高中化学人教版 (新课标)必修1第三节 氧化还原反应第1课时学案

第1课时　氧化还原反应

一、氧化还原反应

1．从三个角度认识氧化还原反应

(1)从得氧、失氧的角度认识

(2)从化合价升降的角度认识

还原反应：化合价降低的反应。

氧化反应：化合价升高的反应。

氧化还原反应：有元素化合价升降的化学反应。

(3)从电子转移的角度认识

2.氧化还原反应的特征和本质

(1)特征和本质

 (2)两者关系：

元素原子元素化合价升高→物质被氧化

元素原子元素化合价降低→物质被还原

　(1)在一个化学反应中，能否只存在氧化反应或只存在还原反应？

提示：不能。在化学反应中，电子有失必有得，电子的转移是相互依存的，故氧化反应和还原反应必然同时存在于同一个化学反应中。

(2)在氧化还原反应中，得电子的和失电子的可以是同一种物质或元素吗？

提示：可以。如2H2O2H2↑＋O2↑(同一种物质)，2H2O22H2O＋O2↑(同一种元素)。

(3)(情境思考)《中国诗词大会》是央视首档全民参与的诗词节目，节目以“赏中华诗词、寻文化基因、品生活之美”为基本宗旨，力求通过对诗词知识的比拼及赏析，带动全民重温那些曾经学过的古诗词，分享诗词之美，感受诗词之趣，从古人的智慧和情怀中汲取营养，涵养心灵。

古诗词是古人为我们留下的宝贵精神财富，思考下列诗句是否都涉及氧化还原反应。

①野火烧不尽，春风吹又生

②粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间

③春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干

④爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏

提示：②不涉及。“粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间”实质是碳酸钙的分解和氧化钙与水的反应，都没有元素的化合价变化，不属于氧化还原反应。

二、氧化还原反应与四种基本反应类型的关系

1．图示关系

2．文字表述

(1)置换反应一定是氧化还原反应。(填“一定”“不一定”或“一定不”，下同)

(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不一定是氧化还原反应。

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)反应：4HCl(浓)＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2O是否属于氧化还原反应？根据该反应思考四种基本反应

类型能否涵盖所有反应？

提示：是　否。反应中氯元素化合价升高，锰元素化合价降低，反应属于氧化还原反应，但不属于四种基本反应类型中的任何一种。

(2)有单质参加或生成的反应一定是氧化还原反应吗？

提示：不一定。反应3O22O3中有单质参加或生成，但元素的化合价没有变化，不属于氧化还原反应。

(3)(情境思考)2024年奥运会将在法国首都巴黎举办，这是继1924年巴黎奥运会后，时隔整整100年，巴黎再次举办奥运会。如图所示的奥运五连环中填入了5种物质，相连环物质间能发生反应，不相连环物质间不能发生反应。你认为“五连环”中物质间发生的反应，没有涉及的基本反应类型是什么？属于氧化还原反应的个数有几个？

提示：分解反应，2个。分析可知这几种物质之间的反应，有铁和稀盐酸间的置换反应、盐酸和氢氧化钠溶液之间的复分解反应、碳和二氧化碳之间的化合反应，注意二氧化碳和氢氧化钠溶液之间发生的反应不是复分解反应。

知识点一　氧化还原反应的概念

1．氧化还原反应体系中物质间的逻辑关系

　 (1)氧→得→降→还→还→还。即：

 (2)还→失→升→氧→氧→氧。即：

2．判断元素化合价的常用方法

(1)熟记常见元素的化合价

钠钾氢银正一价，钙镁锌钡正二价。

氟氯溴碘负一价，通常氧是负二价。

铜正一二铝正三，铁有正二和正三 。

碳有正二和正四，硫有负二、正四和正六。

(2)计算：依据化合物的正负化合价的代数和为零进行计算。

　 氧化还原反应的四个“不一定”

(1)在氧化还原反应中，一种反应物不一定只表现出一种性质。如反应4HCl(浓)＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，参加反应的HCl一半表现了还原性，另一半表现了酸性。

(2)得电子难的元素不一定易失去电子。如稀有气体元素既不容易失电子也不容易得电子。

(3)元素由化合态转变为游离态不一定被氧化，也可能被还原。如HCl转化为Cl2，氯元素被氧化，CuO转化为Cu，铜元素被还原。

(4)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。

1．(思维升华)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。(宏观辨识与微观探析)

提示：可以。如反应2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑中，参加反应的KMnO4既表现了还原性，又表现了氧化性。

