2023_2024学年新教材高中化学第2章元素与物质世界第3节氧化还原反应第3课时氧化还原反应的应用学生用书鲁科版必修第一册

第3课时　氧化还原反应的应用学业要求1．通过对氧化还原反应在生产、生活中的广泛应用的学习，激发学习化学的兴趣，体现科学态度和社会责任的化学核心素养。2．通过了解一些氧化还原反应在生产、生活中造成的危害，培养学生辩证地分析、理解事物的能力，体现科学探究与创新意识的核心素养。3．通过学习，体会化学与生产、生活、社会的密切关系，引导学生认识到科学技术可以促进社会的发展和进步，体现科学态度与社会责任的核心素养。 知识网络   学业基础——自学·思记·尝试一、研究物质的性质1．氧化还原反应与物质分类通过学习氧化还原反应认识物质分类的新视角——从　　　　和　　　　角度研究物质的性质。2．研究物质氧化性或还原性的思路3．H2O2的氧化性和还原性探究(1)性质预测元素化合价化合价变化趋势性质氢___________________________氧______________________________________________________ (2)实验方案实验内容实验现象结论 1溶液中有_______产生，紫红色_____________H2O2被氧化为_________，表现_____________性2溶液先变_____色，再滴加淀粉溶液后变为_____色H2O2可氧化KI生成_____，H2O2表现_____性(3)总结H2O2的性质4．物质氧化性或还原性强弱的影响因素(1)物质氧化性或还原性的强弱是由物质得失电子的能力决定的。(2)环境条件也会影响物质氧化性或还原性的强弱。如酸性越强，KMnO4的氧化性　　　　。   [即学即练]1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)预测物质可能有氧化性或还原性，可以根据物质所含元素价态来判断(　　)(2)FeCl2中Fe元素价态为＋2价，为中间价态，因此预测Fe2＋既有氧化性又有还原性(　　)(3)HBr中Br元素价态为最低价态，因此HBr只能失电子，只有还原性(　　)(4)H2O2中H元素价态为＋1价，因此预测H2O2和还原性物质反应时，其还原产物为H2(　　)(5)物质的氧化性或还原性是由其本身性质决定的，与溶液酸碱性无关(　　)(6)反应Ag2O＋H2O2===2Ag＋O2↑＋H2O中，H2O2体现氧化性(　　)(7)H2O2既有氧化性又有还原性(　　)2．医疗上常用3%的H2O2溶液作为消毒杀菌剂，利用H2O2的什么性质？为什么称H2O2为“绿色氧化剂”？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．H2O2在MnO2作用下分解生成O2和H2O，从电子转移的角度分析，H2O2在反应中表现了什么性质？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________二、实现物质转化与获得能量1．氧化还原反应在物质转化中的应用(1)冶炼金属①金属冶炼的本质金属阳离子________被还原生成金属单质，Mn＋＋________===________。②金属冶炼方法a．电解法原理：利用外加电源提供电子，使金属元素的化合价降低，从而获得金属单质。例如： 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。b．热还原法原理：以C、CO等物质为还原剂，在加热条件下将金属氧化物还原为金属单质。例如：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。c．金属置换法原理：利用置换反应，以活泼金属为还原剂，将目标金属从其盐溶液中还原出来。例如：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu。d．热分解法原理：在加热条件下，物质自身发生氧化还原反应，将金属还原出来。例如：2HgO2Hg＋O2↑。 归纳总结金属的冶炼方法金属活泼性与冶炼方法的关系如下：  (2)实验室制取氯气①制备原理MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O该反应为氧化还原反应，氧化剂为　　　　，还原剂为　　　　。②仪器装置装置C的作用：_____________________________________________________________；装置D的作用：_____________________________________________________________；③收集方法：　　　　排空气法。