高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氧化还原反应第2课时学案

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氧化还原反应第2课时学案，共12页。
1．能够列举常见的氧化剂和还原剂，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2．掌握探究物质氧化性和还原性的过程方法。能够根据所含元素化合价升降趋势预测物质可能具有的氧化性或还原性，并设计实验方案进行验证，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。

eq \a\vs4\al(氧化剂和还原剂)
1．元素处于高价态和低价态时，物质的氧化性和还原性
已知：8KMnO4＋15KI＋17H2SO4===5I2＋5KIO3＋8MnSO4＋9K2SO4＋17H2O
(1)上述反应中，元素处于高价态的是锰元素，其发生的反应是还原反应；元素处于低价态的是碘元素，其发生的反应是氧化反应。
(2)上述反应中的氧化剂是KMnO4，还原剂是KI。
(3)元素所处化合价高低与物质氧化性、还原性的关系：元素处于最高价时只有氧化性，元素处于最低价时只有还原性。
2．元素处于中间价态时，物质的氧化性和还原性
已知：①2NO＋O2===2NO2；②2NO＋2COeq \(=====,\s\up7(一定条件))2CO2＋N2
(1)NO中氮元素的化合价为＋2，反应①中NO做还原剂，反应②中NO做氧化剂。
(2)当元素处于中间价态时，物质既有氧化性，又有还原性。
1．基本概念
(1)氧化剂与还原剂
氧化剂：在氧化还原反应中，所含某种(或某些)元素化合价降低的反应物。
还原剂：在氧化还原反应中，所含某种(或某些)元素化合价升高的反应物。
如H2＋CuOeq \(=====,\s\up7(△))H2O＋Cu中，CuO→Cu，Cu元素化合价降低，CuO为氧化剂；H2→H2O，H元素化合价升高，H2为还原剂。
(2)氧化性与还原性
氧化性：物质得电子的性质，或物质得电子的能力。
还原性：物质失电子的性质，或物质失电子的能力。
(3)被氧化与被还原
被氧化：还原剂失去电子，化合价升高的过程。
被还原：氧化剂得到电子，化合价降低的过程。
如在反应Zn＋CuCl2===Cu＋ZnCl2中，Zn是还原剂，具有还原性，失去电子后被氧化为ZnCl2，故ZnCl2为氧化产物；CuCl2是氧化剂，具有氧化性，得到电子后被还原为Cu，故Cu为还原产物。
2．相互关系
3．氧化性、还原性和元素化合价之间的关系
4．常见的氧化剂和还原剂
(1)常见的氧化剂及还原产物
(2)常见的还原剂及氧化产物
(3)常见的既可做氧化剂又可做还原剂的物质：H2O2、Fe2＋、SO2、H2SO3等。
1．阿波罗宇宙飞船以N2H4(联氨)和N2O4为动力源，反应温度达2 700 ℃。反应方程式为2N2H4 ＋N2O4===3N2＋4H2O，关于该反应的说法中正确的是( )
A．属于置换反应B．联氨是氧化剂
C．联氨是还原剂D．氮气只是还原产物
解析：选C 根据反应方程式可知，反应物是两种化合物，不是置换反应，故A错误；该反应中N2H4中的氮元素化
合价升高，被氧化，是还原剂，故B错误，C正确；该反应中N2H4中的氮元素化合价升高，N2O4 中的氮元素化合价降低，则N2既是氧化产物，又是还原产物，故D错误。
2．下列变化需要加入还原剂才能实现的是( )
A．KMnO4―→Mn2＋B．HCl―→Cl2
C．Fe―→Fe3＋D．KClO3―→O2
解析：选A 该反应中Mn元素化合价由＋7价变为＋2价，所以高锰酸钾做氧化剂，需要加入还原剂才能实现，如二氧化硫、浓盐酸等，故A正确；该反应中Cl元素化合价由－1价变为0价，所以HCl做还原剂，需要加入氧化剂才能实现，如高锰酸钾、二氧化锰等，故B错误；该反应中Fe元素化合价由0价变为＋3价，所以铁做还原剂，需要加入氧化剂才能实现，如氯气、硝酸等，故C错误；该反应中O元素化合价由－2价变为0价，所以氯酸钾做还原剂，但加热氯酸钾能生成氧气，不需要加入氧化剂就能实现，故D错误。
3．已知5KCl＋KClO3＋3H2SO4===3Cl2↑＋3K2SO4＋3H2O，下列说法不正确的是( )
A．KClO3是氧化剂
B．被氧化与被还原的氯元素的质量比为5∶1
C．H2SO4既不是氧化剂又不是还原剂
D．1个KClO3参加反应时有10个电子发生转移
解析：选D 在反应5KCl＋KClO3＋3H2SO4===3Cl2↑＋3K2SO4＋3H2O中，KCl中Cl元素由－1价升高到0，KClO3中Cl元素由＋5价降低为0。则KClO3是氧化剂，A正确；KCl为还原剂，被氧化，KClO3是氧化剂，被还原，由反应可知被氧化与被还原的氯元素的质量比为5∶1，B正确；硫酸中各元素的化合价均不变，则H2SO4既不是氧化剂又不是还原剂，C正确；1个KClO3参加反应时有5个电子发生转移，D错误。
