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第3节　氧化还原反应
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。
【对点练习】
1.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。
(　　)
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。
【对点练习】
2.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。
(　　)
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。
【对点练习】　
3.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。
重难突破1：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。
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。
【对点练习】
4．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
5．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
6．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↑
重难突破2：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。
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”。
【对点练习】　
7.
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。
【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？
8．下列氧化还原反应中，电子转移的方向和数目均正确的是(　　)
9．(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↑__________________。
【课堂练习】
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↑
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
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
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(　　)
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)。
【习题练习】
1．氧化还原反应在生产、生活中应用广泛。下列反应不属于氧化还原反应的是(　　)
A．木炭燃烧：C＋O2CO2
B．煅烧石灰石：CaCO3CaO＋CO2↑
C．铁的冶炼：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．电解水：2H2O2H2↑＋O2↑
2．下列反应中，既属于氧化还原反应，又属于离子反应的是(　　)
A．铝片与稀盐酸的反应
B．甲烷与氧气的反应
C．灼热的炭与二氧化碳反应生成一氧化碳
D．氢氧化钠溶液与稀盐酸的反应
3．下列说法正确的是(　　)
A．氧化还原反应的实质是电子的转移
B．置换反应不一定是氧化还原反应
C．氧化还原反应中所有元素的化合价都发生变化
D．有单质参加或者生成的反应一定属于氧化还原反应
4．钛合金被誉为二十一世纪的金属，具有广泛用途。下列是提炼金属钛的反应之一：TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO，其中被氧化的元素是(　　)
A．C
B．Ti
C．Cl
D．Ti和C
5．从化合价升降的角度分析，下列变化过程中，属于还原过程的是(　　)
A．MnO2→MnO
B．CO2→HCO
C．ClO－→Cl－
D．SO→SO2
6．某国外化学教材中有一张关于氧化还原反应的插图(如图)，由图可知在该反应中(　　)
A．被氧化
B．被还原
C．是氧化产物
D．是还原产物
7．下列说法正确的是(　　)
A．氧化还原反应的特征是化合价发生变化
B．化合反应一定是氧化还原反应
C．物质中某元素的原子得到电子，则此物质被氧化
D．酸、碱、盐之间的反应一定是复分解反应
8．下列反应(条件均省略)中，反应物中的各种元素都参加了氧化还原反应的是(　　)
A．2KNO3＋S＋3C===K2S＋N2↑＋3CO2↑
B．2KMnO4===K2MnO4＋MnO2＋O2↑
C．4HNO3===2H2O＋4NO2↑＋O2↑
D．HgS＋O2===Hg＋SO2
9．磷单质在反应4P＋3KOH＋3H2O===3KH2PO2＋PH3中的变化是(　　)
A．被氧化
B．被还原
C．既被氧化又被还原
D．既未被氧化又未被还原
10．下列对氧化还原反应的分析正确的是(　　)
11．古代炼铜时，所用原料主要是孔雀石[主要成分是Cu2(OH)2CO3]和木炭，在1
000
℃左右进行冶炼，可能涉及的反应有：
①Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O；
②2CuO＋C2Cu＋CO2↑；
③CuO＋COCu＋CO2；
④CO2＋C2CO。
(1)反应③中，________(填化学式)发生氧化反应，________发生还原反应。
(2)在这些反应中属于氧化还原反应的是________(填序号)。
12．饮用水中的NO对人类健康会产生危害，为了降低饮用水中NO的浓度，某饮用水研究人员提出，在碱性条件下用铝粉将NO还原为N2，其化学方程式为10Al＋6NaNO3＋4NaOH===10NaAlO2＋3N2↑＋2H2O。
请回答下列问题：
