高中化学第三节 氧化还原反应第1课时学案设计

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第1课时　氧化还原反应一、认识氧化还原反应1．从得失氧的角度认识氧化还原反应2.从化合价升降的角度认识氧化还原反应氧化反应是化合价升高的化学反应；还原反应是化合价降低的化学反应。3．从电子转移的角度认识氧化还原反应4.氧化还原反应的本质和特征(1)特征：元素化合价升降。(2)本质：电子转移(得失或偏移)。二、氧化还原反应与四种基本反应类型的关系　选用下列关键词：“一定是”“一定不是”或“可能是”填空：(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)化合反应和分解反应可能是氧化还原反应。①有单质参加的化合反应一定是氧化还原反应。②有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应。1．判断下列说法是否正确：(1)氧化还原反应一定有氧元素参加(　×　)提示：氧化还原反应的特征是有元素化合价的变化，因此与是否有氧元素参与反应无关。(2)在氧化还原反应中可能只有元素的化合价的升高，而无元素化合价的降低(　×　)提示：元素化合价升降是氧化还原反应的特征。(3)Na2O＋H2O===2NaOH属于氧化还原反应(　×　)提示：此反应中各元素的化合价均没有发生变化，因此为非氧化还原反应。(4)有单质参加的化合反应属于氧化还原反应(　√　)提示：有单质参加的化合反应中单质化合价肯定发生了变化，故属于氧化还原反应。2．阅读教材“科学史话：氧化还原反应概念的发展”，回答：18世纪拉瓦锡的氧化学说认为氧化还原反应是得氧与失氧的反应，按现在的理论，这种观点是否正确？为什么？提示：这种观点是错误的。现在的理论认为有化合价发生变化的反应就是氧化还原反应。3．农历八月十五是中国传统的中秋节，吃月饼已经成了一种民俗。在新买的月饼盒里都会有食品干燥剂，它是铁粉在高温炉里加入发泡剂形成的疏松多孔物体。铁粉用作干燥剂的原理为铁粉吸收空气中的水分和氧气而变为铁锈。这个变化中铁元素和氧元素的化合价有哪些变化？铁粉变为铁锈的反应属于氧化还原反应吗？为什么？提示：铁元素化合价升高，氧元素化合价降低。铁粉变为铁锈的反应属于氧化还原反应，因为有元素的化合价发生变化。从定性角度分析氧化还原反应——氧化还原反应概念间的联系　经过了几代航天人的努力，中国已然是航天强国之一。材料一：2020年11月24日4时30分，在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。正式开启中国首次地外天体采样返回之旅。长征五号遥五运载火箭系列采用最常见的液体推进剂，主要成分为偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮(N2O4)。材料二：2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭将中国首个火星探测器“天问一号”送入预定轨道。长征五号系列运载火箭，又称“冰箭”，采用液氢液氧作为推进剂。 标注元素的化合价1．你能标出长征五号火箭推进剂两种化合物中各元素的化合价吗？C2H8N2：C：－1，H：＋1，N：－3；N2O4：N：＋4，O：－2。2．标出以下化合物或原子团中除氧元素外其他元素的化合价。FeO：Fe：＋2；Cu2O：Cu：＋1；NO2：N：＋4；H2C2O4H：＋1，C：＋3；ClO2：Cl：＋4 掌握氧化还原反应的概念及反应实质　(1)材料二中长征五号推进剂工作的反应原理是什么？用化学方程式表示。提示：2H2＋O22H2O(2)我们初中学习过H2、Cu与氧气的反应，从得氧失氧、元素化合价变化、电子转移三个视角分析上述两个反应。提示：1．氧化还原反应概念间的联系 [特别提醒](1)原子失去1个电子，元素的化合价就升高1价；(2)原子得到1个电子，元素的化合价就降低1价。2．氧化还原反应中的4个“不一定”(1)一种元素被氧化，不一定有另一种元素被还原。如l2＋H2O===H＋HO中，被氧化和被还原的元素都是氯元素。(2)一种反应物不一定只表现出一种性质。如反应2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑中，参加反应的KMnO4既表现了还原性，又表现了氧化性。(3)有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应。如同素异形体之间的相互转化不属于氧化还原反应。(4)某种物质由化合态变为游离态，不一定是被还原，如HCl→Cl2是被氧化。【思考讨论】(1)在氧化还原反应中，被氧化的物质和被还原的物质是否可以为同一反应物？请举例说明原因。提示：可以。