eq \a\vs4\al(物质氧化性、还原性强弱的判断)
1．根据金属、非金属的活动性判断
(1)根据金属活动性顺序
(2)根据非金属活动性顺序
2．根据氧化还原反应方程式判断
氧化性：氧化剂＞氧化产物；
还原性：还原剂＞还原产物。
3．根据浓度大小判断
如氧化性：浓H2SO4强于稀H2SO4，浓HNO3强于稀HNO3。
4．根据反应条件判断
不同的氧化剂(还原剂)与同一还原剂(氧化剂)反应时，反应越易进行，则对应的氧化剂(还原剂)的氧化性(还原性)越强，反之越弱。例如：
MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
4HCl(浓)＋O2eq \(=====,\s\up7(CuCl2),\s\d5(450 ℃))2Cl2＋2H2O
同是将浓盐酸氧化为Cl2，MnO2必须在加热的条件下才能进行，而KMnO4在常温下即可进行，氧气则既需要加热又需要催化剂，所以氧化能力：KMnO4＞MnO2＞O2。
5．根据被氧化或被还原的程度判断
例如：2Fe＋3Cl2eq \(=====,\s\up7(△))2FeCl3 Fe＋Seq \(=====,\s\up7(△))FeS
Cl2能将Fe氧化到＋3价，而S只能将Fe氧化到＋2价，因此，氧化性：Cl2＞S。
1．根据下列反应判断有关物质还原性由强到弱的顺序是( )
①H2SO3＋I2＋H2O===2HI＋H2SO4
②2FeCl3＋2HI===2FeCl2＋2HCl＋I2
③3FeCl2＋4HNO3===2FeCl3＋Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
A．H2SO3＞I－＞Fe2＋＞NO
B．I－＞Fe2＋＞H2SO3＞NO
C．Fe2＋＞I－＞H2SO3＞NO
D．NO＞Fe2＋＞H2SO3＞I－
解析：选A 反应①中，H2SO3为还原剂，I－(HI)为还原产物，还原性：H2SO3＞I－；反应②中，HI为还原剂，Fe2＋(FeCl2)为还原产物，还原性：I－＞Fe2＋；反应③中，FeCl2为还原剂，NO为还原产物，还原性：Fe2＋＞NO，则还原性由强到弱的顺序为H2SO3＞I－＞Fe2＋＞NO。
2．铊(Tl)盐与氰化钾(KCN)被列为A级危险品。已知下列反应在一定条件下能够发生：①Tl3＋＋2Ag===Tl＋＋2Ag＋，②Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋，③Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，下列离子氧化性比较顺序正确的是( )
A．Tl3＋＞Fe3＋＞Ag＋
B．Fe3＋＞Ag＋＞Tl3＋
C．Tl＋＞Ag＋＞Fe2＋
D．Tl3＋＞Ag＋＞Fe2＋
解析：选D ①中， 氧化剂是Tl3＋，氧化产物是Ag＋，所以氧化性：Tl3＋＞Ag＋；②中，氧化剂是Ag＋，氧化产物是Fe3＋，所以氧化性：Ag＋>Fe3＋ ；③中， 氧化剂是Fe3＋，氧化产物是Fe2＋，所以氧化性：Fe3＋> Fe2＋；所以氧化性强弱顺序是Tl3＋＞Ag＋＞Fe2＋。
3．PbO2、KMnO4、Cl2、FeCl3、Cu2＋的氧化性依次减弱。下列反应在水溶液中不可能发生的是( )
A．Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
B．10Cl－＋2MnOeq \\al(－,4)＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
C．2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
D．5Pb2＋＋2MnOeq \\al(－,4)＋2H2O===5PbO2＋2Mn2＋＋4H＋
解析：选D 根据氧化还原反应规律，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性。A项，Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，反应可以发生；B项，KMnO4的氧化性强于Cl2，反应可以发生；C项，Cl2的氧化性强于Fe3＋，反应可以发生；D项，PbO2的氧化性强于KMnO4，反应不能发生。
eq \a\vs4\al(氧化还原反应的规律及应用)
规律一 守恒律
还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数或氧化剂化合价降低总数＝还原剂化合价升高总数。
应用一：氧化还原反应方程式的配平
(1)配平三原则
(2)配平四步骤
一般氧化还原反应方程式的配平方法——化合价升降法
[典例1] 配平NH3＋O2―→NO＋H2O
[解析]
[答案] 4NH3＋5O2===4NO＋6H2O
[对点训练]
1．配平下列方程式：
