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3.1 第3课时　氧化还原反应
【学习目标】
1.认识有化合价变化的反应是氧化还原反应,并根据此特征去判断反应类型,构建氧化还原反应的认知模型。
2.通过实验去探究氧化还原反应的本质,了解氧化还原反应的本质是电子的转移,能够判断氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物,提升科学探究的水平。
3.能够用双线桥、单线桥表示氧化还原反应中电子的转移,提升接受、吸收、整合信息的能力。
4.以中华优秀传统文化“铜的冶炼”为情境,培养社会责任感、创新精神,感受中华文化的魅力以及科技进步对人类文明的推动作用。
【合作探究】
【学习情境】
早在3000多年前,我国古代劳动人民就掌握了火法炼铜术。以孔雀石[碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3]为原料,与点燃的木炭接触而被分解为氧化铜,继而被还原为金属铜。化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O、2CuO+C2Cu+CO2↑。
西汉时期,刘安《淮南万毕术》中记载“曾青得铁则化为铜”,“曾青”指可溶性铜盐,即铜盐遇到铁时就有铜生成。北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载到:“信州铅山县有苦泉,流以为涧,挹其水熬之,则成胆矾,烹胆矾则成铜,熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”化学方程式为CuSO4+FeCu+FeSO4。上述反应都是氧化还原反应。
任务1　氧化还原反应概念的认识
【新知生成】
电子的　　　　引起化合价的　　　　。
还原剂　　　　电子,导致化合价　　　　,发生　　　　反应,被　　　　,得到　　　　产物,表现出　　　　性。
氧化剂　　　　电子,导致化合价　　　　,发生　　　　反应,被　　　　,得到　　　　产物,表现出　　　　性。
【核心突破】
典例1　探究氧化还原反应中物质氧化性、还原性的强弱
(1)根据下列化学反应比较有关物质氧化性、还原性的强弱。
化学反应 ①Cu+2Ag+Cu2++2Ag ②Cl2+2Br-2Cl-+Br2
氧化剂与氧化产物的氧化性强弱比较
还原剂与还原产物的还原性强弱比较
得出结论:　。
　　(2)已知:①2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O;②MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。
由反应条件可判断氧化性:KMnO4
MnO2(填“>”或“<”,下同)。
(3)已知:①2Fe+3Cl22FeCl3;②Fe+SFeS。
根据变价元素被氧化或被还原的程度比较,铁元素被氯气氧化为+3价,被硫氧化为+2价,则氧化性:Cl2　　　　S。
归纳总结
氧化还原反应
(1)特征:反应前后元素的化合价发生变化(升高和降低)。
(2)实质:电子的转移(电子的得失或共用电子对的偏移)。
(3)判断:有元素化合价变化的化学反应(或有电子转移的化学反应)是氧化还原反应。
(4)概念间的关系
训练1　下列关于氧化还原反应的说法正确的是(　　)。
A.失去电子的物质发生还原反应
B.氧化反应的本质是得电子
C.原子得到电子后,元素的化合价一定升高
D.有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应
训练2　有下列反应:①2H2O+Cl2+SO2H2SO4+2HCl;
②2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
根据上述两个反应回答下列问题:
(1)KMnO4、Cl2、H2SO4的氧化性强弱顺序为　　　　　　　　　　,Cl-、SO2、Mn2+的还原性强弱顺序为　　　　　　　　　　。
(2)反应①中氧化产物和还原产物的质量之比为　　　　。
任务2　氧化还原反应中电子转移的表示方法
【新知生成】
一、双线桥法(表示反应前后同一元素由反应物转化为生成物时电子转移的方向和数目的方法)
二、单线桥法(表示反应过程中不同原子间电子转移的方向和数目的方法)
【核心突破】
典例2　实验室可以用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气,反应化学方程式如下:
