第4讲 氧化还原反应
复习目标 1.了解氧化还原反应的概念。2.会用“单、双线桥”分析电子转移的方向和数目。3.掌握氧化性、还原性强弱的比较及价态规律应用。
考点一 氧化还原反应及相关概念
1.氧化还原反应
(1)判断依据:反应前后有元素的化合价发生变化。
(2)本质:电子转移(得失或偏移)。
2.相关概念
概括为“升失氧、降得还,剂性一致、其他相反”。
3.氧化还原反应电子转移的表示方法
(1)双线桥法:①标变价 ②画箭头(反应物指向生成物) ③算数目 ④说变化。
用双线桥法标出MnO2与浓盐酸加热反应电子转移的方向和数目:
。
归纳 。
(2)单线桥法: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”“失”字样。
用单线桥法标出铜和浓硝酸反应电子转移的方向和数目:
===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
归纳 ===氧化产物+还原产物。
4.常见的氧化剂和还原剂
(1)常见的氧化剂
常见的氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。如:
(2)常见的还原剂
常见的还原剂包括活泼的金属单质、非金属阴离子及含低价态元素的化合物、低价金属阳离子、某些非金属单质及其氢化物等。如:
(3)元素化合价处于中间价态的物质既有氧化性,又有还原性。如:
其中:Fe2+、SO主要表现还原性,H2O2主要表现氧化性。
5.氧化还原反应与四种基本反应类型间的关系图示
6.重要的还原剂——金属氢化物、NaBH4
(1)金属氢化物
①结构特点
电子式可表示为M+[H]-(M为碱金属)。
②强还原性
a.遇水强烈反应放出氢气,使溶液呈强碱性,如:NaH+H2O===NaOH+H2↑。
b.高温还原金属
如固态NaH在673 K时能将TiCl4还原为金属钛:TiCl4+4NaHTi+4NaCl+2H2↑。
(2)万能还原剂——硼氢化钠(NaBH4)
硼氢化钠是一种无机物,化学式为NaBH4,白色至灰白色细结晶粉末或块状,吸湿性强,其碱性溶液呈棕黄色,是最常用的还原剂之一。
通常用作醛类、酮类、酰氯类的还原剂,塑料工业的发泡剂,造纸漂白剂,以及医药工业制造双氢链霉素的氢化剂。
1.在氧化还原反应中,非金属单质不一定是氧化剂( )
2.某元素从游离态变为化合态,则该元素一定被还原( )
3.有单质参加或生成的化学反应不一定是氧化还原反应( )
4.氧化还原反应中的反应物不是氧化剂就是还原剂( )
5.氧化还原反应中有一种元素被氧化时,一定有另一种元素被还原( )
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.×
一、氧化还原反应概念的考查
1.按要求标出下列化合物中指定元素的化合价。
Li2NH:N-3,LiNH2:N-3,N2H4:N-2,
Na2S2O3:S+2,S2O:S+6,C2O:C+3,
HCN:C+2、N-3,BH:B+3、H-1,CuH:Cu+1、H-1,MnO(OH):Mn+3,FePO4:Fe+3,
CrO:Cr+6,K2FeO4:Fe+6。
2.2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
上述反应中,氧化剂是______,还原剂是________,氧化产物是__________,还原产物是________,KMnO4发生__________反应,HCl发生________反应,盐酸表现的性质是________性和________性;生成1 mol Cl2时转移电子数目为________,被氧化的HCl的物质的量是________ mol。
答案 KMnO4 HCl Cl2 MnCl2 还原 氧化 还原 酸 2×6.02×1023(或1.204×1024) 2
3.工业上以石英砂为原料制取单质硅,其工艺流程图如下:
流程一:
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
流程二:
有关反应分类说法不正确的是( )
A.①~⑥均属于氧化还原反应
B.只有①②③属于置换反应
C.⑥既属于氧化还原反应又属于分解反应
D.⑤中的两个化学反应均属于复分解反应
答案 A
解析 ①SiO2+2CSi+2CO↑,②Si+3HClSiHCl3+H2,③SiHCl3+H2Si+3HCl,④SiO2+4MgMg2Si+2MgO,⑤Mg2Si+4HCl===2MgCl2+SiH4,MgO+2HCl=== MgCl2+H2O,⑥SiH4Si+2H2↑。
4.工业上常用以下反应炼铁和制硫酸:
①2CuFeS2+7O2CuSO4+CuO+Fe2O3+3SO2
②4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
已知CuFeS2中Cu为+1价。下列说法正确的是( )
A.反应①②中Fe均被氧化
B.反应①中CuSO4和CuO只是氧化产物
C.反应②中Fe2O3和SO2既是氧化产物又是还原产物
D.反应①②生成等物质的量的SO2时,转移的电子数之比为33∶56
答案 C
解析 反应①生成3 mol SO2转移28 mol e-,反应②生成8 mol SO2转移44 mol e-,则反应①②生成等物质的量的SO2时,转移的电子数之比为56∶33,D项错误。
二、重要的还原剂——金属氢化物、NaBH4
5.氢化钠(NaH)是一种白色固体,能与水反应放出氢气。下列叙述正确的是( )
A.NaH为共价化合物
B.该化合物中氢为+1价
C.NaH中氢离子半径比锂离子半径小
D.NaH中氢离子被氧化为氢气
答案 D
