化学必修 第一册第3节 氧化还原反应第1课时学案

第1课时　认识氧化还原反应

一、认识氧化还原反应

1．从化合价升降角度认识氧化还原反应：

(1)氧化反应：在氧化还原反应中，反应物所含某种或某些元素化合价升高的反应。

(2)还原反应：在氧化还原反应中，反应物所含某种或某些元素化合价降低的反应。

2．从电子转移角度认识氧化还原反应：

(1)元素化合价变化的实质。

2Na＋Cl22NaCl

①钠原子失去电子，化合价升高，发生氧化反应；

②氯原子得到电子，化合价降低，发生还原反应。

(2)结论

①氧化还原反应的特征是元素化合价发生变化；

②氧化还原反应的实质是发生了电子转移。

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”“不一定是”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。

三、氧化还原反应的表示方法

1．判断下列说法是否正确：

(1)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。

(2)金属单质与O2反应时，金属单质失去电子。(　　)

提示：√。金属元素只有正化合价，因此金属单质在反应中失去电子，被氧化。

(3)Zn和CuSO4溶液反应时，Zn被还原成Zn2＋。(　　)

提示：×。Zn到Zn2＋的过程是化合价升高失电子，发生氧化反应。

(4)非氧化还原反应中，可能有电子转移。(　　)

提示：×。非氧化还原反应中没有电子的转移，只要有电子转移则一定为氧化还原反应。

2．(教材二次开发)教材P65“所有的氧化还原反应中都存在着电子转移。”能否换成“所有的氧化还原反应中都存在着电子的得失。”为什么？

提示：不能。电子转移包括电子的得失以及共用电子对的偏向与偏离。

3．八月十五是中国传统的中秋节，吃月饼已经成了一种民俗。在新买的月饼里都会有食品干燥剂，它是铁粉在高温炉里加入发泡剂变成疏松多孔的物体。

铁粉作为干燥剂的原理为铁粉吸收空气中的水分和氧气，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——氧化还原反应的基本概念

　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8月23日10时27分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，成功将高分九号05星送入预定轨道。长征二号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颗火星探测器“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．你能标出长征二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)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===2H2O

(2)我们初中学习过Cu与氧气的反应，从得氧失氧、元素化合价变化、电子转移(或偏移)三个视角分析上述两个反应。

　氧化还原反应概念之间的关系

【思考讨论】

(1)(思维升华)氧化还原反应中一定是一种元素被另一种元素氧化吗？为什么，请举例说明。(宏观辨识与微观探析)

提示：不一定。一种元素被氧化，不一定有另一种元素被还原，如2＋H2O===H＋HO中，被氧化和被还原的元素都是氯元素。

 (2)(思维升华)有单质参加或者有单质生成的反应一定是氧化还原反应吗？(宏观辨识与微观探析)

提示：不一定，如同素异形体之间的相互转化(如3O22O3)不属于氧化还原反应。

(3)(情境应用)“水是生命之源”实验室中用下列装置电解水制得氢气和氧气，所发生的反应为2H2O2H2↑＋O2↑

根据上述反应思考：元素由化合态转化为游离态一定是被还原吗？(科学探究与创新意识)

提示：不一定，某元素由化合态转化为游离态不一定被还原，也可能被氧化，如H2O转化为O2，氧元素被氧化，转化为H2，氢元素被还原。

【典例】(2021·泰安高一检测)中国传统文化对人类文明贡献巨大。下列古代文献不涉及氧化还原反应的是(　　)

A．《淮南万毕术》中“曾青得铁则化为铜”

B．《天工开物》中“凡石灰，经火焚炼为用”

C．《周易参同契》中“胡粉投火中，色坏还为铅”

D．《天工开物》中“凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴”

【思维建模】分析氧化还原反应的基本思路：

【解析】选B。“曾青得铁则化为铜”，Cu、Fe元素的化合价发生变化，为氧化还原反应，故A不选；“凡石灰，经火焚炼为用”，发生碳酸钙的分解反应，没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应，故B选；“胡粉投火中，色坏还为铅”，存在元素的化合价变化，发生氧化还原反应，故C不选；火药爆炸，属于剧烈的氧化还原反应，存在元素的化合价变化，故D不选。

【备选例题】

(2021·淮北高一检测)将燃着的镁条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中，镁条继续燃烧，反应的化学方程式为CO2＋2MgC＋2MgO，该反应属于(　　)