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
(1)该反应中,氧化剂是　　　　(填化学式,下同),还原剂是　　　　。氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
(2)分别用双线桥、单线桥法标出电子转移的方向和数目。
(3)若反应中有4mol HCl被氧化,则反应中转移了　　　　mol e-,生成的Cl2在标准状况下的体积为　　　　L,发生反应的MnO2的质量为　　　　g。
电子转移的表示方法
(1)双线桥法:先标化合价,再看价变化;起止同元素,桥上标变化。
两个箭号跨过等号,从反应物指向生成物,起止为同一变价元素。注明失去或得到电子的总数,“得到”或“失去”两字不能省略。
(2)单线桥法:先确定变价元素,再计算价态变化;桥上标明电子数,箭头还原到氧化。
箭号不跨过等号,起点为失电子元素,终点为得电子元素。只标电子转移总数,不标“得到”与“失去”。
训练3　高锰酸钾与浓盐酸在一定条件下可以反应生成氯气。在反应
2KMnO4+16HCl(浓)2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O中:
(1)氧化剂是　　　　(填化学式,下同),还原剂是　　　　,被还原的物质是　　　　。
(2)分别用双线桥、单线桥法标出电子转移的方向和数目。
(3)若生成71g Cl2,则被氧化的HCl的物质的量为　　　　mol,反应中转移电子的物质的量为　　　　。
课堂小结
【随堂检测】
1.用下列方法均可制得氯气:
①4HCl(浓)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑
②KClO3+6HCl(浓)KCl+3Cl2↑+3H2O。
若要制得相同质量的氯气,反应①②中电子转移数目之比为(　　)。
A.1∶1 B.1∶3 C.6∶5 D.1∶6
2.下列氧化还原反应中,水作氧化剂的是(　　)。
A.CO+H2OCO2+H2
B.3NO2+H2O2HNO3+NO
C.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
D.2F2+2H2O4HF+O2
3.ClO2是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过以下反应制得ClO2:2KClO3+H2C2O4+H2SO42ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O,下列说法正确的是(　　)。
A.KClO3在反应中失去电子
B.ClO2是还原产物
C.H2C2O4在反应中被还原
D.1mol H2C2O4参加反应有4mol电子转移
4.饮用水中的N对人类健康会产生危害,为了降低饮用水中N的浓度,某研究人员提出,在碱性条件下用铝粉将N还原为N2,反应的化学方程式为10Al+6NaNO3+4NaOH10NaAlO2+3N2↑+2H2O。
请回答下列问题:
(1)该反应中被氧化的物质是　　　　。
(2)用“双线桥法”表示该反应中电子转移的方向和数目:　 。
(3)若在标准状况下生成2.24L氮气,则该反应中转移电子的物质的量是　　　　。
3.1 第3课时　氧化还原反应
【学习目标】
1.认识有化合价变化的反应是氧化还原反应,并根据此特征去判断反应类型,构建氧化还原反应的认知模型。
2.通过实验去探究氧化还原反应的本质,了解氧化还原反应的本质是电子的转移,能够判断氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物,提升科学探究的水平。
3.能够用双线桥、单线桥表示氧化还原反应中电子的转移,提升接受、吸收、整合信息的能力。
4.以中华优秀传统文化“铜的冶炼”为情境,培养社会责任感、创新精神,感受中华文化的魅力以及科技进步对人类文明的推动作用。
【合作探究】
【学习情境】
早在3000多年前,我国古代劳动人民就掌握了火法炼铜术。以孔雀石[碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3]为原料,与点燃的木炭接触而被分解为氧化铜,继而被还原为金属铜。化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O、2CuO+C2Cu+CO2↑。