2．元素由化合态转变为游离态是不是一定被氧化或一定被还原？请解释原因。(宏观辨识与微观探析)

提示：元素由化合态转变为游离态可能被氧化，也可能被还原。如H2O转化成O2，氧元素被氧化，CuO转化为Cu，则铜元素被还原。

3．(情境应用)在古代，朱砂是女子画眉心痣(朱砂痣)所用的一种原料。朱砂还是一味珍稀药材。并且朱砂是画家们所钟爱的颜料，但因长时间后该颜料会变黑，又使其臭名昭著。

油画变黑，可用一定浓度的H2O2溶液擦洗修复，发生反应为4H2O2(O化合价为－1)＋PbS===PbSO4＋4H2O。油画修复发生的反应中被氧化、被还原的分别是哪种物质？(科学探究与创新意识)

提示：H2O2中氧由－1价降低到－2价，H2O2被还原，PbS中硫由－2价升高到＋6价，PbS被氧化。

【典例】ClO2是一种高效水处理剂，实验室通过以下反应制得ClO2：

2KClO3＋H2C2O4＋H2SO42ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋2H2O

关于此反应的说法正确的是(　　)

A．KClO3中氯元素化合价降低，失电子

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C。由方程式可知：KClO3中氯元素从＋5价变为＋4价，化合价降低，得到电子，A错误；反应中S的化合价没有变化，不表现氧化性，B错误；H2C2O4中碳元素从＋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。

　【母题追问】(1)上题反应中，若生成1分子ClO2，反应转移几个电子？

提示：1个。KClO3中氯元素从＋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有什么关系？

提示： 相等。KClO3中氯元素从＋5价变为＋4价，反应中共得到2个电子，H2C2O4中碳元素从＋3价变为＋4价，反应中共失去2个电子，即得失电子总数相等。

【规律方法】(1)解决氧化还原反应概念的一般思路

找变价→分升降→判类型→定其他

其中“找变价”是非常关键的一步，特别是不同反应物中含有同种元素的氧化还原反应，必须弄清元素化合价的变化情况。

(2)代数和法确定化合物中变价元素的化合价步骤

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。乙酸(C2H4O2)中满足2x＋(＋1)×4＋(－2)×2＝0，则x＝0。

1．(2021·佛山高一检测)“细菌冶金”是近代湿法冶金的一种新工艺，例如氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿氧化，其原理为FeS2＋O2＋H2O―→Fe2(SO4)3＋H2SO4(未配平)，下列说法错误的是(　　)

A．氧气在反应中被还原

B．每1 mol FeS2被氧化，转移电子14 mol

C．FeS2中硫元素化合价为－1价

D．“细菌冶金”工艺绿色环保

【解析】选B。O2中氧元素的化合价为0价，降低到－2价，化合价降低被还原，氧气在反应中被还原，故A不符合题意；根据化学方程式4FeS2＋15O2＋2H2O===2Fe2(SO4)3＋2H2SO4可知，FeS2的化合价共升高了15价，每4 mol FeS2被氧化，转移电子60 mol，每1 mol FeS2被氧化，转移电子15 mol，故B符合题意；FeS2为二硫化亚铁，铁显＋2价，根据元素的化合价之和等于0，硫元素化合价为－1价，故C不符合题意；“细菌冶金”工艺中氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿氧化，生成物是Fe2(SO4)3和H2SO4，可以作为化工产品，对环境无污染，绿色环保，故D不符合题意。

2．楼房有的是用红砖砌成的，有的则是用青砖砌成的，它们的烧制方法如下：

(1)红砖的烧制：烧制砖瓦的黏土中含有二价铁盐，黏土做成砖坯，送到窑内大火烘烧，然后熄灭，自然冷却。此时窑内空气流畅，氧气充足，二价铁盐变成三氧化二铁(Fe2O3)，由于三氧化二铁是红色，所以得到的就是红砖瓦。上述反应________(填“是”或“否”)为氧化还原反应，若是则氧化剂为________，氧化产物是________。

(2)青砖的烧制：待砖坯烧透后，从窑顶向下不断淋水，当水遇到红热砖瓦会变成水蒸气，碳与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳。这些气体能把砖瓦中红色的氧化铁变成黑色氧化亚铁或四氧化三铁。没有燃烧的黑色碳颗粒也渗入砖瓦黏土颗粒间隔之中，使砖瓦呈青灰色。

①上述反应“碳与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳”中，被还原的元素为________，还原剂是________。

