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第二章化学物质及其变化 第五讲氧化还原反应
【内容与解析】
本节课要复习的内容是氧化还原反应，就是指氧化剂与还原剂的区别，强弱氧化剂、还原剂的判断。氧化还原反应的表示电子转移的多少，氧化还原反应的配平。氧化剂与还原剂的区别上要把倾倒价升高的物质找出来，这样就能得出还原剂了还原剂与氧化剂是一种具体的物质而不是某种元素。在区别氧化性还原性的强弱时要看它们哪个是反应物，反应物要比生成物的性质要强些。氧化还原反应的配平问题有两种方法要讲解一种是系数法就是把一个化学问题转为一个数学问题再列方程来对问题进行解答，另一种就是利用升降总的化合价相等的观点来对方程式进行配平，但要注意的是完全变化与部分变化的问题了。就是要从化合价的完全与部分变化来解决问题。
【教学目标与解析】
1．教学目标
（1）.了解氧化还原反应的本质是电子的转移。
（2）．了解常见的氧化还原反应。
2．目标解析
（1）.了解氧化还原反应的本质是电子的转移。就是指氧化还原反应的本质是：电子的转移或电子的得失或偏移。氧化还原反应的特征是化合价的变化。
（2）．了解常见的氧化还原反应。就是指：在通常情况下的对化学方程式中氧化剂与还原剂的认识，氧化还原反应的配平。
【问题诊断分析】
在本节课的教学中，学生可能遇到的问题是电子转移数目的确定，这要通过对氧化还原反应的表示双线桥的表示方法中得出电子具体的转移数目。另一个问题是氧化还原反应的配平，学生很容易在离子方程式的配平上容易做错，这是因为很多学生会不去考虑离子反应方程式中的电荷守恒。所以就要通过具体的例子来让学生对以上两个问题能得出更多的重视。
【复习过程】
问题一：【例1】　制备氰氨基化钙的化学方程式为CaCO3＋2HCN===CaCN2＋CO↑＋H2↑＋CO2↑，在反应中(　　)
A．氢元素被氧化，碳元素被还原 B．HCN是氧化剂
C．CaCN2是氧化产物，H2为还原产物 D．CO为氧化产物，H2为还原产物
通过学生对本题题目的解答情况，对高中以前出过和基础知识提问，让学生得出对这一讲具体的知识模型。这样对下面讲解更深的知识作好准备。打开氧化还原反应复习的思路。
变式1　(2010·陕西省西安市质检)下列对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO的说法中正确的是(　　)
A．氧化剂与还原剂的质量比为1：2 B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1：2
C. NO2是氧化剂，H2O是还原剂 D．若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
解析：该反应中电子转移情况为：
氧化剂与还原剂的质量比为1：2，A对；氧化产物与还原产物的物质的量之比为2：1，B错；NO2既是氧化剂又是还原剂，C错；若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol，D错。
变式2　(2010·潍坊抽样)根据反应：2H2S＋O2===2S↓＋2H2O,4NaI＋O2＋2H2SO4===2I2＋2Na2SO4＋2H2O，Na2S＋I2===2NaI＋S↓，下列物质的氧化性强弱判断正确的是(　　)
A．O2>I2>S　 B．H2S>NaI>H2O C．S>I2>O2 D．H2O>NaI>H2S
解析：根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，由三个反应可知氧化性：O2>S、O2>I2、I2>S，故氧化性：O2>I2>S。
答案：A
变式3　已知在热的碱性溶液中，NaClO发生如下反应：3NaClO―→2NaCl＋NaClO3。在相同条件下NaClO2也能发生类似的反应，其最终产物是(　　)
A．NaCl、NaClO B．NaCl、NaClO3 C．NaClO、NaClO3 D．NaClO3、NaClO4
解析：根据氧化还原反应的规律，NaClO2中的化合价有部分升高，也有一部分降低，对照A、B、C、D四个选项可知，只有B符合题意。
答案：B
点评：本题主要考查了氧化还原反应的规律，考查了考生接受信息、迁移运用信息的能力。
一、氧化还原反应
1．氧化还原反应的本质和判断依据
(1)氧化还原反应的本质：电子转移(包括电子得失或电子对偏移)。
(2)判断依据：元素化合价升高和降低。
2．氧化还原反应的有关概念
(1)氧化反应：失去电子(化合价升高)的反应。(2)还原反应：得到电子(化合价降低)的反应。
(3)氧化剂(被还原)：得到电子的物质(所含元素化合价降低的物质)。