(1)MnOeq \\al(－,4)＋C2Oeq \\al(2－,4)＋________===Mn2＋＋CO2↑＋________
(2)____KMnO4＋____HCl(浓)===____KCl＋____MnCl2＋____Cl2↑＋____H2O
(3)____Cu＋____H＋＋____NOeq \\al(－,3)===____Cu2＋＋____NO↑＋____H2O
解析：(1)第一步 只配平变价元素(注：此时，不要关注其他元素)。首先找出变价元素：Mn和C，然后分析变价元素的化合价如何变化：MnOeq \\al(－,4)→Mn2＋，1个Mn降5价，C2Oeq \\al(2－,4)→CO2,1个C升1价；然后分析每一种变价元素有几个原子的化合价发生了变化，确定化合价的升、降数目；最后根据化合价升降守恒，求化合价升降数的最小公倍数，乘以化学计量数，配平变价元素。
第二步 观察配平未变价元素。根据原子守恒配平，必要时根据溶液的酸碱性和组成，按照“补加规律”，补充相关物质辅助配平。一般来说，酸性溶液中，补氧用水，补氢用 H＋；碱性溶液中，补氧用OH－，同时生成水，补氢用水，同时生成OH－。
答案：(1)2MnOeq \\al(－,4)＋5C2Oeq \\al(2－,4)＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
(2)2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
(3)3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
[名师点拨]
配平氧化还原型离子方程式依次运用的守恒：得失电子守恒→电荷守恒→质量守恒。
应用二：氧化还原反应的计算——得失电子守恒法
得失电子守恒法解题的一般步骤
(1)找出氧化剂、还原剂及对应的还原产物和氧化产物。
(2)找准一个原子或离子的得失电子数(注意化学式中粒子的个数)。
(3)根据题中所给物质的物质的量和得失电子守恒列出等式。
即：n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价－低价)＝n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价－低价)。
[典例2] 24 mL 0.05 ml·L－1 Na2SO3溶液恰好与20 mL 0.02 ml·L－1 K2Cr2O7溶液完全反应。已知Na2SO3被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则元素Cr在还原产物中的化合价为( )
A．＋2B．＋3
C．＋4D．＋5
[解析] 设还原产物中Cr元素的化合价为＋x，Na2eq \(S,\s\up6(＋4))O3eq \(――→,\s\up7(失去2e－))Na2eq \(S,\s\up6(＋6))O4，K2eq \(C,\s\up6(＋6))r2O7eq \(――――――→,\s\up7(得到[2×6－xe－]))2eq \(C,\s\up6(＋x))r，得失电子数相等，所以有0.02 L×0.02 ml·L－1×(6－x)×2＝0.024 L×0.05 ml·L－1×2，解得x＝3。
[答案] B
[对点训练]
2．M2Oeq \\al(x－,7)和S2－在酸性溶液中发生反应：M2Oeq \\al(x－,7)＋3S2－＋14H＋===2M3＋＋3S↓＋7H2O，则M2Oeq \\al(x－,7)中M的化合价是( )
A．＋2B．＋3
C．＋4D．＋6
解析：选D 该反应中，S元素的化合价升高，M元素的化合价降低，设M2Oeq \\al(x－,7)中M元素的化合价为n，由电子守恒可知，2×(n－3)＝3×[0－(－2)]，解得n＝＋6。
规律二 先后律
[典例3] 已知三个氧化还原反应：
①2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2
②2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
③2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋8H2O＋5Cl2↑
若某溶液中有Fe2＋、I－、Cl－共存，要将I－氧化除去而不氧化Fe2＋和Cl－，可加入的试剂是( )
A．Cl2B．KMnO4
C．FeCl3D．HCl
[解析] 由信息可知，氧化性由强到弱的顺序为MnOeq \\al(－,4)＞Cl2＞Fe3＋＞I2，还原性由强到弱的顺序为I－＞Fe2＋＞Cl－＞Mn2＋。氯气能将Fe2＋、I－氧化，A不符合题意；KMnO4能将Fe2＋、I－和Cl－氧化，B不符合题意；FeCl3能氧化除去I－而不氧化Fe2＋和Cl－，C符合题意；HCl与三种离子均不反应，D不符合题意。
[答案] C
[对点训练]
3．在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的溶液中加入适量锌粉，首先置换出的是( )