西汉时期,刘安《淮南万毕术》中记载“曾青得铁则化为铜”,“曾青”指可溶性铜盐,即铜盐遇到铁时就有铜生成。北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载到:“信州铅山县有苦泉,流以为涧,挹其水熬之,则成胆矾,烹胆矾则成铜,熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”化学方程式为CuSO4+FeCu+FeSO4。上述反应都是氧化还原反应。
任务1　氧化还原反应概念的认识
【新知生成】
电子的　　　　引起化合价的　　　　。
还原剂　　　　电子,导致化合价　　　　,发生　　　　反应,被　　　　,得到　　　　产物,表现出　　　　性。
氧化剂　　　　电子,导致化合价　　　　,发生　　　　反应,被　　　　,得到　　　　产物,表现出　　　　性。
【答案】转移(得失或偏移)　升降　失去　升高　氧化　氧化　氧化　还原　得到　降低　还原　还原　还原　氧化
【核心突破】
典例1　探究氧化还原反应中物质氧化性、还原性的强弱
(1)根据下列化学反应比较有关物质氧化性、还原性的强弱。
化学反应 ①Cu+2Ag+Cu2++2Ag ②Cl2+2Br-2Cl-+Br2
氧化剂与氧化产物的氧化性强弱比较
还原剂与还原产物的还原性强弱比较
得出结论:　。
　　(2)已知:①2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O;②MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。
由反应条件可判断氧化性:KMnO4
MnO2(填“>”或“<”,下同)。
(3)已知:①2Fe+3Cl22FeCl3;②Fe+SFeS。
根据变价元素被氧化或被还原的程度比较,铁元素被氯气氧化为+3价,被硫氧化为+2价,则氧化性:Cl2　　　　S。
【答案】(1)①Ag+>Cu2+　Cu>Ag　②Cl2>Br2　Br->Cl-　同一氧化还原反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性;还原剂的还原性强于还原产物的还原性　(2)>　(3)>
归纳总结
氧化还原反应
(1)特征:反应前后元素的化合价发生变化(升高和降低)。
(2)实质:电子的转移(电子的得失或共用电子对的偏移)。
(3)判断:有元素化合价变化的化学反应(或有电子转移的化学反应)是氧化还原反应。
(4)概念间的关系
训练1　下列关于氧化还原反应的说法正确的是(　　)。
A.失去电子的物质发生还原反应
B.氧化反应的本质是得电子
C.原子得到电子后,元素的化合价一定升高
D.有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应
【答案】D
【解析】还原剂失去电子,化合价升高,发生氧化反应,氧化剂得到电子,化合价降低,发生还原反应,故A、B、C三项错误;有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应,如3O22O3不是氧化还原反应,D项正确。
训练2　有下列反应:①2H2O+Cl2+SO2H2SO4+2HCl;
②2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
根据上述两个反应回答下列问题:
(1)KMnO4、Cl2、H2SO4的氧化性强弱顺序为　　　　　　　　　　,Cl-、SO2、Mn2+的还原性强弱顺序为　　　　　　　　　　。
(2)反应①中氧化产物和还原产物的质量之比为　　　　。
【答案】(1)KMnO4>Cl2>H2SO4　SO2>Cl->Mn2+　(2)98∶73
【解析】(1)由反应①知氧化性:Cl2>H2SO4,还原性:SO2>Cl-,由反应②知氧化性:KMnO4>Cl2,还原性:Cl->Mn2+。(2)在反应①中氧化产物为H2SO4,还原产物为HCl,其质量之比为98∶73。
任务2　氧化还原反应中电子转移的表示方法
【新知生成】
一、双线桥法(表示反应前后同一元素由反应物转化为生成物时电子转移的方向和数目的方法)
二、单线桥法(表示反应过程中不同原子间电子转移的方向和数目的方法)
【答案】失去2e-　得到2e-　2e-
【核心突破】
典例2　实验室可以用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气,反应化学方程式如下:
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
