高中化学 2.3氧化还原反应教材深度解析 新人教版必修1

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1、第二章 化学物质及其变化 第三节 氧化还原反应1.通过分析, 认识部分化学反应中存在着元素化合价的变化, 建立起氧化还原反应的概念。2.通过钠与氧气、 氢气与氯气的反应, 总结出氧化还原反应的特征和本质。3.通过金属的冶炼、 燃料的燃烧、 食物的腐败、 钢铁的锈蚀, 认识氧化还原反应在生产生活中的利与弊, 体验氧化还原反应的普遍存在。要点1 氧化还原反应的特征(1) 得失氧角度认识氧化还原反应( 以C u O+H2C u+H2O为例)氧化反应: 物质得到氧的反应, 如H2得到氧, 发生氧化 反应。还原反应: 物质失去氧的反应, 如C u O失去氧, 发生还 原反应。氧化还原反应: 一种物质被氧

2、化, 同时另一种物质被还 原的反应。(2) 氧化还原反应的特征 化合价升降对于反应:C u O+H2C u +H2O来说氧化反应物质所含元素化合价升高的反应。如H20 得氧H2+1 O, 氢元 素化合价升高,H2发生了氧化反应。还原反应物质所含元素化合价降低的反应。如C u+2 O失氧C0 u, 铜元 素化合价降低,C u O发生了还原反应。氧化还原反应: 凡是有元素化合价升降的化学反应。化学反应的分类 从元素化合价是否变化的角度, 可将化学反应分为氧化还原反应和非氧化还原反应。反应前后元素化合价有变化, 这是判断氧化还原反应的基本依据。利用化合价升降观点可分析所有的化学反应, 并非只有得氧、

3、 失氧的反应才是氧化还原反应。关键提醒 常见元素的化合价:钾钠氢银正一价, 钙镁钡锌正二价;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。【 案例1】 下列反应中, 属于非氧化还原反应的是( ) 。A. 3 C u S +8 HN O33 C u(N O3)2+2 N O +3 S +4 H2OB. 3 C l2+6 K OH5 K C l +K C l O3+3 H2OC. 3 H2O2+2 K C r O2+2 K OH2 K2C r O4+4 H2OD. 3 C C l4+K2C r2O72 C r O2C l2+3 C O C

4、 l2+2 K C l【 精析】 判断一个反应是否为氧化还原反应, 关键是分 析反应前后元素的化合价有无变化。化学方程式中, 不管有多少种元素, 只要能找出其中某一种元素化合价有变化, 这个反应就是氧化还原反应; 反之, 所有元素的化合价都没有变化的反应, 才是非氧化还原反应。本题选项中,D中各元素化合价均未改变, 故答案为D。【 解答】 D要点2 氧化还原反应的本质 电子的转移 (1) 氧化反应 物质失去电子( 或电子对偏离) 的反应, 如H2失去电子,发生氧化反应。(2) 还原反应 物质得到电子( 或电子对偏向) 的反应, 如C u O得到电子,发生还原反应。(3) 氧化还原反应: 有电子

5、转移( 得失或偏移) 的反应。【 案例2】 在反应中, 元素X的原子将电子转移给元素Y的原子, 则下列说法正确的是( ) 。元素X被氧化 元素Y被氧化 元素X发生还 原反应 元素Y发生还原反应A. B.C.D.【 精析】 根据题意知,X原子失去电子,X元素化合价升 高, 发生氧化反应; 而Y原子获得电子,Y元素化合价降低, 发生还原反应。【 解答】 D要点3 氧化剂和还原剂 (1) 氧化还原反应的有关概念氧化剂和还原剂 氧化剂: 得到电子( 或电子对偏向) 的物质, 具有氧化性。在反应时所含元素的化合价降低, 本身被还原。还原剂: 失去电子( 或电子对偏离) 的物质, 具有还原性,在反应时所含