A．Mg B．Cu
C．AgD．H2
解析：选C 氧化性：Ag＋＞Cu2＋＞H＋，故首先置换出Ag；在金属活动性顺序中，Zn排在Mg的后面，故不能置换出Mg。
4．已知还原性：I－＞Fe2＋＞Br－。向含有Br－、I－、Fe2＋的溶液中，缓慢通入Cl2，依次发生反应的离子方程式为_____________________________________________________、
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
答案：Cl2＋2I－===2Cl－＋I2 Cl2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－ Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2
规律三 价态律
[典例4] 在反应KIO3＋6HI===3I2＋KI＋3H2O中，被氧化与被还原的碘原子个数之比为( )
A．1∶1B．1∶6
C．1∶5D．5∶1
[解析] 根据氧化还原反应的归中规律可知，碘酸钾中碘元素化合价从＋5价降低到0价，得到5个电子，碘酸钾是氧化剂；HI中碘元素化合价从－1价升高到0价，失去1个电子，HI是还原剂，根据电子得失守恒可知被氧化与被还原的碘原子个数之比为5∶1，D项正确。
[答案] D
[对点训练]
5．试管壁上附着的硫可用CS2溶解清洗，也可倒入热的NaOH溶液将硫除掉，其反应方程式为3S＋6NaOHeq \(=====,\s\up7(△))2Na2S＋Na2SO3＋3H2O。反应中氧化剂和还原剂的质量之比为( )
A．2∶7B．7∶2
C．2∶1D．1∶2
解析：选C 由3S＋6NaOHeq \(=====,\s\up7(△))2Na2S＋Na2SO3＋3H2O可以看出，S发生了自身氧化还原反应，生成了Na2S和Na2SO3，其中Na2S为还原产物，Na2SO3为氧化产物，所以反应中氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1。
1．Cu与HNO3反应时，Cu被HNO3氧化成Cu(NO3)2，又知该反应中氧化剂和还原剂的个数比为2∶3，则该反应中的还原产物是( )
A．NO2B．NO
C． N2D．NH4NO3
解析：选B 在该反应中Cu被氧化成Cu(NO3)2，HNO3为氧化剂，设还原产物中N元素的化合价为x，反应中氧化剂与还原剂的个数比为2∶3，根据得失电子守恒可知，2×[(＋5)－x]＝3×2，解得x＝＋2，即还原产物中N元素的化合价为＋2，即还原产物为NO。
2．已知反应2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－。向10 mL 0.1 ml·L－1 FeBr2溶液中通入0.001 ml Cl2，反应后的溶液中，除含有Cl－外还一定( )
A．含Fe2＋，不含Fe3＋B．含Fe3＋，不含Br－
C．含Fe3＋、Br－D．含Fe2＋、Fe3＋
解析：选C Fe2＋的还原性强于Br－的还原性，通入Cl2，Fe2＋优先被氧化，0.001 ml Cl2转移电子0.002 ml，Fe2＋全部被氧化时转移电子0.001 ml，根据得失电子守恒，还有0.001 ml Br－被氧化，还剩余0.001 ml Br－。
3．把Cl2通入浓氨水中，发生如下反应：3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2。
(1)用双线桥表示反应中电子的转移方向和数目：______________________________
________________________________________________________________________。
(2)发生化学反应的Cl2与NH3的分子数之比为________，反应中发生电子转移的Cl2与发生电子转移的NH3的分子数之比为________。
(3)写出NH4Cl在溶液中的电离方程式________________________，在其溶液中分散质粒子的直径范围为________。
(4)若反应中有6.8 g NH3发生氧化反应，则反应中生成氮气的质量为________。
解析：(1)3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2，反应中Cl元素化合价由0降低为－1，得到1个电子，N元素化合价由－3升高为0，失去3个电子，用双线桥表示反应中电子的转移方向和数目为
(2)根据反应方程式3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2可知，Cl2做氧化剂，参加反应的8个NH3中只有2个化合价降低，则反应中发生电子转移的Cl2与NH3的分子数之比为3∶2；(3)NH4Cl溶液中，分散质粒子的直径范围为