①化合反应

②分解反应

③置换反应

④复分解反应

⑤氧化还原反应

⑥离子反应

⑦非氧化还原反应

A．①③⑦　　　　　 B．②③⑥

C．③⑤        D．④⑥

【解析】选C。根据置换反应的定义可知该反应属于置换反应，反应前后元素化合价有变化，也属于氧化还原反应，反应不在溶液中进行不属于离子反应。

1．(2021·牡丹江高一检测)下列不属于四种基本反应类型，但属于氧化还原反应的是(　　)

A．2KClO32KCl＋3O2↑

B．2Na＋Cl22NaCl

C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

D．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

【解析】选D。A是分解反应，B为化合反应，C为置换反应，D不属于四种基本反应类型；它们均是氧化还原反应。

2．(2021·南阳高一检测)氢化钙可作为生氢剂，反应的化学方程式为CaH2＋2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑，下列说法错误的是(　　)

A．CaH2既是氧化剂，又是还原剂

B．H2既是氧化产物，又是还原产物

C．CaH2是还原剂，H2O是氧化剂

D．氧化产物与还原产物的质量之比为1∶1

【解析】选A。Ca2＋22O===Ca(OH)2＋22↑。由反应前后元素的化合价变化可知：CaH2是还原剂，H2O是氧化剂，H2既是氧化产物又是还原产物，且来自CaH2和H2O中氢原子的物质的量相等，即氧化产物与还原产物的质量之比为1∶1。

【补偿训练】

(2021·德州高一检测)下列关于氧化还原反应的说法不正确的是(　　)

A．化合价发生变化的反应是氧化还原反应

B．某物质中有元素的化合价升高了，该物质在该氧化还原反应中只被氧化

C．在反应中不一定所有元素的化合价都发生变化

D．反应物或者产物中只有一侧出现单质，该反应一定为氧化还原反应

【解题指南】解答本题需要注意以下两点：

(1)元素化合价发生变化的化学反应为氧化还原反应。

(2)元素在反应中失去电子化合价升高被氧化，得到电子化合价降低被还原。

【解析】选B。化合价发生变化的化学反应为氧化还原反应，A项正确；如反应Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O中，Cl元素既被氧化又被还原，B项错误；在很多反应中只有部分元素的化合价发生变化，C项正确；若只有反应物中有单质或者只在生成物中生成单质该反应一定涉及化合价变化，该反应为氧化还原反应，D项正确。

　为响应落实十九大报告“推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展”的精神，中央电视台推出了一档《中国诗词大会》电视节目。古诗词是古人为我们留下的宝贵精神财富，我国的古诗词中包含丰富的化学知识。请分析下列古诗词中包含的原理是否为化学反应，若为化学反应，该反应属于四个基本类型反应的哪一种，该反应是否为氧化还原反应。

【解析】“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”说的是石灰石受热分解，属于分解反应，并且属于非氧化还原反应；“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”说的是火药的爆炸，该反应属于氧化还原反应，但不属于四个基本类型反应中任何一个；“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”该过程属于物理变化过程。

答案：

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。点燃时发生的化学反应方程式为①4Al＋3O22Al2O3；②2NH4ClO4N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O3↑。

探究氧化还原反应中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Al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的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反应①中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：

(1)基本步骤

 (2)注意事项

①箭头、箭尾必须对应化合价发生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、失电子总数要相等。

(3)巧记口诀

先标化合价，再看价变化；起止同元素，桥上标变化。

2．单线桥法：

(1)基本步骤

 (2)注意事项

①单线桥表示反应物中变价元素原子得失电子(或电子对偏移)的情况；

②不需标明“得到”或“失去”，只标明电子转移的数目；

③箭头标明电子转移的方向；

④单线桥箭头从失去电子(或电子对偏离)的元素原子指向得到电子(或电子对偏向)的元素原子。

(3)巧记口诀

先确定变价元素，再计算价态变化；

桥上标明电子数，箭头指向要正确。

【思考讨论】

(1)氧化还原反应中的电子转移与化合价升降的关系是什么？

提示：在氧化还原反应中，某元素的原子或离子失去电子，则元素的化合价升高，而且失去电子的数目与化合价升高的数值相等；某元素的原子或离子得到电子，则元素的化合价降低，而且得到电子的数目与化合价降低的数值相等。氧化还原反应中电子转移的总数与化合价升高或降低的总值是相等的。

