋5价变为＋2价，被还原；铜发生氧化反应，硝酸发生还原反应。
答案：(1)Cu N (2)Cu HNO3
查阅文献得知：汽车尾气的主要成分为NO、CO、O2，在汽车上安装三元催化转化器可使NO转化为无毒的N2，CO转化为无毒的CO2。
反应原理为2CO＋2NO eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5( )) N2＋2CO2。请用双线桥法标出电子得失。
提示：
1．(双选)下列关于氧化还原反应的说法中正确的是( )
A．氧化还原反应前后元素化合价有升降
B．氧化还原反应前后一定有氧的得失
C．实现Fe3＋―→Fe2＋的变化过程一定是还原反应
D．元素化合价升高的反应是还原反应
【解析】选A、C。化合价有变化的反应一定是氧化还原反应，但不一定有氧的得失。化合价升高发生的是氧化反应；Fe3＋转化为Fe2＋，铁元素的化合价降低，发生的是还原反应。
2．(水平1)下列变化过程中，属于氧化反应的是( )
A．MnO2―→Mn2＋ B．CuO―→CuCl2
C．Ag＋―→Ag2O D．Sn2＋―→Sn4＋
【解析】选D。物质所含元素化合价升高的反应为氧化反应。
【补偿训练】
下列变化中，属于还原反应的是( )
A．Cl－―→Cl2 B．FeCl2―→FeCl3
C．C―→CO2 D．KMnO4―→MnO2
【解析】选D。物质发生还原反应时，所含元素的化合价降低，其中Cl－―→Cl2，化合价由－1价升高为0价，发生氧化反应；FeCl2―→FeCl3，铁元素化合价由＋2―→＋3，发生氧化反应；C―→CO2，碳元素化合价由0―→＋4，发生氧化反应；KMnO4―→MnO2，锰元素化合价由＋7―→＋4，发生还原反应。
3．(水平1)下列化学反应中，既属于氧化还原反应又属于化合反应的是( )
A．H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
B．NH3＋HCl===NH4Cl
C．CaCO3 eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) CaO＋CO2↑
D．SO2＋H2O2===H2SO4
【解析】选D。A项属于复分解反应，C项属于分解反应；B项属于化合反应但没有物质发生化合价的变化。
4．(双选)高炉炼铁中发生的主要反应为：
Fe2O3＋3CO eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2Fe＋3CO2，下列有关该反应的说法正确的是( )
A．反应前后氧元素化合价发生变化
B．CO作还原剂
C．Fe2O3发生还原反应
D．CO被还原
【解析】选B、C。氧元素化合价在反应前后均为－2价，化合价没有发生变化，A错误；CO中的C元素的化合价由＋2价失电子升高到＋4价，被氧化发生氧化反应，则CO是还原剂，B正确，D错误；氧化铁中铁元素的化合价由＋3价得电子降低到0价，被还原发生还原反应，C正确。
5．(水平2)含元素碲(Te)的几种物质存在如图所示转化关系。下列说法错误的是( )
A．反应①利用了H2Te的还原性
B．反应②中H2O作氧化剂
C．反应③利用了H2O2的氧化性
D．H2Te2O5转化为H2Te4O9发生了氧化还原反应
【解析】选D。反应①中H2Te与氧气反应生成Te单质，Te元素化合价升高，是利用了H2Te的还原性，A正确；反应②中Te单质与水反应生成H2TeO3，Te元素化合价升高，H2O作氧化剂，B正确；反应③中H2TeO3与双氧水反应生成H6TeO6，Te元素化合价升高，H2O2中氧元素化合价降低，作氧化剂，利用了H2O2的氧化性，C正确；H2Te2O5转化为H2Te4O9，两物质中的Te元素，均为＋4价，没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应，D错误。
【补偿训练】
过氧化氢(H2O2)可作为采矿业的废液消毒剂，如消除采矿废液中有剧毒的氰化钾(KCN，其中N元素为－3价)，化学方程式为KCN＋H2O2＋H2O===A＋NH3↑(已配平)，请回答下列问题：
(1)生成物A的化学式是______________________________________________。
(2)该反应是否是氧化还原反应？________(填“是”或“不是”)。若是，请指出被还原的元素；若不是，请说明理由：________________________________。
【解析】(1)根据质量守恒定律可知，A由1个K＋、3个氧原子、1个碳原子和1个氢原子构成，故为KHCO3。(2)反应物H2O2中氧元素的化合价由－1价降为－2价，氧元素被还原；反应物KCN中碳元素的化合价由＋2价升高为＋4价，碳元素被氧化，该反应是氧化还原反应。
答案：(1)KHCO3 (2)是 H2O2中氧元素的化合价由－1价降为－2价，被还原
6．(水平2·教材习题改编)C919中型客机是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的中型喷气式民用飞机。C919的钛合金用量达9.3%，制备海绵钛的化学方程式为TiCl4＋2Mg eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2MgCl2＋Ti。
(1)该反应中，被氧化的物质是______，Ti元素的化合价______(填“升高”或“降低”)。
(2)若反应中消耗了2个Mg原子，则生成______个Ti原子，转移电子的个数为______个。
【解析】(1)根据TiCl4＋2Mg eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2MgCl2＋Ti可知：TiCl4―→Ti化合价降低，被还原，Mg―→MgCl2化合价升高，被氧化；所以该反应中，被氧化的物质是Mg，Ti元素的化合价降低。(2)根据TiCl4＋2Mg eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2MgCl2＋Ti可知，若反应中消耗了2个Mg，则生成1个Ti，转移电子的个数为4个。
答案：(1)Mg 降低 (2)1 4
化学反应
3CO+Fe2O3 eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2Fe+3CO2
2CuO+C eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2Cu+CO2↑
得氧
物质
CO
C
发生氧化反应,化合价升高
失氧
物质
Fe2O3
CuO
发生还原反应,化合价降低
结论
氧化反应与还原反应同时发生
电子得失
共用电子对偏移
分析
氧化
反应
有元素的化合价升高、失去电子的反应
有元素的化合价升高、电子对偏离的反应
还原
反应
有元素的化合价降低、得到电子的反应
有元素的化合价降低、电子对偏向的反应
结论
氧化还原反应是元素的原子间有电子转移的化学反应
化学反应
2H2+O2
2H2O
2Cu+O2
2CuO
得氧失
氧视角
得氧物质
H2
Cu
失氧物质
O2
O2
化合价
变化视
角
化合价升
高物质
H2
Cu
化合价降
低物质
O2
O2
电子转
移视角
得电子物质
O2
O2
失电子物质
H2
Cu
A
《本草纲目》：制取“玄明粉”(Na2SO4)
以芒硝于风日中消尽水气，自成轻飘白粉也
B
《通玄秘术》：制取“华盖丹”(醋酸铅)
以铁筋穿作窍，以绳子穿之；用净瓷瓮子盛米醋1斗，将铅片子悬排于瓮子口……
C
《本草蒙筌》：制取“灵砂”(硫化汞)
用水银一两，硫黄六铢，细研，先炒作青砂头，后入水火既济炉，抽之……
D
《本草图经》：制取“铁华粉”(醋酸亚铁)
以铁拍做段片，置醋糟中，积久衣生……