高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氧化还原反应第3课时导学案

第3课时　氧化还原反应的应用

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，体现化学实用性和社会责任的核心价值。

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化学学科核心素养。

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化学学科核心素养。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

绿色氧化剂——过氧化氢

过氧化氢，化学式为H2O2，纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可与水以任意比例混溶，是一种强氧化剂。H2O2水溶液为无色透明液体，质量分数为3%的H2O2水溶液适用于伤口消毒、环境消毒和食品消毒。H2O2在通常情况下会缓慢分解成水和氧气，但分解速率极慢，加快其反应速率的方法是加入催化剂二氧化锰等或用短波射线照射。H2O2在不同情况下分别体现氧化性和还原性。

过氧化氢(H2O2)中氧元素的化合价为－1价，处于氧元素的中间价态，过氧化氢是否既具有氧化性，又具有还原性呢？设计实验验证自己的预测。

[实验用品]

5%H2O2溶液、酸性KMnO4溶液(紫红色)、KI溶液、淀粉溶液、MnO2粉末、试管、胶头滴管。

[实验原理]

①酸性KMnO4溶液与H2O2溶液反应的化学方程式：

2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4(无色)＋5O2↑＋8H2O

②H2O2溶液与KI溶液反应的化学方程式：

2KI＋H2O2＋H2SO4===K2SO4＋I2＋2H2O[碘(I2)遇淀粉变蓝色]

[实验设计]

[问题探讨]

(1)实验①中产生气泡的成分是什么？在此反应中H2O2体现了什么性质？

提示：气泡的成分是O2；在反应中H2O2中氧元素的化合价由－1升高到0，故H2O2体现了还原性。

(2)实验②中溶液变成蓝色的原因是什么？在此反应中H2O2体现了什么性质？

提示：反应中I－被H2O2氧化成I2，I2遇淀粉溶液变蓝色。在反应中H2O2中氧元素的化合价由－1降低到－2，故H2O2体现了氧化性。

(3)实验③中木条复燃的原因是什么？H2O2在此反应中体现了什么性质？

提示：H2O2在MnO2的催化作用下分解产生O2，O2使木条复燃；H2O2在反应中氧元素的化合价既升高又降低，故H2O2既体现了氧化性，又体现了还原性。

(4)为什么称过氧化氢是绿色氧化剂？

提示：H2O2做氧化剂，其还原产物是H2O，对环境无害，故被称为绿色氧化剂。

(5)医疗上常用3%H2O2溶液作为消毒杀菌剂，利用了H2O2的什么性质？

提示：强氧化性。

过氧化氢的性质

H2O2中O元素显－1价，是其中间价态，故H2O2既有氧化性又有还原性。

[名师点拨]

研究物质氧化性或还原性的方法

(1)根据物质中所含元素化合价升或降的可能性，预测物质可能具有还原性或氧化性。若所含某元素的化合价有升高的趋势，说明该物质可能具有还原性；反之，若所含某元素的化合价有降低的趋势，说明该物质可能具有氧化性。

(2)如果预测某物质具有氧化性，就需要寻找具有还原性的另一物质，通过实验检验两者能否发生氧化还原反应，以验证预测。相应地，如果预测某物质具有还原性，就需要寻找具有氧化性的另一物质，通过实验来验证预测。

1．下列关于过氧化氢的说法错误的是(　　)

A．H2O2、Na2O2都属于过氧化物

B．过氧化氢是绿色氧化剂，可做医疗消毒剂

C．H2O2具有强氧化性，在反应中只能做氧化剂

D．H2O2做漂白剂是利用其氧化性，漂白原理与HClO类似

解析：选C　H2O2既有氧化性又有还原性，若与强氧化剂反应则显还原性，若与强还原剂反应则显氧化性。

2．针对以下A～D四个涉及H2O2的反应(未配平)填空：

A．Na2O2＋HCl―→H2O2＋NaCl

B．Ag2O＋H2O2―→Ag＋O2↑＋H2O

C．H2O2―→H2O＋O2↑

D．H2O2＋Cr2(SO4)3＋KOH―→K2CrO4＋K2SO4＋H2O

(1)H2O2仅体现氧化性的反应是________(填字母，下同)，H2O2仅体现还原性的反应是________，H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是________，H2O2既不做氧化剂又不做还原剂的反应是______。

(2)请将D反应配平，并用单线桥标出D反应中电子转移的方向和数目□H2O2＋□Cr2(SO4)3＋□KOH===□K2CrO4＋□K2SO4＋□H2O，反应中氧化剂是________，被氧化的元素是________。