(2)下列氧化还原反应中，电子转移方向和数目的表示正确吗？请说明理由。

提示：①不正确。箭头连接方式不对，应该由被氧化元素(H)指向被还原元素(Cu)。

②不正确。单线桥法中，箭头应该由被氧化元素指向被还原元素，箭头不能跨越等号。

 (3)在 反应中，转移的电子数是12吗？

提示：不是。该反应中转移的电子总数是6。

【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，电子转移的方向错误，Si元素应该得到电子，C失去电子；B项，钠失去电子，H元素得到电子，单线桥法，正确。C项，电子转移的方向错误，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个硫酸分子参加反应，只有1个硫酸分子被还原。

【备选例题】

(2021·盐城高一检测)下列对氧化还原反应分析正确的是(　　)

【解析】选C。A中，4 mol HCl参加反应，只有2 mol被氧化成Cl2，失去2 mol电子；B中，Fe失去电子，发生氧化反应，HCl得到电子，发生还原反应；D中，钨元素的化合价由WO3中的＋6价变成单质钨中的0价，化合价降低，发生还原反应，氢元素的化合价由H2中的0价变成H2O中的＋1价，化合价升高，发生氧化反应。

　(2021·海口高一检测)标出下列化学方程式中电子转移的方向和数目[(1)(2)(4)用双线桥法，(3)用单线桥法]。

(1)2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑

(2)H2S＋H2SO4(浓)===S↓＋SO2↑＋2H2O

(3)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

(4)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

【解析】双线桥法用两条线表示电子转移情况，且每条线的箭头都指向反应产物，两端指向发生化合价变化的同一元素；单线桥法用一条线表示电子转移情况，箭尾指向失电子元素，箭头指向得电子元素，且两端均指向反应物。

答案：(1)

(2)

(3)

(4)

【拔高题组】

(2021·济南高一检测)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↑＋4H2OＫ

(1)用双线桥法表示电子得失的方向和数目：

______________________________________________________________。

(2)用单线桥法表示电子得失的方向和数目：

___________________________________________________________。

(3)若3 mol Cu参加反应，则该过程转移的电子是__________mol。

【解析】(1)该反应中Cu的化合价变化是0→＋2价，1 mol Cu失去2 mol电子；HNO3中氮元素部分由＋5价→＋2价，生成1 mol NO，转移3 mol电子。(2)结合(1)的分析及单线桥法的注意事项即可写出。(3)1 mol Cu失去2 mol电子，故

3 mol Cu失去6 mol电子。

答案：(1)

 (2)

 (3)6

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)根据氧化还原反应的相关概念，请分别指出该反应的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物，说出你的理由。(宏观辨识与微观探析)

(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？(证据推理与模型认知)

(3)不法商贩为贪图利益，制售假盐，给人们的健康带来很大的伤害，假盐中不含碘，请你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。(科学探究与创新意识)

【解析】(1)氧化还原反应KIO3＋5KI＋3H2SO4===3K2SO4＋3I2＋3H2O中，KIO3中I的化合价降低，为氧化剂，被还原，得到还原产物I2，KI中I的化合价升高，为还原剂，被氧化，得到氧化产物I2。

(2)氧化还原反应KIO3＋5KI＋3H2SO4===3K2SO4＋3I2＋3H2O中，化合价升高值＝化合价降低值＝转移电子数＝5，双线桥法标注电子转移情况如下：

单线桥法标注电子转移情况如下：

在上述反应中，转移5 mol电子生成碘单质的物质的量是3 mol，所以如果反应中转移0.5 mol电子，则生成I2的物质的量为0.3 mol。

(3)加碘食用盐中加的是碘酸钾，可以将碘酸根离子转化为碘单质，需要一种还原剂(碘化钾)来实现，再根据碘单质遇到淀粉显示蓝色来检验，在酸性环境下，碘酸根离子和碘离子之间反应生成碘单质。

答案：(1)KIO3为氧化剂，KI为还原剂，I2既是氧化产物又是还原产物。

(2)双线桥法：

单线桥法：

如果反应中转移0.5mol电子，则生成I2的物质的量为0.3mol。

(3) 在酸性环境下，碘酸根离子和碘离子之间反应生成碘单质，可选择KI溶液、淀粉溶液、白醋等家庭用品进行实验验证。

1．(水平1)下列古代技术的应用中，不涉及氧化还原反应的是(　　)

