高考化学一轮复习第2章化学物质及其变化第6讲氧化还原反应的基本概念教案

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1．氧化还原反应的本质和特征
2．氧化还原反应的相关概念及其关系
上述关系概括为“升失氧、降得还，剂性一致、其他相反”。
一种元素由化合态变为游离态时，该元素可能被氧化，也可能被还原。例如，电解的反应2H2O eq \(=====,\s\up15(通电)) 2H2↑＋O2↑中，氢元素被还原，氧元素被氧化。
3．氧化还原反应中电子转移的表示方法
4.氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
(1)有单质参与的化合反应是氧化还原反应。
(2)有单质生成的分解反应是氧化还原反应。
(3)所有的置换反应都是氧化还原反应。
(4)所有的复分解反应都不是氧化还原反应。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)有单质参加或生成的反应一定属于氧化还原反应(×)
(2)在氧化还原反应中，肯定有一种元素被氧化，另一种元素被还原(×)
(3)在氧化还原反应中，被氧化的物质和被还原的物质一定是不同的物质(×)
(4)有单质参加或生成的化学反应一定是氧化还原反应(×)
(5)在化学反应中，氧化剂发生氧化反应，还原剂发生还原反应(×)
(6)在氧化还原反应中，氧化剂得电子数等于还原剂失电子数(√)
[通关2] (2020·山东卷)下列叙述不涉及氧化还原反应的是( )
A．谷物发酵酿造食醋
B．小苏打用作食品膨松剂
C．含氯消毒剂用于环境消毒
D．大气中NO2参与酸雨形成
B [食醋的主要成分是乙酸，谷物发酵酿造乙酸过程如下：淀粉→葡萄糖→乙醇→乙酸，该过程中发生了氧化还原反应，A项涉及氧化还原反应；小苏打用作食品膨松剂，是利用NaHCO3与发酵的面粉中的有机酸反应产生CO2气体，B项不涉及氧化还原反应；含氯消毒剂用于环境消毒，利用了其强氧化性使病菌的蛋白质失去生物活性，C项涉及氧化还原反应；NO2参与酸雨的形成，原因是NO2与水反应生成硝酸：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，D项涉及氧化还原反应。]
[通关3] (2020·北京卷)下列物质的应用中，利用了氧化还原反应的是( )
A．用石灰乳脱除烟气中的SO2
B．用明矾[KAl(SO4)2·12H2O]处理污水
C．用盐酸去除铁锈(主要成分Fe2O3·xH2O)
D．用84消毒液(有效成分NaClO)杀灭细菌
D [SO2是酸性氧化物，可与碱反应，用石灰乳脱除烟气中的SO2时，SO2与氢氧化钙反应生成亚硫酸钙或亚硫酸氢钙，不涉及氧化还原反应，A项错误；用明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶于水中，电离出的Al3＋发生水解生成氢氧化铝胶体，利用胶体的吸附性可吸附污水中的固体颗粒物，该过程利用胶体的吸附性，不涉及氧化还原反应，B项错误；用盐酸去除铁锈(主要成分Fe2O3·xH2O)，发生的主要反应为：6HCl＋Fe2O3===2FeCl3＋3H2O，反应中没有元素化合价的变化，不涉及氧化还原反应，C项错误；用84消毒液有效成分NaClO，具有强氧化性，能使蛋白质发生变性从而杀死细菌病毒，杀菌消毒的过程利用了氧化还原反应，D项正确。]
[通关4] (2020.1·浙江选考)反应MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up15(△),\s\d12( )) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，氧化产物是( )
A．MnO2 B．HCl
C．MnCl2 D．Cl2
D [该反应中，部分Cl元素由－1价升高到0价，则HCl发生氧化反应，生成的Cl2是氧化产物。]
[通关5] (深度思考)实验室利用MnO2固体与浓盐酸加热制取Cl2，反应原理为MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up15(△)) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(1)该反应中，MnO2发生______________反应，HCl发生____________反应。
(2)生成1 ml Cl2时转移电子数目为__________，被氧化的HCl的物质的量是______ ml。
(3)该反应中，盐酸表现出的性质是__________性和________性。
(4)用双线桥法标出该反应电子转移的方向和数目：
________________________________________________________________________。
答案 (1)还原 氧化 (2)2NA 2 (3)还原 酸
(4)MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up15(△)) M得2e－nCl2＋C失2×e－l2↑＋2H2O
知识点2 氧化剂和还原剂
1．氧化剂和还原剂
(1)常见的氧化剂