解析：(1)A．是一个非氧化还原反应，双氧水既不是氧化剂，也不是还原剂；B.Ag2O被还原成单质银，H2O2仅表现为还原性，其中氧元素转化为O2；C．过氧化氢的分解反应，H2O2既表现了氧化性，又表现了还原性；D.双氧水中的氧元素在反应中化合价由－1变成－2，仅做氧化剂；(2)Cr2(SO4)3反应后变成了K2CrO4，Cr元素化合价升高被氧化，一分子Cr2(SO4)3参与反应，化合价升高6价；H2O2反应生成H2O,1分子双氧水反应，化合价降低2价，化合价变化的最小公倍数为6，所以电子转移的数目为6，则电子转移的方向与数目为

答案：(1)D　B　C　A

(2) 　H2O2　Cr

3．H2O2被称为绿色氧化剂，其性质与用途具有多样性，在生产工艺中应用广泛。请回答下列有关过氧化氢的问题：

(1)已知H2O2具有弱酸性，写出H2O2的电离方程式：

________________________________________________________________________。

(2)实验室可用H2O2在MnO2做催化剂的条件下制备O2，写出该反应的化学方程式：____________________，当生成1 mol O2时，转移电子为________mol。

(3)KMnO4是常用氧化剂，H2O2与之反应，H2O2为还原剂。在酸性条件下、KMnO4溶液可以与H2O2反应，已知变化过程中存在KMnO4转化为Mn2＋的过程，则该反应的离子方程式为__________________，H2O2发生________反应，该反应中________是还原剂，________是氧化剂。

(4)Fe3＋可以催化H2O2分解，请写出该反应的化学方程式____________________；

(5)酸性条件下，在FeCl3和FeCl2的混合溶液中加入H2O2以除去Fe2＋，反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(6)H2O2可用于SO2的尾气处理，请写出反应的化学方程式________________________________________________________________________。

(7)稀H2SO4不与Cu反应，但在稀H2SO4中加入H2O2后则可使Cu溶解，写出该反应的化学方程式，并用单线桥标明电子转移的方向和数目：_________________________。

解析：(1)H2O2为弱电解质，电离方程式要用“”：H2O2H＋＋HO、HOH＋＋O；

(2)H2O2既是氧化剂又是还原剂，1 mol H2O2发生反应转移1 mol电子，故生成1 mol O2时，转移2 mol电子；(3)在酸性条件下，KMnO4溶液可以与H2O2反应，KMnO4转化为Mn2＋，则该反应的离子方程式为2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O。

(4)H2O2被Fe3＋催化分解得O2和H2O。(5)酸性环境下，Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋，H2O2被还原，酸性环境下生成H2O。(6)SO2具有还原性，H2O2具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成H2SO4，H2O2＋SO2===H2SO4。(7)Cu与稀H2SO4、H2O2反应的化学方程式为Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O，反应中Cu做还原剂，H2O2做氧化剂，1 mol H2O2反应转移2 mol电子。

答案：(1)H2O2H＋＋HO、HOH＋＋O

(2)2H2O22H2O＋O2↑　2

(3)2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O　氧化　H2O2　KMnO4

(4)2H2O22H2O＋O2↑

(5)2H＋＋H2O2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2H2O

(6)SO2＋H2O2===H2SO4

1．氧化还原反应在物质转化中的应用

(1)冶炼金属

①金属冶炼的实质

金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。

②金属冶炼的方法(用化学方程式表示)

(2)制备物质

①实验室制Cl2。

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

②制备金属钛。

TiO2TiCl4Ti

③制备单质硅。

SiO2粗硅SiCl4Si

2．氧化还原反应在能量转化中的应用

(1)获得热能：如化石燃料的燃烧。

(2)获得电能：如干电池、燃料电池等。

1．下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是(　　)

解析：选D　一般用电解熔融NaCl的方法来制取钠，而电解饱和食盐水不能得到金属钠。

2．有专家指出，如果利用太阳能使燃烧产物CO2、H2O、N2等重新组合成燃料，使之能够实现循环利用，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。在此构想的物质循环图中太阳能最后转化为(　　)

A．化学能　 B．热能　　C．生物质能 D．电能

解析：选B　从题给信息可知，利用太阳能可以使燃烧产物CO2、H2O、N2等重新组合成燃料，而燃料转化为燃烧产物并放出热量，如此循环，由此可知太阳能最终转化为热能，B项正确。

3．钛因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛矿石之一为金红石(TiO2)，目前大规模生产Ti的方法如下。

