高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氧化还原反应学案

认识氧化还原反应

一、氧化还原反应的特征

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。

3．氧化还原反应：在反应过程中有元素化合价变化的化学反应。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)氧化还原反应一定有氧元素参加。 (　　)

(2)氧化反应一定先于还原反应发生。 (　　)

(3)Na和H2O的反应是氧化还原反应。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√

二、氧化还原反应的实质

1．以钠与氯气反应为例探究氧化还原反应的实质

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．以金属铁与CuSO4溶液反应为例探究氧化还原反应的实质

Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋

(1)铁原子失去电子，化合价升高，发生氧化反应。

(2)铜离子得到电子，化合价降低，发生还原反应。

3．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。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)金属单质与O2反应时，金属单质失去电子。 (　　)

(2)Zn和CuSO4溶液反应时，Zn被还原成Zn2＋。 (　　)

(3)非氧化还原反应中，可能有电子转移。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)×

三、根据化合价变化分析氧化还原反应中的电子转移

1．氧化还原反应中的电子转移

(1)元素化合价升高↔原子或离子失电子↔发生氧化反应。

元素化合价降低↔原子或离子得电子↔发生还原反应。

(2)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．氧化还原反应中电子转移的表示方法

(1)双线桥法：表示同种元素的原子在反应前后转移电子的情况。

(2)单线桥法：表示反应过程中电子在反应物之间的转移情况。

　查阅文献得知：汽车尾气的主要成分为NO、CO、O2，在汽车上安装三元催化转化器可使NO转化为无毒的N2，CO转化为无毒的CO2。

反应原理为2CO＋2NON2＋2CO2，请用双线桥法标出电子得失。

[提示]　

[问题1]　如何理解氧化反应和还原反应的关系？

[提示]　氧化反应和还原反应同时存在于一个反应中，不能独立存在，所以人们把这样的一类化学反应叫做氧化还原反应。

[问题2]　复分解反应都不是氧化还原反应，你认为这个说法正确吗？说明你的理由。

[提示]　正确。复分解反应是两种化合物相互交换成分，重新组合为两种新的化合物的反应，没有元素化合价的变化，一定不是氧化还原反应，属于非氧化还原反应。

[问题3]　化合反应、分解反应不一定是氧化还原反应，你能举出相应的实例吗？

[提示]　化合反应CaO＋H2O===Ca(OH)2不属于氧化还原反应，2H2＋O22H2O属于氧化还原反应。分解反应CaCO3 CaO＋CO2↑不属于氧化还原反应，但2KClO32KCl＋3O2↑属于氧化还原反应。

[问题4]　所有的化学反应都可以按照四种基本反应类型和氧化还原反应的标准划分吗？说明你的理由。

[提示]　不可以。根据化合价是否发生变化，所有反应均可分为氧化还原反应和非氧化还原反应；但四种基本反应类型不能包括所有反应，如3CO＋Fe2O33CO2＋2Fe。

1．氧化还原反应的实质

2．氧化还原反应与四种基本反应类型的关系

(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)有单质参加的化合反应是氧化还原反应。

(4)有单质生成的分解反应是氧化还原反应。

1．离子反应、复分解反应、置换反应和氧化还原反应之间可用集合关系表示，下列表示正确的是(　　)

A　　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　D

A　[复分解反应都属于非氧化还原反应，置换反应都属于氧化还原反应，离子反应有的属于氧化还原反应，有的属于非氧化还原反应。]

2．下列反应中属于氧化还原反应，但不属于四种基本反应类型的是(　　)

A．CuO＋H2Cu＋H2O

B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

C．2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑

D．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O

B　[B项，Fe和C元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，但不属于四种基本反应类型的任何一种，故B正确。]

3．选择符合要求的化学反应，并将其编号填入括号内：

①既不是分解反应，又不是氧化还原反应的是(　　)

②既是分解反应，又是氧化还原反应的是(　　)

③只属于氧化还原反应的是(　　)

④属于化合反应，但不属于氧化还原反应的是(　　)

A．Ca(HCO3)2CaCO3＋H2O＋CO2↑

B．2H2＋O22H2O

C．2KClO32KCl＋3O2↑

D．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

E．CaO＋CO2===CaCO3

F．Cl2＋2KI===2KCl＋I2

G．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

[解析]　A是分解反应，但无元素化合价发生变化，不是氧化还原反应；B是有单质参加的化合反应，属于氧化还原反应；C是有单质生成的分解反应，属于氧化还原反应；D是复分解反应，不属于氧化还原反应；E是化合反应，但无元素化合价发生变化，不是氧化还原反应；F是置换反应，属于氧化还原反应；G只属于氧化还原反应，不属于四种基本反应类型。

[答案]　①DE 　②C　③G 　④E

[问题1]　氧化还原反应的实质是电子的转移，如钠与氯气的反应过程中钠原子失电子，氯原子得电子，如何表示氧化还原反应中电子的转移呢？

[提示]　