④验满方法：a．将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛氯气的瓶口，观察到试纸　　　　，则证明已集满。b．将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛氯气的瓶口，观察到试纸　　　　　　　　，则证明已集满。⑤尾气吸收：用氢氧化钠溶液吸收，反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________，氯气既表现　　　　性又表现　　　　性。⑥其他方法：高锰酸钾与浓盐酸在常温下反应，反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________，氧化剂为　　　　。2．利用氧化还原反应获取能量   [即学即练]1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)在浓盐酸和二氧化锰制氯气的反应中，HCl只做还原剂(　　)(2)实验室在制取O2和Cl2的反应中，均用到MnO2，两反应中MnO2作用相同(　　)(3)金属冶炼的本质是金属阳离子得电子被氧化的过程(　　)(4)燃烧释放能量的过程一定发生了氧化还原反应(　　)(5)工业上冶炼钛的反应为TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2，该反应中TiCl4发生氧化反应(　　)(6)向KMnO4晶体中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，该反应中浓盐酸做氧化剂(　　)(7)工业上用CO还原铁矿石来获取金属铁(　　)2．下列各组金属最适合用H2或CO把它们从化合物中还原出来的是(　　)A．Ca、Mg     B．Al、FeC．Fe、Cu       D．Hg、Ag3．工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是(　　)A．金属在自然界的存在形式B．金属元素在地壳中的含量C．金属熔点高低D．金属阳离子得电子的能力4．18世纪70年代，瑞典化学家舍勒将软锰矿与浓盐酸混合加热发现了氯气，该方法至今还是实验室制备氯气的主要方法，下列关于实验室制氯气的说法中正确的是(　　)A．浓盐酸在反应中起到酸性和氧化剂作用B．将87 g MnO2和足量浓盐酸反应，与将含有146 g HCl的浓盐酸与足量MnO2反应制得的氯气一样多C．为防止氯气污染环境，必须进行尾气处理，可选用碳酸钠溶液D．收集氯气时，可采用湿润的淀粉KI试纸进行验满5．实验室制取氯气的原理中，一定量的浓盐酸和足量的二氧化锰反应，盐酸能否完全反应，为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________6．为防止Cl2的污染，能否用澄清石灰水处理过量的Cl2？请写出相应的化学方程式。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________   核心素养——合作·探究·分享氯气的实验室制法[例]　(1)实验室制取氯气时，如图所示操作正确的是　　　　(填字母)。A．用装置Ⅰ制取少量氯气B．用装置Ⅱ除去氯气中混有的少量氯化氢C．用装置Ⅲ制取氯气D．用装置Ⅳ干燥氯气(2)已知高锰酸钾与浓盐酸在常温下反应能产生氯气。用如图所示的实验装置(部分夹持装置、加热装置已省略)来制备纯净、干燥的氯气及验证它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是　　　　(填字母)。 [提升]　无水FeCl3呈棕红色，固体FeCl3极易潮解，100 ℃左右时升华。某学习小组利用如图装置(某些夹持仪器略去)制备并收集无水FeCl3固体。请回答：(1)按气流方向各装置依次连接的合理顺序为　　　　　　　　　　　　　　　(填仪器接口的字母，部分装置可重复使用)。(2)连接好各装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品，　　　　(请按正确的顺序填入下列步骤的序号)。①加热Fe粉反应一段时间②打开分液漏斗活塞通一段时间气体③关闭分液漏斗活塞④停止加热，充分冷却(3)装置F的作用为_________________________________________________________，装置E中冷水浴的作用为___________________________________________________。