(4)还原剂(被氧化)：失去电子的物质(所含元素化合价升高的物质)。
(5)氧化产物：还原剂失电子后的对应产物(包含化合价升高的元素的产物)。
(6)还原产物：氧化剂得电子后的对应产物(包含化合价降低的元素的产物)。
3．氧化还原反应与四种基本反应类型间的关系
(1)置换反应都是氧化还原反应。
(2)复分解反应都不是氧化还原反应。
(3)有单质生成的分解反应是氧化还原反应，无单质生成的通常为非氧化还原反应。
(4)有单质参加的化合反应是氧化还原反应，无单质参加的通常为非氧化还原反应。
二、常见的氧化剂和还原剂
1．常见的氧化剂
(1)非金属单质：如Cl2、O2、Br2等。
(2)含有高价态元素的化合物：浓H2SO4、HNO3、KMnO4、MnO2、KClO3、K2Cr2O7等。
(3)某些金属性较弱的高价态离子：Fe3＋、Ag＋、Pb4＋、Cu2＋等。(4)过氧化物：Na2O2、H2O2等。
2．常见的还原剂
(1)活泼金属：K、Na、Mg、Al等。
(2)非金属离子及低价态化合物：S2－、H2S、I－、SO2、H2SO3、Na2SO3等。
(3)低价阳离子：Fe2＋、Cu＋等。(4)非金属单质及其氢化物：H2、C、CO、NH3等。
三、氧化还原反应的表示方法
1．双线桥法
注意事项：
(1)箭头必须由反应物指向生成物，且两端对准同种元素。
(2)箭头方向不代表电子转移方向，仅表示电子转移前后的变化。
(3)在“桥”上标明电子的“得”与“失”，且得失电子总数应相等。
2．单线桥法
注意事项：
(1)箭头必须由还原剂中失电子的元素指向氧化剂中得电子的元素。
(2)箭头方向表示电子转移的方向。 (3)在“桥”上标明转移的电子总数。
四、氧化性、还原性强弱的判断
1．氧化性是指得电子的性质(或能力)；还原性是指失电子的性质(或能力)。
2．氧化性、还原性的强弱取决于得、失电子的难易程度，与得、失电子数目的多少无关。如：Na－e－―→Na＋，Al－3e－―→Al3＋，但根据金属活动性顺序表，Na比Al活泼，更易失去电子，所以Na比Al的还原性强。
从元素的价态考虑：最高价态——只有氧化性，如Fe3＋、H2SO4、KMnO4等；最低价态——只有还原性，如金属单质、Cl－、S2－等；中间价态——既有氧化性又有还原性，如Fe2＋、S、Cl2等。
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问题二，氧化还原反应中氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的判别。
【例1】　制备氰氨基化钙的化学方程式为CaCO3＋2HCN===CaCN2＋CO↑＋H2↑＋CO2↑，在反应中(　　)
A．氢元素被氧化，碳元素被还原 B．HCN是氧化剂
C．CaCN2是氧化产物，H2为还原产物 D．CO为氧化产物，H2为还原产物
[解析]　此类结合实例考查氧化还原反应的有关概念的试题，其解题方法是：找变价→判类型→分升降→定其他。其中“找变价”是非常关键的一步，特别是反应物中含有同种元素的氧化还原反应，必须弄清它的变化情况。本题化学反应中元素的化合价变化情况如下：
CaO3＋2N===CaN2＋CO↑＋2↑＋CO2↑
注意：生成物CO2中的碳元素来自CaCO3，化合价在反应前后未发生变化。
根据：“价升高→失电子→还原剂→氧化反应→氧化产物，价降低→得电子→氧化剂→还原反应→还原产物”可知，HCN既是氧化剂又是还原剂，CaCN2是氧化产物，H2是还原产物。
[答案]　C
变式1　(2010·陕西省西安市质检)下列对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO的说法中正确的是(　　)
A．氧化剂与还原剂的质量比为1：2 B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1：2
C. NO2是氧化剂，H2O是还原剂 D．若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
解析：该反应中电子转移情况为：
氧化剂与还原剂的质量比为1：2，A对；氧化产物与还原产物的物质的量之比为2：1，B错；NO2既是氧化剂又是还原剂，C错；若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol，D错。
答案：A
问题三：氧化性、还原性强弱的判断
【例2】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＋NO↑＋Fe(NO3)3＋2H2O。
A．H2SO3>I－>Fe2＋>NO B．I－>Fe2＋>H2SO3>NO