解析 NaH由Na+和H-构成,为离子化合物,A项不正确;该化合物中,Na显+1价,则氢显-1价,B项不正确;H-与Li+电子层结构相同,但锂的核电荷数比氢大,所以H-半径比Li+半径大,C项不正确;NaH中H-转化为氢气时,失电子被氧化,D项正确。
6.硼氢化钠(NaBH4)在有机合成、化工生产方面有广泛应用。制备硼氢化钠的化学方程式为NaBO2+2SiO2+4Na+2H2NaBH4+2Na2SiO3。下列有关上述反应的说法错误的是( )
A.氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1
B.转移4 mol电子时,只需向装置中通入44.8 L H2(标准状况)
C.装药品之前加热装置至100 ℃并持续一会儿
D.制备硼氢化钠的副产物可能有NaH
答案 B
解析 由反应可知氧化产物为Na2SiO3,还原产物是NaBH4,所以氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1,A项正确;转移4 mol电子时,根据化学方程式可知理论上需要2 mol氢气,在标准状况下的体积为2 mol×22.4 L·mol-1=44.8 L,但由于是可逆反应,需要通入氢气的体积大于44.8 L,B项错误;由于钠极易被氧化且能与水反应,所以需要排尽装置中的空气和水蒸气,则装药品之前应加热装置至100 ℃并持续一会儿,C项正确。
7.(2022·郑州测评)LiAlH4是重要的储氢材料,可与水发生反应:LiAlH4+2H2O===LiAlO2+4H2↑。下列说法正确的是( )
A.氢气既是氧化产物又是还原产物
B.LiAlH4既是氧化剂又是还原剂
C.若生成标准状况下4.48 L H2,则转移0.4 mol电子
D.还原剂与氧化剂的物质的量之比为2∶1
答案 A
解析 由反应的化学方程式可知,LiAlH4中H由-1价升高为0价,被氧化,是还原剂,H2O中H由+1价降为0价,被还原,是氧化剂,氢气既是氧化产物又是还原产物,A项正确、B项错误;由反应的化学方程式可知,1 mol LiAlH4反应,转移4 mol电子,生成4 mol H2,若生成标准状况下4.48 L(即0.2 mol)H2,则转移0.2 mol电子,C项错误;LiAlH4为还原剂,水为氧化剂,还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2,D项错误。
8.硼氢化钠(NaBH4)中的氢元素为-1价,具有很强的还原性,被称为“万能还原剂”,NaBH4在催化剂钌(Ru)表面与水反应的历程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.过程②反应为BH3+H2O===H2↑+H2B(OH)
B.反应过程中硼元素的化合价发生了变化
C.若过程③和过程④均产生1 mol H2,则转移电子数目不相等
D.Ru可使上述反应活化分子的百分数提高,加快反应速率
答案 B
解析 各步骤中硼元素的化合价均为+3价,B项错误;过程③反应为H2B(OH)+H2O===H2↑+HB(OH)2,产生1 mol H2时转移的电子数为NA,过程④反应为HB(OH)2+2H2O+e-===
H2↑+B(OH),产生1 mol H2时转移的电子数为NA,两者不相等,C项正确;Ru为催化剂,催化剂可提高活化分子的百分数,加快反应速率,D项正确。
9.氢化钠(NaH)广泛应用于工业生产。
(1)氢化钠(NaH)中氢元素的化合价为______________________________________。
(2)NaH能与水剧烈反应:NaH+H2O===NaOH+H2↑,该反应中的氧化剂是________,氧化剂与还原剂的物质的量之比是________。
(3)在高温下氢化钠(NaH)可将四氯化钛(TiCl4)还原成金属钛,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
答案 (1)-1 (2)H2O 1∶1
(3)2NaH+TiCl4Ti+2NaCl+2HCl↑或4NaH+TiCl4Ti+4NaCl+2H2↑
考点二 氧化还原反应的强弱规律及价态规律
(一)强弱规律
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。
3.从元素的价态考虑
最高价态——只有氧化性,如:浓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。
4.氧化性、还原性强弱的比较方法
(1)根据化学方程式判断
氧化剂(氧化性)+还原剂(还原性)===还原产物+氧化产物
氧化性:氧化剂>氧化产物;
还原性:还原剂>还原产物。
(2)根据反应条件及反应的剧烈程度判断
反应条件要求越低,反应越剧烈,对应物质的氧化性或还原性越强。如:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,可判断氧化性:KMnO4>MnO2。
(3)根据相同条件下产物的价态高低判断
如2Fe+3Cl22FeCl3;Fe+SFeS,则氧化性:Cl2>S。
5.先后规律及应用
(1)同时含有几种还原剂(或氧化剂),发生氧化还原反应时,还原性(或氧化性)强的优先反应,即“强者优先”,如在FeBr2溶液中通入少量Cl2时,因为还原性:Fe2+>Br-,所以Fe2+先与Cl2反应。
(2)常见的强弱顺序
氧化性:MnO(H+)>Cl2>Br2>Fe3+>I2>稀H2SO4>S,还原性:Mn2+
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