(1)上述反应中，________元素的化合价升高，则该元素的原子________(填“得到”或“失去”)电子；而________元素的化合价降低，该元素发生________反应。
(2)用“双线桥法”表示反应中电子转移的方向和数目。
_______________________________________________________________。
13．已知砒霜As2O3与Zn可以发生如下反应：
As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3＋6ZnSO4＋3H2O
(1)请用“双线桥法”标出电子转移的方向和数目：
__________________________________________________________。
(2)As2O3在上述反应中________。
A．被氧化
B．被还原
C．既被氧化又被还原
D．既未被氧化又未被还原
(3)该反应的氧化产物是________，还原产物是________。
(4)若生成0.1
mol
AsH3，则转移的电子数为________。
14．在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和发生氧化反应的物质质量比为(NO2与H2O的反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO)(　　)
A．3∶1
B．1∶3
C．1∶2
D．2∶1
15．(双选)氮化铝(AlN)被广泛应用于电子、陶瓷等工业领域。在一定条件下，AlN可通过如下反应制取：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO。下列叙述正确的是(　　)
A．AlN中Al元素的化合价为＋3
B．Al2O3发生氧化反应
C．上述反应中氮元素被还原，N2发生还原反应
D．上述反应中有电子的转移，是因为有元素的化合价发生变化
16．(素养题)宋代宋慈著的《洗冤集录》中有关于“银针验毒”的记载，“银针验毒”的原理是4Ag＋2H2S＋O2===2X＋2H2O。下列说法正确的是(　　)
A．X的化学式为AgS
B．银针验毒时，空气中的氧气失去电子
C．反应中Ag和H2S均发生氧化反应
D．每生成1
mol
X，转移2
mol电子
17．(易错题)两份等质量的KClO3分别发生下述反应：
①有MnO2催化剂存在时，受热完全分解得到氧气；
②不使用催化剂，加热至470
℃左右得到KClO4(高氯酸钾)和KCl。
下列关于反应①和②的说法不正确的是(　　)
A．都属于氧化还原反应
B．发生还原反应的元素相同
C．发生氧化反应的元素不同
D．生成KCl的质量相同
18．阅读下列材料后回答问题：
一个体重60
kg健康的成年人，体内约含有4
g铁，这4
g铁在人体内不是以单质的形式存在，而是以Fe2＋和Fe3＋的形式存在。正二价铁离子易被吸收，给贫血者补充铁时，应给予含Fe2＋的亚铁盐，如硫酸亚铁。服用维生素C，可使食物中的Fe3＋转化为Fe2＋，有利于人体吸收。
(1)在人体中进行的转化时，①中的Fe2＋发生________反应，②中的Fe3＋发生________反应。
(2)“服用维生素C，可使食物中的Fe3＋转化为Fe2＋”这句话指出，维生素C在这一反应中被________(填“氧化”或“还原”)。
(3)市场出售的某种麦片中含有微量的颗粒细小的还原铁粉，这些铁粉在人体胃酸(主要成分是盐酸)的作用下转化成亚铁盐。此反应的离子方程式为__________________________________(并用双线桥法标出该式中电子转移的方向和数目)。
参考答案附解析
【对点练习】
1.
[答案]　(1)×　(2)×　(3)√
2.
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×
3.
[提示]　
4.
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。]
5.
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。]
6.
[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
7.
[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】[提示]　(1)Cu元素被氧化；N元素被还原。(2)22.4
L
8.
[答案]　B
9.
[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
【课堂练习】
1.
C　[只有C项有元素化合价的变化。]
2.
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.
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.
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.
[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
【课后习题】
1.
B　[碳酸钙高温分解过程中，没有元素化合价发生变化，不属于氧化还原反应。]
2.
A　[A项，既属于氧化还原反应，又属于离子反应；B项不属于离子反应；C项不属于离子反应；D项不属于氧化还原反应。]
3.
A　[氧化还原反应的特征为化合价变化，其实质是电子的转移，故A正确；置换反应是一种单质和一种化合物作用，生成另外一种单质与另外一种化合物的反应，一定有元素的化合价变化，一定是氧化还原反应，故B错误；氧化还原反应中并非所有元素化合价都发生变化，故C错误；2O3===3O2反应中，氧元素的化合价没有发生变化，属于非氧化还原反应，故D错误。]
4.
A　[被氧化的元素化合价升高，反应前后碳元素由0价变为＋2价，钛元素化合价没有变化，氯元素化合价由0价变为－1价，故选A。]
5.
C　[B、D项中均没有化合价的变化，所以既不属于氧化过程也不属于还原过程；A项MnO2→MnO是一个化合价升高的过程，是氧化过程；C项ClO－→Cl－是一个化合价降低的过程，是还原过程。]
6.