常见氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。例如：
①在水溶液中，O2的还原产物与酸碱性有关，在酸性条件下是H2O，在中性、碱性条件下是OH－。
②硝酸与金属反应的还原产物与浓度有关，浓硝酸的还原产物是NO2，稀HNO3的还原产物是NO。
(2)常见的还原剂
常见还原剂包括活泼的金属单质、非金属离子及低价态化合物、低价金属阳离子、非金属单质及其氢化物等。例如：
单质铁的氧化产物与氧化剂的氧化能力有关，与Cl2、Br2反应时氧化产物是Fe3＋，与S反应时氧化产物是Fe2＋。
2．氧化性和还原性
(1)氧化性
氧化剂在反应中表现出来的性质，是指氧化剂得到电子的性质(或能力)。例如，在反应Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu中，CuSO4作氧化剂，表现出氧化性。
(2)还原性
还原剂在反应中表现出来的性质，是指还原剂失去电子的性质(或能力)。例如，在反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O中，Cu作还原剂，表现出还原性。
(3)性质与元素价态的关系
元素化合价处于中间价态的物质既有氧化性，又有还原性：
①同一种氧化剂(或还原剂)所对应的还原产物(或氧化产物)可能不同，与还原剂(或氧化剂)的性质、反应条件、反应物的浓度、溶液的酸碱性等有关。例如，在酸性溶液中，KMnO4的还原产物一般是Mn2＋，而在中性或碱性溶液中，其还原产物一般是MnO2等。②物质所含元素的化合价处于中间价态，既有氧化性又有还原性，但以其一为主。例如，Fe2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 主要表现还原性，H2O2主要表现氧化性。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)阳离子只有氧化性，阴离子只有还原性(×)
(2)在氧化还原反应中，一种物质是氧化剂，另一种物质必定是还原剂(×)
(3)在反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO中，NO2既表现氧化性又表现还原性(√)
(4)(山东卷)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑、Cl2＋H2O===HCl＋HClO均为水作还原剂的氧化还原反应(×)
(5)(2019·江苏卷)向3 mL KI溶液中滴加几滴溴水，振荡，再滴加1 mL 淀粉溶液，溶液显蓝色，Br2的氧化性比I2的强(√)
(6)(2020·江苏卷)向0.1 ml·L－1 H2O2溶液中滴加0.01 ml·L－1 KMnO4溶液，溶液褪色，则H2O2具有氧化性(×)
[通关2] (2020·北京卷)水与下列物质反应时，水表现出氧化性的是( )
A．Na B．Cl2
C．NO2 D．Na2O
A [Na与水反应生成NaOH和H2，H元素被还原，H2O作氧化剂，表现出氧化性，A项正确；Cl2、NO2与水反应时，H2O既不是氧化剂又不是还原剂，B、C项均错误；Na2O与水反应生成NaOH，不是氧化还原反应，D项错误。]
[通关3] (2020.7·浙江选考)反应MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up15(△)) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是( )
A．1∶2 B．1∶1
C．2∶1 D．4∶1
B [Cl2是氧化产物，MnCl2为还原产物，二者物质的量之比为1∶1，B项正确。]
[通关4] (新教材链接)(人教必修第一册，9题改编)氢化钠(NaH)可在野外用作生氢剂，其中氢元素为－1价。NaH用作生氢剂时的化学反应原理为：NaH＋H2O===NaOH＋H2↑。下列有关该反应的说法中，正确的是( )
A．该反应属于置换反应
B．该反应中，NaH表现氧化性
C．该反应中，H2O发生氧化反应
D．该反应中，H2既是氧化产物又是还原产物
D [H2O中＋1价H元素化合价降低，NaH中－1价H元素化合价升高，H2既是氧化产物又是还原产物，D项正确；NaH作还原剂，表现还原性，B项正确；H2O作氧化剂，发生还原反应，C项错误。]
[通关5] (深度思考)氧化还原是一类重要的反应，在工农业生产、日常生活中有着广泛的应用。
(1)火药是中国的四大发明之一，黑火药在发生爆炸时，发生反应：2KNO3＋3C＋S===K2S＋N2↑＋3CO2↑，其中被氧化的元素是________，氧化剂是__________。
(2)用FeCl3溶液腐蚀印刷铜质线路板的反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，该反应中还原剂是________，氧化性：Fe3＋________Cu2＋(填“＜”或“＞”)。
(3)过氧化钠常用作呼吸面具里的供氧剂，发生反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，该反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________，若转移3 ml电子，则所产生的氧气在标准状况下的体积为______L。