C．Fe2＋>I－>H2SO3>NO D．NO>Fe2＋>H2SO3>I－
[解析]第①个反应中，H2SO3为还原剂，HI为还原产物，所以还原性：H2SO3>I－；第②个反应中，HI为还原剂，FeCl2为还原产物，所以还原性：I－>Fe2＋；第③个反应中，FeCl2为还原剂，NO为还原产物，所以还原性：Fe2＋>NO。
[答案] A
变式2　(2010·潍坊抽样)根据反应：2H2S＋O2===2S↓＋2H2O,4NaI＋O2＋2H2SO4===2I2＋2Na2SO4＋2H2O，Na2S＋I2===2NaI＋S↓，下列物质的氧化性强弱判断正确的是(　　)
A．O2>I2>S　 B．H2S>NaI>H2O C．S>I2>O2 D．H2O>NaI>H2S
解析：根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，由三个反应可知氧化性：O2>S、O2>I2、I2>S，故氧化性：O2>I2>S。
答案：A
问题四：氧化还原反应的基本规律
【例3】　含有a mol FeBr2的溶液中，通入x mol Cl2。下列各项为通Cl2过程中，溶液内发生反应的离子方程式，其中不正确的是(　　)
A．x＝0.4a,2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ B．x＝0.6a,2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
C．x＝a,2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===Br2＋2Fe3＋＋4Cl－
D．x＝1.5a,2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Br2＋2Fe3＋＋6Cl－
[解析]　a mol FeBr2电离生成a mol Fe2＋和2a mol Br－。根据离子还原性顺序，先发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，后发生反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2。由于通入氯气的量不同，发生的反应不同。分段讨论：①当x≤0.5a，只发生反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；②当0.5a[答案]　B
[点评]　同一体系可能发生多个化学反应，发生反应先后顺序的判断方法是，优先发生反应的产物能与其他物质共存。(1)同一氧化剂与多种还原剂反应，还原剂的还原性越强，越优先发生反应。例如，同物质的量浓度的Fe2＋、Br－、I－溶液中缓慢通入氯气，发生反应的先后顺序为I－>Fe2＋>Br－；(2)同一种碱与多种阳离子反应，结合OH－能力越强，阳离子越优先反应。例如，在含有NH、Fe3＋、Al3＋、H＋的溶液中滴加强碱溶液，发生反应先后顺序为H＋>Fe3＋，Al3＋>NH>Al(OH)3；(3)同一种酸与多种阴离子反应，结合H＋能力越强，越优先发生反应。例如，在含有OH－、AlO、CO的溶液中滴加盐酸，发生反应的先后顺序为OH－>AlO>CO>HCO>Al(OH)3。另外常考的顺序反应有：过氧化钠、碳酸氢钠混合，加热发生反应先后顺序：①2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，②2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2↑，③2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑；在氢氧化钠、偏铝酸钠和氢氧化钙的溶液中缓慢通入二氧化碳，反应顺序为Ca(OH)2>NaOH>NaAlO2>Na2CO3>CaCO3。
变式3　已知在热的碱性溶液中，NaClO发生如下反应：3NaClO―→2NaCl＋NaClO3。在相同条件下NaClO2也能发生类似的反应，其最终产物是(　　)
A．NaCl、NaClO B．NaCl、NaClO3 C．NaClO、NaClO3 D．NaClO3、NaClO4
解析：根据氧化还原反应的规律，NaClO2中的化合价有部分升高，也有一部分降低，对照A、B、C、D四个选项可知，只有B符合题意。
答案：B
点评：本题主要考查了氧化还原反应的规律，考查了考生接受信息、迁移运用信息的能力。
问题五：氧化还原反应方程式的配平和计算
【例4】　(2010·全国理综Ⅱ)若(NH4)2SO4在强热时分解的产物是SO2、N2、 NH3和H2O，则该反应中化合价发生变化和未发生变化的N原子数之比为(　　)