6、元素的化合价升高, 本身被氧化。氧化产物和还原产物 氧化产物: 还原剂被氧化生成的物质。还原产物: 氧化剂被还原生成的物质。(2) 常见氧化剂非金属单质( 如O2、C l2等) 。含有高价态元素的化合物( 如浓硫酸、HN O3、KM n O4、F e C l3等) 。 (3) 常见还原剂活泼或较活泼金属单质( 如A l、Z n、F e等) 。某些非金属单质( 如C、H2等) 。 (4) 氧化还原反应与科学、 技术、 社会的关系列举氧化还原反应在生产生活中的广泛应用: 金属的 冶炼、 电镀、 燃料的燃烧等。列举氧化还原反应给人类带来的危害: 易燃物的自燃、 食物的腐败、 钢铁锈蚀等。【 案例3】

7、 C l O2是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的第三节 氧化还原反应水处 理 剂。实 验 室 可 通 过 以 下 反 应 制 得C l O2:2 K C l O3+H2C2O4+H2S O42 C l O2 +K2S O4+2 C O2 +2 H2O。 下列说法正确的是( ) 。A. K C l O3在反应中得到电子B. C l O2是氧化产物C.H2C2O4在反应中被氧化D. 1m o lK C l O3参加反应有2m o l电子转移【 精析】 在氧化还原反应中, 氧化剂中有元素得电子, 化合价降低, 被还原, 反应后的产物为还原产物。在题给反应中, 各物质中元素化合价的变化为2 KC l+

8、5 O3+H2C+32O4+H2S O42C l+4 O2 +K2S O4+2C+4 O2+2 H2OK C l O3中C l元素得电子, 化合价由+5价降到C l O2中的+4价,C l O2是还原产物, 故A正确,B错误;H2C2O4中C元 素化合价升高, 被氧化,C正确;1m o lK C l O3参加反应只转移1m o l电子,D错误。【 解答】 A、C顿有所悟 解答氧化还原反应的有关题目, 关键在于理清概念, 正确分析、 把握好化合价升降与电子转移之间的关系、 氧化与还原的关系等。要点4 氧 化还原反应 中电子 转 移 的 表 示 方 法 双线桥法和单线桥法步骤: 一标变价, 二画线

9、桥, 三注得失电子数。(1) 双线桥法 表明同一元素原子得到或失去电子的情况。示例:使用时需注意:箭头必须由反应物指向生成物, 且两端对准同种元素。在“ 桥” 上标明电子“ 得到” 与“ 失去” , 且得到与失去的 电子总数必须相等, 电子对的偏移也按得失处理。电子转移数以abe-形式表示,a表示发生氧化还原反 应的原子个数,b表示每个原子得到或失去的电子数, 当a=1 或b=1时, 要省略。例如:箭头方向不代表电子转移的方向, 仅表示电子转移前 后的变化。(2) 单线桥法 表明不同元素原子间得到或失去电子的情况, 箭头由失电子原子指向得电子原子, 线桥上只标电子转移的数目, 不标“ 得到”

10、“ 失去” 字样。示例:使用时需注意:单线桥必须画在反应物中。箭头指向得电子元素, 箭尾指向失电子元素。不需要写“ 失去” “ 得到” 。关键提醒 对于同一个氧化还原反应, 无论是用双线桥法还是用单线桥法表示电子转移情况, 其数目是不变的。反应中, 电子转移数目=氧化剂得到电子数目=还原 剂失去电子数目, 不要误认为电子转移的数目是反应中得、 失电子数目的加和。【 案例4】 根据下列氧化还原反应回答问题:2 K C l O3M n O22 K C l +3 O2C l2+2 N a OHN a C l +N a C l O+H2O (1) 以双线桥表示出反应中的电子转移情况以及反应物 被氧化、

11、 被还原的情况。(2) 分析说明什么物质是氧化剂, 什么物质是还原剂?【 精析】 在反应中,K C l O3中的氯原子得电子, 化合 价降低,K C l O3是氧化剂;K C l O3中的氧原子失电子, 化合价 升高,K C l O3是还原剂。因此, 在此反应中,K C l O3既是氧化 剂又是还原剂。在反应中,C l2中的一个氯原子得电子, 化合价降低,C l2 是氧化剂;C l2中的另一个氯原子失电子, 化合价升高,C l2是 还原剂。因此, 在此反应中,C l2既是氧化剂又是还原剂。【 解答】 (1)(2)K C l O3既是氧化剂又是还原剂;C l2既是氧化剂又是 还原剂。拓展点1 氧

