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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