A．1：4 B．1：2 C．2：1 D．4：1
[解析]　本题考查氧化还原反应理论，意在考查考生根据所学知识解决问题的能力。根据(NH4)2SO4―→SO2＋N2＋NH3＋H2O，由得失电子守恒可得：(NH4)2SO4―→3SO2＋N2＋NH3＋H2O，那么(NH4)2SO4的计量数为3，利用N原子守恒可以确定NH3的计量数为4，所以变价N与未变价N原子数之比为1：2。
[答案]　B
变式4　(2010·陕西省西安市质检)通过下列步骤可以测定金属锡样品的纯度：
①将试样溶于盐酸中，发生的反应为：Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑
②向①所得溶液中加入过量的FeCl3溶液，发生的反应为：SnCl2＋2FeCl3===SnCl4＋2FeCl2
③用已知浓度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2＋，发生的反应(未配平)为：FeCl2＋K2Cr2O7＋HCl―→FeCl3＋KCl＋CrCl3＋H2O
请回答下列问题：
(1)Fe3＋的氧化性________(填“>”、“<”或“＝”)Sn4＋的氧化性。
(2)③中配平后的化学方程式为：_________________________________。
(3)现有金属锡样品1.226 g，经上述各步反应后，共用去0.100 mol/L的K2Cr2O7溶液32.0 mL，求试样中锡的纯度(假设杂质不参加反应)。
解析：(1)根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，结合②中反应，可以判断Fe3＋的氧化性大于Sn4＋的氧化性。(2)根据得失电子守恒配平③中反应。(3)根据①、②、③中反应，可得关系式Sn～SnCl2、SnCl2～2FeCl2,6FeCl2～K2Cr2O7，故总关系式为3Sn～K2Cr2O7，则样品中Sn的质量为0.100 mol/L×0.032 L×3×119 g/mol＝1.1424 g，该试样中Sn的纯度为：×100%＝93.2%。
答案：(1)>　(2)6FeCl2＋K2Cr2O7＋14HCl===6FeCl3＋2KCl＋2CrCl3＋7H2O
(3)解：设试样中含锡x mol，根据①②③可得关系式：
3Sn　　～　　K2Cr2O7
3 　 1
x mol 0.100 mol/L×32.0×10－3 L
＝，x＝9.6×10－3 mol
则试样中锡的纯度为：×100%＝93.2%。
方法规律技巧
守恒法在化学计算中的应用
在化学中，常涉及的守恒有：质量守恒、电子守恒和电荷守恒。质量守恒：指反应前后各元素原子的物质的量(或个数)不变或反应前后总质量不变；电子守恒：氧化剂得到电子的物质的量(或个数)和还原剂失去电子的物质的量(或个数)相等；电荷守恒：溶液中(或晶体中)阴、阳离子带电荷总数相等，即溶液(或晶体)呈电中性。其中，电子守恒规律在氧化还原反应中有很广泛的应用，在计算中可用下述方法进行解题过程的简化：化合价升高的元素的原子的物质的量(或个数)乘以化合价变化等于化合价降低的元素的原子的物质的量(或个数)乘以化合价变化，这样有时可省去方程式的配平，达到事半功倍的效果。在有关氧化还原的计算中，还常常同时利用质量守恒，即反应前后各元素原子的物质的量(或个数)不变，在有关金属与硝酸的计算中有较多的利用；对于过程相对复杂的氧化还原反应(连续反应或多个反应并列发生)的计算，可以通过分析反应前后始终两态涉及的所有物质，找出所有由起始物质到终了物质中化合价发生变化的元素，根据化合价升高总数和化合价降低总数相等列式求解，简化解题步骤。
【考例】　24 mL浓度为0.05 mol·L－1的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol·L－1的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．＋2 　B．＋3 C．＋4 D．＋5
[解析]　氧化剂与还原剂恰好反应完全，其得失电子数相等，若还原产物中Cr的化合价为x，
则Na2SO3Na2SO4，失电子的物质的量为：
0．024 L×0.05 mol·L－1×2＝0.0024 mol；
K2Cr2O72，得电子的物质的量为：0.02 L×0.02 mol·L－1×(6－x)×2，
所以有0.02 L×0.02 mol·L－1×(6－x)×2
＝0.024 L×0.05 mol·L－1×2，解得x＝3。
[答案]　B