②产生的气体在“氧化铁变成黑色氧化亚铁或四氧化三铁”的过程中起到的作用是________。

【解析】(1)红砖的烧制过程中二价铁盐被氧化成三氧化二铁(Fe2O3)，铁的化合价升高，氧的化合价降低，故该反应是氧化还原反应，氧化剂为氧气，氧化产物是Fe2O3。

(2)①“碳与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳”的反应中，氢元素的化合价降低被还原，碳的化合价升高作还原剂。

② “氧化铁变成黑色氧化亚铁或四氧化三铁” ，铁的化合价降低，则氢气和一氧化碳作还原剂。

答案：(1)是　 氧气　Fe2O3

(2)①氢　碳　②作还原剂

【加固训练】

(2020·潍坊高一检测)下列反应中，既属于氧化还原反应，又属于离子反应的是(　　)

A．铝片与稀盐酸的反应

B．甲烷与氧气的反应

C．灼热的炭与二氧化碳反应生成一氧化碳

D．氢氧化钠溶液与稀盐酸的反应

【解析】选A。A项，既属于氧化还原反应，又属于离子反应；B项，不属于离子反应；C项，不属于离子反应；D项，不属于氧化还原反应。

知识点二　氧化还原反应中电子转移的表示方法

1.双线桥法

表示反应前后同一元素由反应物转化为生成物时电子转移的情况。

(1)基本步骤

(2)注意事项

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电子转移数用a×be－形式表示，a表示发生氧化或还原反应的原子个数，b表示每个原子得到或失去的电子数，当a＝1或b＝1时，要省略。

④被还原的物质和被氧化的物质得、失电子数守恒。

2．单线桥法

表示反应过程中不同元素原子间的电子转移情况。

(1)基本步骤

 (2)注意事项

①不需要标明“得到”或“失去”，只标明电子转移数目；

②要用箭头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Fe＋2H2e－Cl===FeCl2＋H2↑

1．(思维升华)在用双线桥法表示电子转移情况时，箭头的指向能表示电子转移的方向吗？两个线桥上表示的电子总数有何关系？请简要说明。

提示：双线桥不能表示电子转移方向，只能表明同一元素原子的电子转移情况。两个线桥上电子总数相等。

2．在用单线桥法表示电子转移情况时，其含义是什么？

提示：单线桥法箭头指向为从还原剂到氧化剂及它们之间转移的电子数。

3．(情境思考)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＋2NON2＋2CO2请用双线桥法标出电子得失。(科学态度与社会责任)

提示：

【典例】(2020·海淀高一检测)碘缺乏病是机体因缺碘导致的疾病，即地方性甲状腺肿大和地方性克汀病，主要病因是环境缺碘，人体摄取碘不足所致。

我国政府对碘缺乏病相当重视，为了消除碘缺乏病，规定在食盐中必须加入适量的碘酸钾。检验食盐中是否加碘，可用如下反应：

KIO3＋5KI＋3H2SO4===3K2SO4＋3I2＋3H2O

(1)请指出该反应的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。

(2)请分别用单线桥法和双线桥法标出该反应电子转移的方向和数目；利用所得的信息分析，如果反应中转移0.5 mol电子，则生成I2的物质的量为多少。

(3)不法商贩为贪图盈利，制售假盐，假盐中不含碘，请利用家庭生活用品，设计实验，检验食用盐中是否含有碘元素，将你的思路写出来，与同学们交流。

(4)请查阅相关资料，写出几条防治碘缺乏病的措施。

答案：(1)氧化剂是KIO3，还原剂是KI，氧化产物、还原产物均是I2。

(2)双线桥：

单线桥：

生成3 mol I2转移5 mol电子，则转移0.5 mol电子，生成I2为0.3 mol。

(3)在酸性条件下IO能将I－氧化成I2, I2遇淀粉试液变蓝；而不加碘的食盐则不能发生类似的反应。

(4)①食用合格碘盐，②经常吃含碘丰富的食物：紫菜、海带、海鱼及海贝类等。

　【母题追问】(1)参加反应的氧化剂和还原剂物质的量之比是多少？

提示：1∶5。

(2)氧化产物与还原产物物质的量之比是多少？

提示：5∶1。

1．下列化学反应中电子转移的表示方法一定不正确的是(　　)