【解析】选C。古法炼铁中金属元素的化合价降低，为氧化还原反应，故A不选；化丹(Pb3O4)为铅，Pb元素化合价变化，为氧化还原反应，故B不选；煅烧贝壳，是碳酸钙发生分解反应，没有发生氧化还原反应，故C选；火药爆炸，属于剧烈的氧化还原反应，存在元素的化合价变化，故D不选。

【补偿训练】

(2021·淄博高一检测)我国“四大发明”在人类发展史上起到了非常重要的作用，其中黑火药的爆炸反应为2KNO3＋S＋3CK2S＋N2↑＋3CO2↑。则该反应中被氧化的元素是(　　)

A．C　　　　B．N　　　　C．S　　　　D．O

【解析】选A。在反应中碳元素的化合价由0价升高到＋4价，被氧化；硫元素及氮元素的化合价均降低，被还原。

2．(水平1)下列变化过程中，需要加入氧化剂才能实现的是(　　)

①SO2→H2SO4

②CO→CO2

③FeCl3→Fe

④MnO2→Mn2＋

⑤HCl→Cl2

⑥N2O4→NO2

A．①②⑥　　B．①⑤　　C．③④　　D．①②⑤

【解析】选B。①SO2→H2SO4，硫元素化合价升高，发生氧化反应，需要加入氧化剂才能实现，故选①； ②CO→CO2，元素化合价不变，属于非氧化还原反应，不需要氧化剂就能实现，故不选②；③FeCl3→Fe，铁元素化合价降低，发生还原反应，需要加入还原剂才能实现，故不选③； ④MnO2→Mn2＋，锰元素化合价降低，发生还原反应，需要加入还原剂才能实现，故不选④；⑤HCl→Cl2，氯元素化合价升高，发生氧化反应，需要加入氧化剂才能实现，故选⑤；⑥N2O4→NO2，元素化合价不变，属于非氧化还原反应，不需要氧化剂就能实现，故不选⑥。

【补偿训练】

(2021·同心高一检测)下列变化过程只有通过氧化反应才能实现的是(　　)

A．HCl→H2　　　　　　  B．HCl→FeCl2

C．H2SO4(浓)→SO2      D．Fe→Fe2O3

【解析】选D。发生氧化反应时，物质中有元素化合价的升高。A项中H元素的化合价降低，不符合题意；B项中Cl元素的化合价不变，不符合题意；C项中S元素的化合价降低，不符合题意；D项中Fe元素的化合价升高，符合题意。

3．(水平1)(教材二次开发·教材习题改编)下列属于分解反应并且属于氧化还原反应的是(　　)

A．CaCO3CaO＋CO2↑

B．CH4＋2O22H2O＋CO2

C．Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

D．2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑

【解析】选D。属于分解反应的为A、D两项，而A项的元素的化合价并没有发生变化，因此它不是氧化还原反应；D中元素的化合价发生了变化，属于氧化还原反应。

4．(水平1)磷单质在反应：4P＋3KOH＋3H2O===3KH2PO2＋PH3中(　　)

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。 P在反应中化合价从0降到－3，被还原，同时从0升高到＋1，被氧化，故磷单质既被氧化又被还原。

5．(水平2)二氧化氯(ClO2)是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂，而且与Cl2相比不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。

制备ClO2有下列两种方法：

方法一：

2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O

方法二：

2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O

(1)方法一的离子方程式：____________________；

(2)方法二中被氧化的物质是________，若反应中有0.1 mol电子转移，则产生的ClO2气体在标准状况下的体积为________L；

在下面的化学方程式上标出电子转移的方向和数目：

2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O

【解析】(1)方法一中的反应只有钠离子和一半的氯离子实际不参加反应，则离子方程式为2ClO＋4H＋＋2Cl－===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O。

(2)2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O中，氧元素的化合价升高，则H2O2为还原剂被氧化，氯元素的化合价由＋5价降低为＋4价，转移1个电子，反应中有0.1 mol电子转移，则产生的ClO2气体在标准状况下的体积为0.1 mol×22.4 L·mol－1＝2.24 L；单线桥法标出电子转移的方向和数目

。

答案：(1)2ClO＋4H＋＋2Cl－===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O

(2)H2O2　2.24