(1)该反应中,氧化剂是　　　　(填化学式,下同),还原剂是　　　　。氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
(2)分别用双线桥、单线桥法标出电子转移的方向和数目。
(3)若反应中有4mol HCl被氧化,则反应中转移了　　　　mol e-,生成的Cl2在标准状况下的体积为　　　　L,发生反应的MnO2的质量为　　　　g。
【答案】(1)MnO2　HCl　1∶2
(2)
(3)4　44.8　174
归纳总结
电子转移的表示方法
(1)双线桥法:先标化合价,再看价变化;起止同元素,桥上标变化。
两个箭号跨过等号,从反应物指向生成物,起止为同一变价元素。注明失去或得到电子的总数,“得到”或“失去”两字不能省略。
(2)单线桥法:先确定变价元素,再计算价态变化;桥上标明电子数,箭头还原到氧化。
箭号不跨过等号,起点为失电子元素,终点为得电子元素。只标电子转移总数,不标“得到”与“失去”。
训练3　高锰酸钾与浓盐酸在一定条件下可以反应生成氯气。在反应2KMnO4+16HCl(浓)2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O中:
(1)氧化剂是　　　　(填化学式,下同),还原剂是　　　　,被还原的物质是　　　　。
(2)分别用双线桥、单线桥法标出电子转移的方向和数目。
(3)若生成71g Cl2,则被氧化的HCl的物质的量为　　　　mol,反应中转移电子的物质的量为　　　　。
【答案】(1)KMnO4　HCl　KMnO4
(2)　
(3)2　2mol
【解析】在反应中元素化合价升降情况为2KO4+16H2nCl2+2KCl+5l2↑+8H2O,氧化产物为Cl2,反应中生成71g Cl2(即1mol)时,被氧化的HCl的物质的量为1mol×2=2mol,转移电子的物质的量为1×2mol=2mol。
课堂小结
【随堂检测】
1.用下列方法均可制得氯气:
①4HCl(浓)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑
②KClO3+6HCl(浓)KCl+3Cl2↑+3H2O。
若要制得相同质量的氯气,反应①②中电子转移数目之比为(　　)。
A.1∶1 B.1∶3 C.6∶5 D.1∶6
【答案】C
【解析】反应①中n(Cl2)与n(转移电子)之比为1∶2,反应②中n(Cl2)与n(转移电子)之比为3∶5,当反应①②制得等量氯气时,转移电子数目之比为6∶5。
2.下列氧化还原反应中,水作氧化剂的是(　　)。
A.CO+H2OCO2+H2
B.3NO2+H2O2HNO3+NO
C.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
D.2F2+2H2O4HF+O2
【答案】A
【解析】水中氧元素处于最低价,不能得电子,只能是+1价氢原子得电子生成H2,因此水作氧化剂必然生成H2,A项符合;B、C项中水既不作氧化剂,也不作还原剂;D项中水作还原剂。
3.ClO2是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过以下反应制得ClO2:2KClO3+H2C2O4+H2SO42ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O,下列说法正确的是(　　)。
A.KClO3在反应中失去电子
B.ClO2是还原产物
C.H2C2O4在反应中被还原
D.1mol H2C2O4参加反应有4mol电子转移
【答案】B
4.饮用水中的N对人类健康会产生危害,为了降低饮用水中N的浓度,某研究人员提出,在碱性条件下用铝粉将N还原为N2,反应的化学方程式为10Al+6NaNO3+4NaOH10NaAlO2+3N2↑+2H2O。
请回答下列问题:
(1)该反应中被氧化的物质是　　　　。
(2)用“双线桥法”表示该反应中电子转移的方向和数目:　 。
(3)若在标准状况下生成2.24L氮气,则该反应中转移电子的物质的量是　　　　。
【答案】(1)铝(或Al)　
(2)
(3)1mol
【解析】在上述反应中铝元素由0价变为+3价,化合价升高,失去电子,被氧化;氮元素由+5价变为0价,化合价降低,得到电子,被还原。标准状况下生成0.1mol氮气转移电子的物质的量为0.1mol×2×5=1mol。
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