(4)写出装置D中所发生反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。(5)若将装置B中产生的气体通入水中，则发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。状元随笔　一般净化处理装置的组装顺序根据前面除杂时引入的新杂质，在后面的除杂过程中能够除去的原则，装置组装时应考虑制备实验中可能产生哪些杂质以及对应的除杂顺序，一般情况下去除水蒸气的步骤放在净化装置的后面。   关键能力实验室氯气的制备(1)实验装置制取纯净、干燥Cl2的实验装置如图所示。(2)制备过程(3)实验室制取氯气的简易方法用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2、K2Cr2O7等强氧化剂代替MnO2制取氯气，反应不需加热且反应速率较快，如：①2KMnO4＋16HCl(浓)===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O②KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O③Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O④K2Cr2O7＋14HCl(浓)===2CrCl3＋2KCl＋3Cl2↑＋7H2O状元随笔实验室制取氯气的注意事项(1)实验室用MnO2和盐酸制Cl2，盐酸必须为浓盐酸，随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，变成稀盐酸，稀盐酸与MnO2不反应，反应停止。(2)在MnO2和浓盐酸的反应中，浓盐酸既起还原剂的作用，又起酸的作用，体现了还原性和酸性。(3)尾气处理时，不能用澄清石灰水来吸收Cl2，原因是Ca(OH)2在水中的溶解度很小，不能将Cl2完全吸收。   学考评价——夯实·测控·演练1．某化学小组用如图所示装置制取氯气，下列说法不正确的是(　　)A．该装置图中至少存在两处明显错误B．该实验中收集氯气的方法不正确C．为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理D．在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉—碘化钾试纸可以证明是否有氯气逸出2．有下列反应：①2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O②2H2O＋Cl2＋SO2===H2SO4＋2HCl下列说法不正确的是(　　)A．还原性：SO2>HCl>MnCl2B．氧化性：KMnO4>MnO2>Cl2C．反应①中HCl表现出酸性和氧化性D．反应②中水既不是氧化剂也不是还原剂3．Cl2通入70 ℃的氢氧化钠溶液中，能同时发生两个自身氧化还原反应(未配平)：NaOH＋Cl2―→NaCl＋NaClO＋H2O，NaOH＋Cl2―→NaCl＋NaClO3＋H2O。反应完成后测得溶液中NaClO与NaClO3的数目之比为5∶2，则该溶液中NaCl与NaClO的数目之比为  (　　)A．3∶1       B．2∶1C．15∶2       D．1∶14．H2O2是一种“绿色氧化剂”，在下列反应中，H2O2没有表现氧化性的是(　　)A．H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2OB．3H2O2＋2Mn===2MnO2↓＋3O2↑＋2OH－＋2H2OC．3H2O2＋2NaCrO2＋2NaOH===2Na2CrO4＋4H2OD．H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O5．下表中金属在工业上的冶炼方法错误的是(　　)选项ABCD金属Ca、MgSn、PbAl、NaHg、Ag冶炼方法电解法热还原法热还原法热分解法6.铬元素(Cr)的化合物存在下列转化关系：下列判断错误的是(　　)A．反应①表明Cr2O3具有酸性氧化物的性质B．反应②H2O2被氧化成O2C．反应①发生的反应为Cr2O3＋2KOH===2KCrO2＋H2OD．反应①②③中只有②是氧化还原反应7．下列装置或原理能达到实验目的的是(　　)8．某研究小组欲探究Na2O2与水的反应，可供使用的试剂有：Na2O2、蒸馏水、酸性KMnO4溶液、MnO2。Na2O2样品与过量水反应，待完全反应不再产生氧气后，得到溶液X。查阅资料表明，Na2O2与水反应还可生成H2O2。