(4)在xR2＋＋yH＋＋O2===mR3＋＋nH2O的离子方程式中，对系数m和R2＋、R3＋判断正确的是________。
A．m＝y，R3＋是还原剂 B．m＝2y，R2＋被氧化
C．m＝2，R3＋是氧化剂 D．m＝4，R2＋是还原剂
解析 (2)已知反应中Cu化合价升高，被氧化，为还原剂，由反应可知氧化性：Fe3＋＞Cu2＋。(3)在已知反应中，只有Na2O2中O元素的化合价发生变化，分别由－1价变化为0价和－2价，所以2 ml Na2O2发生反应转移电子数为2e－，则转移3 ml电子，有3 ml Na2O2发生反应，产生的氧气为1.5 ml，标况下体积为1.5 ml×22.4 L·ml－1＝33.6 L。(4)根据氧原子守恒可得，n＝2；根据氢原子守恒可得，y＝4；根据R原子守恒可得，x＝m；根据电荷守恒则2x＋y＝3m，则x＝y＝m。在反应中，R的化合价升高，R2＋是还原剂，所以R3＋是氧化产物，氧元素化合价降低，则H2O是还原产物。
答案 (1)C(或碳) KNO3、S (2)Cu ＞ (3)1∶1 33.6 (4)D
训练(九) 氧化还原反应的基本概念
1．(2020·北京房山区二模)下列水处理方法涉及氧化还原反应的是( )
A．用明矾处理水中的悬浮物
B．用Na2S处理水中的Cu2＋、Hg2＋等重金属离子
C．用FeSO4处理含Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 的酸性废水，再调节pH除去Cr3＋
D．用NaOH处理含高浓度NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 的废水并回收利用氨
C [用明矾处理水中的悬浮物，Al3＋发生水解生成Al(OH)3胶体，不涉及氧化还原反应，A项错误；用Na2S处理水中Cu2＋、Hg2＋等重金属离子，产生CuS、HgS等沉淀，不涉及氧化还原反应，B项错误；用FeSO4处理含Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 的酸性废水，调节pH除去Cr3＋，说明Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 被还原为Cr3＋，Fe2＋被氧化为Fe3＋，C项正确；用NaOH处理含高浓度NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 的废水并回收利用氨，发生反应：NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋OH－===NH3↑＋H2O，不涉及氧化还原反应，D项错误。]
2．(2021·湖南浏阳六校联考)下列反应中，水只作氧化剂的是( )
①氟气通入水中 ②水蒸气通过灼热的焦炭 ③钠块投入水中 ④铁与水蒸气反应 ⑤氯气通入水中
A．只有①④ B．只有①⑤
C．只有②③ D．只有②③④
D [①F2与水反应生成HF和O2，H2O作还原剂，被氧化生成O2；②水蒸气与灼热焦炭反应生成H2和CO，H2O作氧化剂，被还原生成H2；③Na与水反应生成NaOH和H2，H2O作氧化剂，被还原生成H2；④Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，H2O作氧化剂，被还原生成H2；⑤Cl2与水反应生成HCl和HClO，H2O既不是氧化剂又不是还原剂。]
3．(2021·北京朝阳区一模)下列物质的用途与其体现的性质对应关系不合理的是( )
B [SO2被氧化为SO3，SO3与水化合生成H2SO4，体现SO2的还原性，A项正确；NH3生产NH4HCO3过程中，发生非氧化还原反应，B项错误；利用焦炭还原SiO2制得粗硅，体现SiO2的氧化性，C项正确；冶炼金属铁时，Fe2O3被还原为Fe，体现Fe2O3的氧化性，D项正确。]
4．(2021·北京第八中学一模)下列变化中，气体反应物既被氧化又被还原的是( )
A．金属钠露置在空气中迅速变暗
B．充满二氧化氮的试管倒扣在水槽中，试管内液面上升
C．露置在空气中的过氧化钠固体变白
D．将氨气与氯化氢混合，产生大量白烟
B [钠露置在空气中迅速变暗，Na与O2反应生成Na2O，O2被还原，A项错误；充满NO2的试管倒扣在水槽中，发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，N元素由＋4价变为＋5价和＋2价，则NO2既被氧化又被还原，B项正确；露置在空气中的Na2O2固体变白，是由于吸收了空气中CO2和H2O(g)，Na2O2既是氧化剂又是还原剂，则气体既不被氧化又不被还原，C项错误；NH3和HCl混合发生反应生成NH4Cl固体，产生大量白烟，该反应是非氧化还原反应，D项错误。]
5．(2021·广东韶关一模)在酸性介质中，往MnSO4溶液中滴加(NH4)2S2O8(过二硫酸铵)溶液会发生反应：Mn2＋＋S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ＋H2O―→ MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H＋。下列说法不正确的是( )