12、化还原反应基础知识 (1) 氧化还原反应概念发展的三个层次得氧和失氧观点 化合价升降观点电子转移观点氧化反应得氧的反应化合价升高的反应失去( 或偏离)电子的反应还原反应失氧的反应化合价降低的反应得到( 或偏向)电子的反应氧化还原关系得氧失氧同时发 生,得 氧 失氧总数相等化合价升降同时 发 生,且 升降总数相等得失( 或偏离、偏 向)电 子 同时 发 生、且 得失( 或偏离、 偏向) 总数相等氧化还原反应有氧得失的反应有化合价升降的反应有 电 子 转 移( 得失或偏移)的反应(2) 氧化还原反应与原子得失电子之间的关系( 以N a C l第二章 化学物质及其变化 的生成为例)从原子结构来看,

13、钠原子的最外层上有1个电子, 容易失去, 成为带一个单位正电荷的钠离子, 最外层达到了8电子的稳定结构。氯原子的最外层上有7个电子, 氯原子容易得到1个电子, 成为带一个单位负电荷的氯离子, 最外层达到了8电子的稳定结构。在这个反应中,N a原子失去一个电子, 使钠元素的化合价由0价升高到+1价, 被氧化; 一个氯原子得到一个电子, 使氯元素的化合价由0价降低到-1价, 被还原。(3) 氧化还原反应与原子间共用电子对偏移的关系( 以HC l的生成为例)从原子结构来看, 氢原子最外层上有1个电子, 可获得1个电子而形成2电子的稳定结构。 氯原子的最外电子层上有7个电子, 可获得1个电子而形成8电

14、子的稳定结构。这两种元素的原子获得电子的难易程度相差不大, 而是双方各提供最外层的1个电子组成一个共用电子对, 这个电子对受到两个原子核的共同吸引, 使双方最外电子层都达到稳定结构。在氯化氢分子里, 由于氯原子对共用电子对的吸引力比氢原子的稍强一些, 所以, 共用电子对偏向氯原子而偏离氢原子, 使氯元素的化合价由0价降低为-1价, 被还原; 而氢元素的化合价由0价升高为+1价, 被氧化。关键提醒 氧化反应和还原反应, 既是两种性质相反的反应, 又是互为条件而存在且同时进行的两种反应, 即氧化反应和还原反应的关系是对立统一的关系。从得失氧的角度分析化学反应, 只适用于有氧参加的反应, 而对于无氧

15、参加的反应则不能解释说明。【 案例5】 下列说法正确的是( ) 。A.氧化还原反应的本质是元素化合价的升降B.氧化还原反应一定有氧元素参加C.氧化反应一定先于还原反应D.发生氧化反应的物质也可能同时发生还原反应【 精析】 氧化还原反应的本质是电子的转移, 特征是元素化合价的升降; 只要有元素化合价升降( 或电子转移) 的反应就是氧化还原反应, 与是否有氧元素参加无关; 氧化反应与还原反应一定同时发生; 若同一物质中的不同种( 或同种) 元素化合价有升、 有降, 则该物质同时发生氧化反应和还原反应。如反应:2 K C l O3M n O22 K C l +3 O2,C l2+2 N a OHN a C l +N a C l O+H2O等。【 解答】 D顿有所悟 人们对事物的认识过程一般遵循: 由特殊一般特殊的规律, 对氧化还原反应亦是如此。从得氧、 失氧角度分析氧化还原反应, 适用范围小, 不能分析无氧参加的反应; 从化合价升降角度, 可分析所有的氧化还原反应, 但这只是从表面上去认识事物; 只有从电子转移方面去认识氧化还原反应, 才能认识反应的本质。拓展点2 氧化还原反应与四种基本反应类型的 关系