(1)写出Na2O2与水反应生成O2的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，每生成1 mol O2，转移电子的物质的量为　　　　。(2)Na2O2与水反应生成H2O2的反应是否属于氧化还原反应？　　　　(填“是”或“否”)。(3)若已知溶液X可使酸性KMnO4溶液褪色，同时放出氧气，完成并配平该反应的离子方程式：_________Mn＋_________H2O2＋_________H＋===_________Mn2＋＋_________O2↑＋_________。       第3课时　氧化还原反应的应用学 业 基 础一、1．氧化性　还原性2．还原性　氧化性　氧化性　还原性3．(1)＋1价　降低　氧化性　－1价　升高　还原性　－1价　降低　氧化性(2)气泡　褪去　O2　还原　黄　蓝　I2　氧化(3)还原　氧化　2H2O22H2O＋O2↑4．(2)越强[即学即练]1．答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√2．答案：利用了H2O2的强氧化性，可杀死细菌病毒；H2O2为“绿色氧化剂”的原因为H2O2的还原产物为H2O，对环境或体系不造成污染。3．答案：在反应中，H2O2中氧元素化合价既升高又降低，故H2O2表现氧化性和还原性。二、1．(1)①得电子　ne－　M(2)①MnO2　HCl　②分液漏斗　圆底烧瓶　NaOH溶液　除去Cl2中少量的HCl气体　干燥氯气(除去Cl2中的H2O)　③向上　④变蓝　先变红，后褪色　⑤2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O　氧化　还原　⑥2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O　KMnO4[即学即练]1．答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√2．解析：中等活性金属的制备方法是热还原法。金属活动性顺序中，K→Al等活泼的金属一般用电解法冶炼，Zn→Cu等金属一般用热还原法冶炼，Hg、Ag等金属可用热分解法冶炼，当然这些金属的冶炼方法无严格的界线，如Cu可用热还原法冶炼，也可用电解法冶炼。答案：C3．解析：选择冶炼金属的方法是根据金属的活动性，金属冶炼是金属阳离子得电子的过程，即金属的冶炼方法与金属阳离子得电子的能力有关。答案：D4．解析：软锰矿与浓盐酸混合加热，发生反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，在该反应中，浓盐酸中的一部分Cl由－1价变为Cl2中的0价，失去电子，表现还原性，一部分化合价没有变化，与Mn2＋结合形成盐，所以浓盐酸在反应中起到酸性和还原剂的作用，A错误；87 g MnO2与足量浓盐酸反应，所以根据方程式可知产生71 g Cl2；含有146 g HCl的浓盐酸与足量MnO2反应，随着反应的进行，盐酸浓度降低，当变为稀盐酸时反应停止，所以生成的氯气的质量小于71 g，故两种情况反应产生的Cl2的质量不等，B错误；Cl2是大气污染物，在尾气排放前要进行处埋，可根据Cl2能够与碱反应的性质，用NaOH溶液进行吸收，C错误；氯气具有强的氧化性，在溶液中会发生反应Cl2＋2KI===2KCl＋I2，淀粉溶液遇I2变为蓝色，因此可用湿润的淀粉KI试纸进行验满，D正确。答案：D5．答案：不能。反应中HCl为还原剂，随着反应的进行，盐酸浓度变稀，还原性变弱，当变为稀盐酸后，就不能与二氧化锰反应，故盐酸不能完全反应。6．答案：吸收Cl2时不宜用澄清石灰水代替NaOH溶液，因为Ca(OH)2微溶于水，溶解的量少，不能保证Cl2全部被吸收，化学方程式为2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。 核 心 素 养[例]　解析：(1)实验室用浓盐酸和MnO2混合加热制Cl2，装置Ⅰ中用的是稀盐酸，不能与MnO2反应生成Cl2，A项错误；NaHCO3能与HCl反应产生CO2，引入新的杂质，且Cl2也能与NaHCO3反应，应用饱和食盐水除去Cl2中混有的少量HCl，且气体应长进短出，B项错误；实验室用浓盐酸和MnO2反应制Cl2，需要在加热条件下才能进行，装置Ⅲ中缺少加热装置，C项错误；用装置Ⅳ干燥Cl2时，Cl2应长进短出，D项正确。(2) KMnO4与浓盐酸在常温下即可发生反应产生Cl2，装置A正确；除去Cl2中的HCl杂质，应将产生的气体通入盛有饱和食盐水的洗气瓶中，装置B错误；用浓H2SO4干燥Cl2，气体应长进短出，装置C正确；Cl2与金属在试管中反应若用单孔塞，容易造成试管内压强过大，应改用双孔塞，并且要有尾气处理装置，装置D错误。