A．可以利用该反应检验Mn2＋
B．氧化性：S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) > MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4))
C．该反应可用盐酸作为酸性介质
D．若有0.1 ml氧化产物生成，则转移0.5 ml电子
C [酸性条件下，Mn2＋能被S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) 氧化生成MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ，溶液由无色变为紫红色，故可以用该反应检验Mn2＋，A项正确；该反应中，S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) 为氧化剂，Mn2＋为还原剂，MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 为氧化产物，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，则氧化性比较：S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ＞MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ，B项正确；盐酸为强还原性酸，能被S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) 氧化生成氯气，故不能用盐酸作酸性介质，C项错误；MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 是氧化产物，Mn元素由＋2价升高到＋7价，故有0.1 ml氧化产物生成，则转移电子为0.5 ml，D项正确。]
6．(2021·北京海淀区一模)I－具有还原性，含碘食盐中的碘元素主要以KIO3的形式存在，I－、I2、IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 在一定条件下可发生如图转化关系。下列说法不正确的是( )
A．用淀粉­KI试纸和食醋可检验食盐是否加碘
B．由图可知氧化性的强弱顺序为Cl2>IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) >I2
C．生产等量的碘，途径Ⅰ和途径Ⅱ转移电子数目之比为5∶2
D．途径Ⅲ反应的离子方程式：3Cl2＋I－＋3H2O⇌6Cl－＋IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋6H＋
C [加碘食盐中含KIO3，在酸性条件下可与I－发生氧化还原反应生成I2，淀粉遇I2显蓝色，A项正确。I－被适量Cl2氧化成I2，被足量Cl2氧化成IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，则氧化性：Cl2＞I2，Cl2＞IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ；途径Ⅱ中IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 被NaHSO3还原为I2，IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 是氧化剂，则氧化性：IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) >I2，故氧化性：Cl2>IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) >I2，B项正确。生产1 ml I2，途径Ⅰ转移2 ml电子，途径Ⅱ转移10 ml电子，则途径Ⅰ和途径Ⅱ转移电子数目之比为2∶5，C项错误。途径Ⅲ中I－被足量Cl2氧化生成IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，反应为3Cl2＋I－＋3H2O⇌6Cl－＋IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋6H＋，D项正确。]
7．(2021·广东湛江调研)将SO2分别通入无氧、有氧的浓度均为0.1 ml·L－1的 BaCl2溶液和Ba(NO3)2溶液中进行四组实验，探究体系中微粒间的相互作用，测得溶液pH变化如图所示。实验现象中观察到：实验a中不产生白色沉淀；实验b、c、d中均产生白色沉淀。下列说法中不正确的是( )
A．实验a中溶液pH降低的原因是SO2与H2O反应生成H2SO3
B．实验a和c相比，实验c所表示的过程中O2是氧化SO2的主要微粒
C．与实验a、b、c相比，可知实验d所表示的过程中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 是氧化SO2的主要微粒
D．依据该实验预测0.2 ml·L－1的KNO3溶液(无氧)也可以氧化SO2