A　[－2e－===，失去电子，被氧化，是氧化产物。]
7.
A　[氧化还原反应的本质是电子的转移，特征是化合价的升降，故A正确；化合反应不一定是氧化还原反应，有单质参加的化合反应才是氧化还原反应，故B错误；元素失去电子，该物质被氧化，故C错误；离子反应中具有氧化性的离子和具有还原性的离子之间发生氧化还原反应，酸、碱、盐之间的反应可能会发生氧化还原反应，可能不是复分解反应，故D错误。]
8.
D　[A选项反应，钾和氧元素的化合价没有发生变化，B选项反应，钾元素的化合价没有发生变化，C选项反应，氢元素的化合价没有发生变化，以上分析的这些元素都没有参加氧化还原反应。]
9.
C　[标出磷元素的化合价，
由反应前的0价，部分升高为KH2PO2中的＋1价，被氧化；另一部分降低为PH3中的－3价，被还原。]
10.
C　[A选项中，4
mol
HCl参加反应，只有2
mol被氧化生成Cl2，失去2
mol电子，错误；B选项中，Fe失去电子，化合价升高，被氧化，HCl中的H＋得到电子，化合价降低，被还原，错误；D选项中，钨元素的化合价由WO3中的＋6价变成单质钨中的0价，化合价降低，被还原，氢元素的化合价由H2中的0价变成H2O中的＋1价，化合价升高，被氧化，错误。]
11.
[解析]　(1)反应③中，CuO中铜元素化合价降低，发生还原反应，CO中碳元素化合价升高，发生氧化反应。(2)从元素化合价升降的角度分析，凡物质中所含元素的化合价在反应前后发生变化的反应，均属于氧化还原反应，所以属于氧化还原反应的是②③④；①在反应前后元素的化合价没有发生变化，所以属于非氧化还原反应。
[答案]　(1)CO　CuO　(2)②③④
12.
[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。
[答案]　(1)Al　失去　N　还原
13.
[解析]　在该反应中Zn的化合价由0价变成＋2价，共失去电子6×2e－＝12e－，Zn被氧化，得到氧化产物ZnSO4；砷元素的化合价由＋3价变成－3价，共得到电子2×6e－＝12e－，As2O3被还原，得到还原产物AsH3，该反应转移的电子总数为12，AsH3和转移的电子总数之间的关系为AsH3～6e－，所以生成0.1
mol
AsH3转移电子的物质的量为0.6
mol，其个数为0.6
NA。
[答案]　
14.
C　[在反应3O2＋H2O===2HO3＋O中发生还原反应O2―→O，发生氧化反应O2―→HO3，根据得失电子守恒，则发生还原反应与发生氧化反应的NO2的物质的量之比为1∶2，所以其质量比也为1∶2。]
15.
AC　[AlN中Al元素为＋3价，A项正确；Al2O3在反应中元素化合价没有发生变化，B项错误；氮元素化合价由0价变为－3价，被还原，N2发生还原反应，C项正确；因为有电子的转移才有元素化合价的变化，而不是有元素化合价的变化才有电子的转移，D项错误。]
16.
D　[根据原子守恒配平方程式：
17.
D　[①2KClO32KCl＋3O2↑，Cl元素化合价降低(＋5→－1)，发生还原反应，O元素化合价升高(－2→0)，发生氧化反应。②4KClO33KClO4＋KCl，Cl元素化合价既有升高(＋5→＋7)，又有降低(＋5→－1)，既发生氧化反应又发生还原反应。分析两个反应方程式的化学计量数关系可知，等质量的KClO3发生上述两个反应时，生成KCl的质量不等。]
18.
[解析]　(1)在人体中进行的转化时，①中铁元素的化合价升高，发生氧化反应，②中铁元素的化合价降低，发生还原反应。(2)维生素C可使食物中的Fe3＋转化成Fe2＋，转化反应中Fe3＋被还原，则维生素C被氧化。(3)胃酸的主要成分是盐酸，与铁粉反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
[答案]　(1)氧化　还原　(2)氧化

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