答案：(1)D　(2)BD[提升]　解析：(1)根据题意装置依次是制备氯气、除杂、反应装置、尾气处理，按照气流方向连接装置时要注意进气的导管要插入液面以下，按此原则可得连接顺序为c→i→j→a→b→d→e→g→h→a→b→f。(2)连接好各装置进行实验，首先检查装置气密性后，然后装入药品，需要先打开分液漏斗产生一会儿氯气，再加热铁粉，反应完全后，停止加热，待充分冷却后再停止制氯气的反应，即按②①④③进行。(3)F装置中装饱和食盐水，可除去氯气中的氯化氢；C装置中铁与氯气反应生成氯化铁，E装置收集生成的氯化铁。(4)实验尾气中有氯气，要用D中氢氧化钠溶液吸收，氯气和氢氧化钠反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。(5)装置B产生氯气，Cl2与水反应的化学方程式为Cl2＋H2O===HCl＋HClO。答案：(1)c→i→j→a→b→d→e→g→h→a→b→f(2)②①④③(3)除去逸出的HCl　冷却收集产品(或使FeCl3凝华，合理即可)(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O(5)Cl2＋H2O===HCl＋HClO学考评价1．解析：该装置中未用酒精灯加热以及没有进行尾气处理，A正确；可用向上排空气法收集Cl2，B错误；氯气有毒，必须进行尾气处理，C正确；在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉—碘化钾试纸，若试纸变蓝，则说明有氯气逸出，D正确。答案：B2．解析：一般来说氧化还原反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，还原剂的还原性强于还原产物的还原性，由2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O可知，氧化性KMnO4>Cl2，还原性HCl>MnCl2，由2H2O＋Cl2＋SO2===H2SO4＋2HCl可知，还原性SO2>HCl，所以还原性SO2>HCl>MnCl2，故A正确；高锰酸钾在常温下可氧化浓盐酸，而二氧化锰在加热条件下与浓盐酸反应，可知氧化性KMnO4>MnO2>Cl2，故B正确；反应①中氯元素的化合价升高，被氧化，HCl表现出还原性，故C错误；反应②中氢、氧元素化合价没有发生变化，水既不是氧化剂也不是还原剂，故D正确。答案：C3．解析：设溶液中NaClO与NaClO3的物质的量分别为5 mol、2 mol，根据得失电子守恒可知NaCl的物质的量为5 mol×l＋2 mol×(5－0)＝15 mol，则该溶液中NaCl与NaClO的数目之比为15 mol∶5 mol＝3∶1，故选A。答案：A4．答案：B5．答案：C6．答案：B7．解析：高锰酸钾具有强氧化性，浓盐酸与高锰酸钾在常温下发生氧化还原反应可生成氯气，能用于制取氯气，故A正确；氯气和氯化氢气体都能与氢氧化钠溶液反应，应用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢，故B错误；氯气与饱和食盐水不反应，应用氢氧化钠溶液进行尾气处理，故C错误；氯水中含有次氯酸，次氯酸具有漂白性，可漂白pH试纸，不能用pH试纸测定氯水的pH，故D错误。答案：A8．解析：(1)Na2O2与水反应生成O2的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。该反应中每生成1 mol O2转移2 mol电子。(2)Na2O2与水反应生成H2O2的化学方程式为Na2O2＋2H2O===2NaOH＋H2O2，反应前后元素的化合价没有发生变化，Na2O2与水反应生成H2O2的反应不属于氧化还原反应。(3)反应中，锰元素的化合价由＋7价降至＋2价，1 mol MnO得到5 mol电子生成1 mol Mn2＋，氧元素的化合价由－1价升至0价，1 mol H2O2失去2 mol电子生成1 mol O2；根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒以及溶液呈酸性配平该离子方程式为＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O。答案：(1)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　2mol　(2)否　(3)2　5　6　2　5　8H2O