C [实验a中SO2通入BaCl2溶液(无氧)，无较强的氧化性物质存在，不发生氧化还原反应，溶液pH降低的原因是SO2与H2O反应生成H2SO3，A项正确；实验a和c相比，c中BaCl2溶液有氧，溶液的pH变化较大，且所需时间短，说明实验c所表示的过程中O2将SO2氧化生成H2SO4，B项正确；实验d与c相比，都有氧环境，两溶液的pH变化相差较小，不能说明实验d过程中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 将SO2氧化，C项错误；对比实验a和b，在无氧条件下，实验b中溶液pH变化比a大，且变化快，说明NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 能氧化SO2，D项正确。]
8．(2021·河北武邑模拟)锑(Sb)广泛用于生产各种阻燃剂、陶瓷、半导体元件、医药等。以辉锑矿为原料制备金属锑，其一种工艺流程如下：
已知部分信息如下：
①辉锑矿(主要成分为Sb2S3，还含有As2S5、PbS、CuO和SiO2等)；
②浸出液主要含盐酸和SbCl3，还含SbCl5、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质；
③常温下，Ksp(CuS)＝1.0×10－36，Ksp(PbS)＝9.0×10－29。
回答下列问题：
(1)NaH2PO2中P的化合价为________。
(2)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3反应有S生成，该反应的还原产物是____________(填化学式)。
(3)写出“还原”反应的化学方程式，并用双线桥标出电子转移的方向和数目：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知：浸出液中c(Cu2＋)＝0.01 ml·L－1、c(Pb2＋)＝0.1 ml·L－1。在沉淀铜、铅过程中，缓慢滴加极稀的Na2S溶液，先产生的沉淀是_________(填化学式)。
(5)在“除砷”过程中，氧化产物为H3PO4。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。常温下，SbCl3溶液的pH<7，用离子方程式表示其原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)NaH2PO2中，Na和H元素显＋1价，O元素显－2价，根据化合物中各元素的代数和为0可得，P元素的化合价为＋1。
(2)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3反应有S生成，结合信息②“浸出液主要含盐酸和SbCl5，还含SbCl3、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质”推知，该反应的还原产物是SbCl3。
(3)浸出液主要含盐酸和SbCl5，“还原”过程中加入适量Sb，与SbCl5发生氧化还原反应生成SbCl3，化学方程式为3SbCl5＋2Sb===5SbCl3。
(4)浸出液中c(Cu2＋)＝0.01 ml·L－1、c(Pb2＋)＝0.1 ml·L－1，Cu2＋开始沉淀时，c(S2－)＝Ksp(CuS)/c(Cu2＋)＝(1.0×10－36)/ 0.01 ml·L－1＝1.0×10－34 ml·L－1；Pb2＋开始沉淀时，c(S2－)＝Ksp(PbS)/c(Pb2＋)＝(9.0×10－29)/ 0.1 ml·L－1＝9.0×10－28 ml·L－1，显然Cu2＋优于Pb2＋先沉淀，故先产生的沉淀是CuS。
(5)“除砷”过程中，加入NaH2PO2，氧化产物为H3PO4，同时生成As，其中P元素由＋1价升高到＋5价，As元素由＋3价降低到0价，则AsCl3是氧化剂，NaH2PO2是还原剂，据得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶3。SbCl3是强酸弱碱盐，常温下SbCl3溶液的pH<7，其原因是Sb3＋发生水解反应：Sb3＋＋3H2O⇌Sb(OH)3＋3H＋。
答案 (1)＋1 (2)SbCl3
(3)3SbCl5＋2Sb===5S得3×2e－失2×3e－bCl3 (4)CuS
(5)4∶3 Sb3＋＋3H2O⇌Sb(OH)3＋3H＋
知识清单
[基本概念]①氧化还原反应；②氧化反应和还原反应；③氧化剂和还原剂；④氧化性和还原性；⑤氧化产物和还原产物。
[基本规律]①氧化还原反应中电子转移的表示；②氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
双线桥法
单线桥法
表示方法
注意事项
①箭头指向反应前后有元素化合价变化的同种元素的原子，且需注明“得”或“失”。
②箭头的方向不代表电子转移的方向，仅表示电子转移前后的变化。
①箭头从失电子元素的原子指向得电子元素的原子。
②不标“得到”或“失去”，只标明电子转移的总数。
③线桥只出现在反应物中。
应用举例
物质
用途
体现的性质
A
SO2
生产硫酸
还原性
B
NH3
生产碳酸氢铵
还原性
C
SiO2
制取硅单质
氧化性
D
Fe2O3
冶炼金属铁
氧化性