【解析】选C。钠元素化合价从0价升高到＋1价，失去电子，硫元素化合价由0价降低到－2价，得到电子。

2．材料一：2020年，全球爆发新型冠状病毒，根据国家卫健委高级别专家组成员李兰娟院士在记者会上透露，酒精、含氯的消毒剂(如“84”消毒液)均可有效灭活病毒。

材料二：洁厕灵主要成分是盐酸，还有微量表面活性剂、香精、缓蚀剂、助剂。主要应用在家庭、宾馆、饭店、学校、医院、公厕等。

(1)利用氧化还原反应的知识从氯元素的角度分析“84”消毒液和洁厕灵的主要成分具有哪些性质？

提示：NaClO中Cl为＋1价，处于氯的中间价态，既有氧化性又有还原性；HCl中Cl为－1价，处于氯的最低价态，只有还原性。

(2)“84”消毒液和洁厕灵不能混用，混用会生成Cl2而常常发生中毒现象(已知Cl2有毒)。

①利用氧化还原反应的原理请说明原因。

提示：NaClO既有氧化性又有还原性；HCl具有还原性，两者混用会发生归中反应生成有毒气体Cl2。

②写出反应的化学方程式，并分别用单线桥法、双线桥法表示电子转移。

提示：

【加固训练】

实验室里迅速制备少量氯气可利用以下反应：

2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。

(1)用双线桥法表示出电子转移情况：

2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。

(2)用单线桥法表示出电子转移情况：

2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。

(3)发生氧化反应的是__________。

【解析】反应中锰元素化合价由＋7价降低到＋2价，氯元素由－1价升高到氯气中的0价，高锰酸钾发生还原反应，HCl发生氧化反应，结合氧化还原反应中电子转移的两种表示方法画出双线桥和单线桥。

答案：

(3)HCl

三言两语话重点

1．牢记氧化还原反应的特征和本质

(1)特征：化合价的升降；

(2)本质：电子的转移(得失或偏移)。

2．掌握1个守恒——电子守恒

n(氧化剂)×变价原子数×化合价变化值＝n(还原剂)×变价原子数×化合价变化值。

3．熟记6个字：“升、失、氧；降、得、还”[元素化合价升高(降低)、失(得)电子，发生氧化(还原)反应]。

4．电子转移的2种表示方法：双线桥法和单线桥法。

1．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＋的变化过程一定是氧化反应

D．元素化合价升高的反应是还原反应

【解析】选A。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．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。

【加固训练】

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，所含元素的化合价将降低，其中Cl－→Cl2，化合价由－1价升高为0价，被氧化；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．日常生活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(　　)

【解析】选C。A、B、D项涉及金属铜铁铝被氧化的过程，属于氧化还原反应，选项C中发生的反应为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑属于非氧化还原反应。

4．中国化学家研究的一种新型复合光催化剂碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物可以利用太阳光实现高效分解水，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.C3N4中C的化合价为－4

B．反应的两个阶段转移电子数相等

C．阶段Ⅱ中，H2O2既发生氧化反应，又发生还原反应

D．通过该反应，实现了化学能向太阳能的转化

【解析】选C。A.化合物C3N4中氮元素的化合价为－3价，结合化合物中化合价代数和为0可得，碳元素的化合价为＋4价，故A错误；B.由于两个过程中，参与反应的量未知，因此无法比较转移电子数的大小，故B错误；C.阶段Ⅱ中发生反应的化学方程式为：2H2O2===2H2O＋O2↑，H2O2中氧元素由－1价变为0价和－2价，因此H2O2既发生了氧化反应，又发生了还原反应，故C正确；D.该反应中，实现了太阳能转化为化学能，故D错误。

【加固训练】

(2019·汕头高一检测)磷单质在反应4P＋3KOH＋3H2O===3KH2PO2＋PH3中的变化是(　　)

A．被氧化

B．被还原

C．既被氧化又被还原

D．既未被氧化又未被还原

【解析】选C。磷元素的化合价由反应前的0价，部分升高为KH2PO2中的＋1价，被氧化；另一部分降低为PH3中的－3价，被还原。

5．我国“四大发明”在人类发展史上起到了非常重要的作用。

黑火药爆炸反应为S＋2KNO3＋3CK2S＋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。

6．(2020·汉口高一检测)下列化学反应中电子转移的表示方法正确的是(　　)

【解析】选C。

素养新思维

7．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＋2Mg2MgCl2＋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 mol 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＋2Mg2MgCl2＋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＋2Mg2MgCl2＋Ti可知，若反应中消耗了2 mol Mg，则生成1 mol Ti即生成NA个Ti原子，转移电子的个数为4 mol，即转移的电子数为4NA。

答案：(1)Mg　降低　(2)NA　4NA