第一步：金红石、炭粉混合物在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为____________________，该反应的还原剂为________(填名称)。

第二步：在氩气的气氛中，用过量的Mg在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

(1)此反应的化学方程式为________________________________________。

(2)如何从上述所得的产物中获取金属钛？简述实验步骤并写出有关反应的化学方程式。________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：由反应物金红石、炭粉及Cl2和产物之一的TiCl4，可知另一产物为碳的氧化物，又知该气体可燃，故为CO。显然Ti元素的化合价不变，而Cl元素的化合价降低，则化合价升高的元素为碳元素，因而反应物炭粉为还原剂。利用上述思路可得镁与TiCl4反应的产物为Ti和MgCl2。因反应中镁是过量的，故在反应所得的混合物中提取钛必须除去镁粉和MgCl2，加足量的盐酸可除去镁，之后过滤，将滤渣用水洗涤可得钛。

答案：TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO　炭粉

(1)TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2

(2)在反应后的混合物中加入足量的盐酸除去剩余的镁，过滤，再用蒸馏水洗涤固体即得金属钛；Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑

1．实验原理

二氧化锰(软锰矿的主要成分)和浓盐酸在加热条件下反应：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

2．仪器装置

主要仪器有铁架台、酒精灯、圆底烧瓶、分液漏斗、集气瓶、烧杯等。Cl2的制备、净化装置如图所示。

[名师点拨]

(1)实验室用MnO2和盐酸制Cl2时，盐酸必须为浓盐酸，随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，变成稀盐酸时，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)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吸收完全。

3．实验室制取氯气的简易方法

用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2、K2Cr2O7等氧化剂代替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↑＋8H2O

②KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O

③Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O

④K2Cr2O7＋14HCl(浓)===2CrCl3＋2KCl＋3Cl2↑＋7H2O

注意：上述反应中，浓盐酸均表现出还原性和酸性。①和④反应中，Cl2是氧化产物；②和③反应中，Cl2既是氧化产物，又是还原产物。

[典例]　在实验室中用二氧化锰与浓盐酸反应制备并收集干燥纯净的氯气。进行此实验时所用的仪器如图：

(1)上述仪器正确的连接顺序是(填各接口处的字母)：______接________，______接________，______接________，________接________。

(2)发生装置中发生的化学反应方程式为____________________________________。

(3)在装置中：

①饱和食盐水起的作用是 ________________________________________。

②浓硫酸起的作用是______________________________________________。

(4)化学实验中常用湿润的淀粉­KI试纸检验是否有Cl2产生。如果有Cl2产生，可观察到______________________，反应的化学方程式为__________________________________。

(5)写出烧杯中发生反应的化学方程式：______________________________。

[解析]　(1)制备出的氯气中含有氯化氢和水蒸气，分别用饱和食盐水、浓硫酸除去，采用向上排空气法进行收集氯气，最后进行尾气的处理，所以仪器正确的连接顺序是E接C，D接A，B接H，G接F。 (2)发生装置中发生的化学反应方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

(4)湿润的淀粉­KI试纸遇Cl2时发生反应：Cl2＋2KI===2KCl＋I2，I2遇淀粉变蓝色。

(5)烧杯中发生反应的化学方程式：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

[答案]　(1)E　C　D　A　B　H　G　F　(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　(3)①除去Cl2中的HCl气体　②除去Cl2中的水蒸气　(4)试纸变蓝　2KI＋Cl2===2KCl＋I2

(5)Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

[名师点拨]

有气体参加的探究实验模板

1．在实验室利用浓盐酸和MnO2制氯气，制备装置中应安装分液漏斗而不能使用长颈漏斗，有关理由叙述错误的是(　　)

A．防止氯气扩散到空气中造成污染

B．便于控制加入盐酸的量

C．长颈漏斗不便于添加液体

D．尽量避免HCl挥发到空气中

解析：选C　制取Cl2时需要浓盐酸，为防止HCl气体和氯气通过长颈漏斗扩散到空气中污染环境，同时又为了便于控制盐酸的量和反应速率应使用分液漏斗。

2．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并检验它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中错误的是(　　)

A．只有①和②处 B．只有②处

C．只有②和③处 D．只有②③④处

解析：选D　实验设计的目的是制备纯净、干燥的Cl2，并检验它的性质；②中的NaOH溶液能与Cl2反应而使Cl2被吸收掉；③导管应长进短出；④试管封闭，易造成危险，还缺少加热装置(缺酒精灯)。