[问题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。

[问题3]　在反应中，1 mol Fe2O3参加反应转移电子的物质的量是12 mol吗？

[提示]　不是。1 mol Fe2O3参加反应转移电子的物质的量是6 mol。

氧化还原反应中电子转移的表示方法

1．双线桥法

(1)基本步骤：

(2)注意事项：

①箭头、箭尾指向化合价变化的同种元素。

②“桥”上必须注明“得到”或“失去”字样、化合价变化情况及氧化或还原反应。

③失去电子总数与得到电子总数相等。

④电子转移数用“be－×a”形式表示，a表示发生氧化或还原反应的原子个数，b表示每个原子失去或得到的电子数。

2．单线桥法

(1)基本步骤：

(2)注意事项：

①单线桥必须画在反应物中。

②箭头指向得电子元素，箭尾是失电子元素。

③标明电子转移的总数，不标“得、失”。

【例题】　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↑＋4H2O

(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]　

【变式旁通】　(1)上述反应中哪种元素被氧化？哪种元素被还原？

(2)上述反应中，当转移3 mol电子时，生成标准状况下NO的体积为多少？

[提示]　(1)Cu元素被氧化；N元素被还原。(2)22.4 L

1．下列氧化还原反应中，电子转移的方向和数目均正确的是(　　)

[答案]　B

2．(1)分析下列反应的化学方程式，是氧化还原反应的用双线桥法标出电子转移的方向和数目。

①2Na＋Cl22NaCl________________________________；

②NaOH＋HCl===NaCl＋H2O______________________。

(2)分析下列反应的化学方程式，是氧化还原反应的用单线桥法标出电子转移的方向和数目。

①BaCl2＋Na2SO4===BaSO4↓＋2NaCl___________________；

②Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑__________________。

[解析]　首先分析各个反应中元素化合价的变化，化合价升高的元素，失去电子，被氧化；化合价降低的元素，得到电子，被还原；用箭头标出电子转移的情况时，要注意单、双线桥的表示方法的特点及各自的注意事项。

[答案]　(1)

②非氧化还原反应

(2)①非氧化还原反应

②

1．下列反应中，属于氧化还原反应的是(　　)

A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

B．CaO＋H2O===Ca(OH)2

C．WO3＋3H2W＋3H2O

D．CaCO3CaO＋CO2↑

C　[只有C项有元素化合价的变化。]

2．下列有关氧化还原反应的叙述不正确的是(　　)

A．氧化还原反应的本质是电子的转移

B．在氧化还原反应中，失去电子的物质中一定有元素化合价升高

C．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

D．在氧化还原反应中不一定所有元素的化合价都发生变化

C　[在氧化还原反应中，有的反应同一种元素既被氧化又被还原，如在反应C＋CO22CO中，碳元素既被氧化又被还原，故C项不正确。]

3．下列变化过程发生还原反应的是(　　)

A．SO2→H2SO3   B．HCl→Cl2

C．N2→NH3   D．Fe(OH)2→Fe(OH)3

C　[SO2→H2SO3，元素的化合价不变，不发生氧化还原反应，故A错误；HCl→Cl2，Cl元素的化合价升高，发生氧化反应，故B错误；N2→NH3，N元素的化合价降低，发生还原反应，故C正确；Fe(OH)2→Fe(OH)3，Fe元素的化合价升高，发生氧化反应，故D错误。]

4．下列标明电子转移的方向和数目的化学方程式中，正确的是(　　)

B　[A项中锌原子失电子，氢原子得电子，而不是锌原子得电子，氢原子失电子；B项中应注意KCl中的氯来自于HCl而不是KClO3，B项正确；C项，得失电子总数为6；D项，得失电子总数为2而不是4。]

5．已知KMnO4与浓盐酸反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。回答下列问题：

(1)请用双线桥表示出该反应转移电子的方向和数目__________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(2)被氧化的HCl占HCl总量的________，被还原的元素是________(填元素符号)。

(3)当标准状况下有0.5 mol氯气生成时，该反应转移的电子数为________(设NA为阿伏加德罗常数的值)。

[解析]　(1)根据反应的化学方程式可知反应中Mn元素化合价从＋7价降低到＋2价，Cl元素化合价从－1价升高到0价，根据得失电子守恒可知，用双线桥表示出该反应转移电子的方向和数目为

。

(2)根据化学方程式可知16 mol氯化氢参加反应生成5 mol氯气，即被氧化的HCl是10 mol，占HCl总量的＝，Mn元素化合价降低，则被还原的元素是Mn。

(3)反应中氯元素化合价从－1价升高到0价，因此该反应中转移的电子的物质的量是0.5 mol×2＝1 mol，即转移电子数为NA。

[答案]　(1)

(2)　Mn　(3)NA