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第3节 氧化还原反应
第1课时 认识氧化还原反应
复习导入：初中阶段我们学习过许多化学反应，根据反应物和生成物的类别以及反应前后物质的种类的多少，可以把化学反应分为四种基本反应类型。下列各组反应属于四种基本反应类型中的哪一种？
SO3+H2O=H2SO4 化合反应
2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2（OH）2CO3 化合反应
CaCO3CaO+CO2↑ 分解反应
2KClO32KCl+3O2↑ 分解反应
Fe+H2SO4（稀）=FeSO4+H2↑ 置换反应
Fe2O3+3C2Fe+3CO↑ 置换反应
Ba（OH）2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O 复分解反应
AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3 复分解反应
讨论：以下反应属于何种基本反应类型？
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
归纳小结：经过分析，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2不属于四种基本反应类型的任何一种，说明上述分类方法不能包括所有反应，因此，今天我们继续学习氧化还原反应。
联想质疑
在初中阶段我们学习过一些关于铜及其化合物的化学反应：铜在加热条件下可以与氧气反应生成氧化铜，氢气把氧化铜还原为铜，金属铁从CuSO4溶液中将铜置换出来，NaOH溶液与CuSO4溶液反应产生氢氧化铜沉淀。
在这些变化中，铜元素发生了哪些变化？前三个反应都与最后一个反应的特征有什么不同？前三个反应的本质是怎样的？含有铜元素的物质在这些反应中各表现出什么性质？
思考与交流
请分析这个反应中各种元素的化合价在反应前后有无变化，讨论氧化还原反应与元素化合价的升降有什么关系。
一、认识氧化还原反应
1．氧化还原反应的特征
（1）特征：反应过程中有元素化合价变化。
（2）定义：反应中有元素化合价变化的化学反应称为氧化还原反应。
（3）从化合价升降的角度分析氧化反应、还原反应。
①氧化反应——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——反应物所含某种（或某些）元素化合价降低的反应。
【知识补充】化合价计算
1.熟记常见元素的化合价
钠钾氢银正一价,钙镁锌钡正二价。
氟氯溴碘负一价,通常氧是负二价。
铜正一二铝正三,铁有正二和正三。
碳有正二和正四,硫有负二、正四和正六。
2.化合价的计算
（1）依据：化合物中各元素的正负化合价的代数和为零。
（2）步骤:先标出熟悉元素的化合价,再根据正负化合价的代数和为零的原则确定其他元素的化合价。
（3）有机化合物中元素化合价的确定:有机化合物中氧元素的化合价为 ,氢元素的化合价为 。利用元素化合价代数和为零的原则确定碳元素的化合价。如乙酸 中碳元素的化合价为0。
（4）如果是者离子团，则各元素化合价代数和等于离子团所带的电荷数。
思考与交流
在氢气与氧化铜发生的氧化还原反应中，哪种元素发生氧化反应，哪种元素发生还原反应？
小结
氧化反应和还原反应这两个对立的过程相互依存，统一于一个氧化还原反应之中。
思考
在氧化还原反应中，元素化合价为什么会变化？
交流研讨：
①金属钠可以在氯气中剧烈地燃烧并生成氯化钠。这个反应属于氧化还原反应吗？氯气由氯分子构成，一个氯分子由两个氯原子构成。金属钠由钠原子构成。氯化钠由Na+和Cl-构成。可见在反应过程中，钠原子变成了Na+，氯原子变成了Cl-。钠原子和氯原子是怎样变化为Na+和Cl-并进而形成氯化钠的呢？
②写出铁与CuSO4溶液反应的化学方程式，判断该反应是否属于氧化还原反应。按照图2-3-2所示实验装置进行铁与CuSO4溶液反应的实验，实验现象之一是电流表指针发生偏转。这一实验现象对于你认识铁与CuSO4溶液反应的实质有什么启示？
【答案】①
②化学反应发生过程中有电流产生，即有电子转移
2．氧化还原反应的实质：所有的氧化还原反应中都存在着电子转移,电子转移(电子得失或共用电子对偏移)是氧化还原反应的实质。元素化合价的变化是电子转移的外在表现。
【知识补充】
3．根据化合价分析氧化还原反应中的电子转移
讲解
在氧化还原反应中，某种元素的一个原子或离子失去电子，则该元素的化合价升高，而且失去电子的数目与化合价升高的数值相等；某种元素的一个原子或离子得到电子，则该元素的化合价降低，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。
小结
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
4. 氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
[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。
【练习】
A.既是氧化还原反应又是化合反应的为______(填序号，下同)。
B.属于非氧化还原反应的为_____。
C.不属于四种基本反应类型的为_____。
D.属于置换反应的为_____。
答案：①②、⑤、⑥、③
(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。
5．氧化还原反应中电子转移的表示方法
[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。
【方法总结】
1．双线桥法（表示同种元素的原子在反应前后电子转移的情况）
(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（表示反应过程中不同元素（或同种元素）原子间的电子转移的情况）
(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
随堂练习
1.
（1） 和 的反应是氧化还原反应( )
（2） 氧化还原反应中所含元素化合价降低的物质被氧化( )
（3） 氧化还原反应中所含元素的原子得电子的物质发生还原反应( )
（4） 分解反应与化合反应一定是氧化还原反应( )
（5） 复分解反应一定是非氧化还原反应,置换反应一定是氧化还原反应( )
（6） 氧化还原反应中一定有氧元素的得失( )
(1)√　(2)×　(3)√ (4)×　(5)√　(6)×
2. [2023·吉林第五十五中学高一月考]氧化还原反应在生产、生活中具有广泛的用途。下列生产、生活中的事例不属于氧化还原反应的是( )
A. 金属冶炼 B. 燃放鞭炮 C. 食物腐败 D. 活性炭除味
[解析]选D 。
A .金属冶炼过程中有元素化合价的变化,属于氧化还原反应；
B .燃放鞭炮属于燃烧反应,其中有元素化合价的变化,属于氧化还原反应；C .食物腐败是缓慢氧化反应,存在元素化合价的变化,属于氧化还原反应；D .活性炭除味利用的是活性炭的强吸附作用,没有发生化学反应。
3．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。]
4．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
课堂小结

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