3．已知：常温下把浓盐酸滴到KMnO4固体上可产生Cl2。下列所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3，仪器连接顺序正确的是(　　)

A．a—b—c—d—e—f—g—h

B．a—e—d—c—b—h—i—g

C．a—d—e—c—b—h—i—g

D．a—c—b—d—e—h—i—f

解析：选B　按制气→除HCl→除H2O→制备FeCl3→吸收Cl2的顺序连接。

4．如图是实验室制备氯气并验证氯气性质的装置(其中夹持装置已略)。

已知：装置A是氯气的发生装置，发生反应的化学方程式为Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O。

据此回答下列问题：

(1)装置B中饱和食盐水的作用是______________。

(2)装置B也是安全瓶，目的是监测实验进行时装置C中是否发生堵塞，请写出装置C中发生堵塞时装置B中的实验现象：________________________________________。

(3)装置C的作用是验证氯气是否具有漂白性，则装置C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处依次应放入的物质是________(填字母)。

(4)装置D的作用是__________________________________________________。

解析：(1)实验室制备的氯气中含有氯化氢，氯化氢在饱和食盐水中溶解度较大，氯气在饱和食盐水中溶解度不大，所以可以用B中的饱和食盐水除去Cl2中的HCl气体。(2)监测实验进行时C中是否发生堵塞，发生堵塞时B中的压强增大，气体将溶液压入长颈漏斗中，装置B中的长颈漏斗内液面上升，形成一段液柱。(3)装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性。湿润的有色布条中，氯气和水反应生成次氯酸具有漂白性，选项中a、b的Ⅰ中都是干燥的有色布条，Ⅱ中都是干燥剂，再通入Ⅲ中湿润的有色布条不能验证氯气是否具有漂白性；c，浓硫酸为液体，应选用固体干燥剂，所以c不能检验Cl2是否具有漂白性，所以选d。(4)氯气有毒不能直接排放到空气中，故装置D的作用是吸收多余的氯气，防止污染空气。

答案：(1)除去Cl2中的HCl气体　(2)装置B中的长颈漏斗内液面上升，形成一段液柱　(3)d　(4)吸收多余的氯气，防止污染环境

[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是(　　)

A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑

B．Al2O3＋3C2Al＋3CO↑

C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

D．2Ag2O4Ag＋O2↑

解析：选B　目前金属铝的制备方法是电解熔融氧化铝，其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。

2．下列说法中正确的是(　　)

A．金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来

B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属一定被氧化

C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属被还原

D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原

解析：选C　金属的冶炼是将金属从其化合物中还原出来，金属在化合物中只能显正价。冶炼时金属元素的化合价只可能降低，被还原。

3．NaClO2可用作造纸的优良漂白剂，它由H2O2＋2ClO2＋2NaOH===2NaClO2＋2H2O＋O2制得，下列说法正确的是(　　)

A．H2O2是氧化剂，H2O2中的氧元素被还原

B．每生成1 mol O2转移的电子的物质的量为4 mol

C．ClO2中的氯元素被氧化

D．ClO2是氧化剂，H2O2是还原剂

解析：选D　根据化学方程式可知，H2O2中氧元素的化合价升高，H2O2是还原剂，A不正确；H2O2中氧元素的化合价从－1价升高到0价，因此每生成1 mol O2转移的电子的物质的量为2 mol，B不正确；ClO2中氯元素的化合价从＋4价降低到＋3价，得到电子被还原，C不正确；ClO2是氧化剂，H2O2是还原剂，D正确。

4．“绿色氧化剂”过氧化氢可作为采矿业废液的消毒剂，可消除采矿废液中的氰化物(如KCN)，化学方程式为KCN＋H2O＋H2O2===A＋NH3↑。(已知KCN中C为＋2价)

(1)生成物A的化学式为____________。

(2)在标准状况下，有0.448 L氨气生成，转移的电子的物质的量为________。

(3)反应中被氧化的元素为________________。

(4)H2O2被称为“绿色氧化剂”的理由是_____________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据原子守恒可知生成物A的化学式为KHCO3。(2)由化学方程式可知，生成1 mol NH3时转移2 mol电子，则在标准状况下，有0.448 L即0.02 mol NH3生成时，转移0.04 mol电子。(3)碳元素化合价升高，反应中被氧化的元素为C。(4)H2O2做氧化剂时，其还原产物一般是H2O，对环境无污染，因此H2O2被称为“绿色氧化剂”。　

答案：(1)KHCO3　(2)0.04 mol　(3)碳元素(或C)　(4)H2O2做氧化剂时，其还原产物一般是H2O，对环境无污染