变式　5.12 g铜和一定质量的浓HNO3反应，当铜反应完时，共收集到标准状况下的气体3.36 L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？
解析：铜失电子的物质的量＝被还原的硝酸得电子的物质的量＝氧化还原产物NO、NO2消耗的氧气得电子的物质的量，省去中间计算过程，即铜失电子的物质的量＝氧气得电子的物质的量。
则有：n(Cu)×2＝n(O2)×4，
则n(O2)＝×2×＝0.04 mol，
V(O2)＝0.04 mol×22.4 L/mol＝0.896 L。
若用常规解法，应先求出NO、NO2的物质的量，再根据：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
计算出O2的物质的量，并求出其体积，此方法运算量大，计算步骤多且容易出错，用电子守恒法使计算过程大大简化。
答案：0.896 L
备选习题
1.下列类型的反应，一定发生电子转移的是(　　)
A．化合反应　B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应
解析：置换反应是一种单质置换出另一种单质，一定有元素化合价的升降，一定有电子的得失和转移，C项正确。
答案：C
2．(2010·福建省厦门市质检)CuH不稳定，易跟盐酸反应：2CuH＋2HCl===CuCl2＋2H2↑＋Cu，下列说法正确的是(　　)
A．CuH中H的化合价为＋1 B．CuH在反应中只作氧化剂
C．在反应中HCl表现还原性 D．Cu是反应的还原产物
解析：CuH中H的化合价为－1，A项错；由反应方程式中元素价态变化知，CuH在反应中既作氧化剂又作还原剂，B项错；HCl中氢元素价态降低，HCl表现出氧化性，C项错。
答案：D
3．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(　　)
答案：CD
4．有下列三个反应：①Cl2＋FeI2===FeCl2＋I2　②2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－　③Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O。下列说法正确的是(　　)
A．①②③中的氧化产物分别是I2、Fe3＋、CoCl2 B．根据以上方程式可以得到氧化性Cl2>Fe3＋>Co2O3
C．可以推理得到Cl2＋FeBr2===FeCl2＋Br2
D．在反应③中当1 mol Co2O3参加反应时，2 mol HCl被氧化
解析：反应③中的氧化产物是Cl2，故A错；从反应③可知氧化性Co2O3>Cl2，故B错；由反应②可知，Fe2＋可以被Br2氧化为Fe3＋，故C错；从反应③可知，1 mol Co2O3参加反应时，有1 mol氯气生成，即2 mol HCl被氧化。
答案：D
5．在一定条件下硝酸铵受热分解的化学方程式为：NH4NO3―→HNO3＋N2＋H2O(未配平)，在反应中被氧化与被还原的氮原子数之比为(　　)
A．5：3 B．5：4 C．1：1 D．3：5
解析：此题关键是理解被氧化的氮原子是 ―→的过程产生N2，被还原的氮原子是 ―→的过程产生N2，且两个过程中失电子总数与得电子总数是相等的，从而得出5 ―→4N2←3，所以被氧化与被还原的氮原子个数比为5：3，A项正确。
答案：A
6．(2010·长春市调研)某一反应体系中有反应物和生成物共五种物质：O2、H2CrO4、Cr(OH)3、H2O、H2O2。已知该反应中，H2O2只发生如下过程：H2O2―→O2。
(1)该反应的还原剂是________。
(2)若反应转移了0.3 mol电子，则产生的气体在标准状况下的体积是________L。
(3)写出该反应的化学方程式：_________________________________。
解析：(1)H2O2发生的过程：H2O2→O2中O元素化合价升高，因此H2O2作还原剂。(2)反应中H2O2只作还原剂，当有1 mol O2生成时，转移电子2 mol，所以有0.3 mol电子发生转移时会产生0.15 mol O2，即标准状况下的体积为3.36 L。(3)从化合价来判断，该反应的氧化剂为H2CrO4，发生的过程为：H2CrO4→Cr(OH)3，根据得失电子守恒以及质量守恒知，该反应的化学方程式为：2H2CrO4＋3H2O2===2Cr(OH)3↓＋3O2↑＋2H2O。
答案：(1)H2O2
(2)3.36
(3)2H2CrO4＋3H2O2===2Cr(OH)3↓＋3O2↑＋2H2O

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