如反应2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑中，参加反应的KMnO4既表现了还原性，又表现了氧化性。(2)在氧化还原反应中，得电子和失电子是否可以是同一种物质或元素？请举例说明原因。提示：可以。如H2O2分解时，被氧化和被还原的元素都是氧。【典例】ClO2是一种高效水处理剂，实验室通过以下反应制得ClO2：2KClO3＋H2C2O4＋H2SO42ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋2H2O关于此反应的说法正确的是(　　)A．KClO3化合价降低，失电子B．反应中H2SO4体现了酸性和氧化性C．反应中H2C2O4被氧化D．H2C2O4既被氧化又被还原【思维建模】解答有关氧化还原反应概念问题的思维流程如下： 【解析】选C。由方程式可知：KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，化合价降低，得到电子，A错误；反应中S的化合价没有变化，不表现氧化性，B错误；H2C2O4中C元素从＋3价变为＋4价，化合价升高，失去电子，被氧化，故C正确、D错误。　(1)上题反应中，若生成1分子ClO2，反应转移几个电子？(关键能力——分析与推测)提示：1个。KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，生成1分子ClO2，反应转移1个电子。(2)上题反应中，失去的电子总数与得到的电子总数什么关系？(关键能力——分析与推测)提示：相等。KClO3中Cl元素从＋5价变为＋4价，共得到1个电子；H2C2O4中C元素从＋3价变为＋4价，共失去1个电子。因此，反应得失电子总数相等。【规律方法】依据化合物正负化合价的代数和为零判断元素化合价的步骤①标出熟悉元素的化合价。②根据化合物中正、负化合价的代数和为零的原则求解其他元素的化合价。③有机物中碳元素化合价(设为x)的确定方法：有机物中氧元素的化合价为－2，氢元素的化合价为＋1。利用元素化合价代数和为零的规则确定碳元素的化合价，如乙酸(C2H4O2)中满足2x＋(＋1)×4＋(－2)×2＝0，则x＝0。【备选例题】下列对氧化还原反应的分析中合理的是(　　)A．Mg变成MgO时化合价升高，失去电子，因此Mg在该反应中被还原B．KMnO4受热分解，锰元素化合价一方面升高，一方面降低，因此锰元素既被氧化又被还原C．CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4属于氧化还原反应D．反应2H2O2H2↑＋O2↑，H2O中元素的化合价既有升高，又有降低【解析】选D。A中镁失去电子被氧化而不是被还原；B中高锰酸钾中锰元素的化合价只有降低，没有升高，因此锰元素只被还原，没被氧化；C中没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应；D中氧元素的化合价升高，氢元素的化合价降低。　(2021·佛山高一检测)“细菌冶金”是近代湿法冶金的一种新工艺，例如氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿氧化，其原理为FeS2＋O2＋H2O―→Fe2(SO4)3＋H2SO4(未配平)，下列说法错误的是(　　)A．氧气在反应中被还原B．每1 mol FeS2被氧化，转移电子14 molC．FeS2中硫元素化合价为－1价D．“细菌冶金”工艺绿色环保【解析】选B。O2中氧元素的化合价为0价，降低到－2价，化合价降低被还原，氧气在反应中被还原，故A不符合题意；根据化学方程式4FeS2＋15O2＋2H2O===2Fe2(SO4)3＋2H2SO4可知，FeS2的化合价共升高了15价，每4 mol FeS2被氧化，转移电子60 mol，每1 mol FeS2被氧化，转移电子15 mol，故B符合题意；FeS2为二硫化亚铁，铁显＋2价，根据元素的化合价之和等于0，硫元素化合价为－1价，故C不符合题意；“细菌冶金”工艺中氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿氧化，生成物是Fe2(SO4)3和H2SO4，可以作为化工产品，对环境无污染，绿色环保，故D不符合题意。【补偿训练】我国“四大发明”在人类发展史上起到了非常重要的作用，黑火药是四大发明之一。黑火药爆炸的反应为S＋2KNO3＋3C===K2S＋3CO2↑＋N2↑。在该反应中，被还原的元素是(　　)A．N　　　B．C　　　C．N和S　　　D．N和C【解析】选C。被还原的元素就是反应过程中化合价降低的元素，S0 ―→S－2、N＋5 ―→N0、C0 ―→C＋4，K元素和O元素化合价不发生变化，故被还原的元素为N和S。　火车给我们的交通出行创造了很大的方便，火车都是在铁轨上运行。修复铁轨常常采用如下反应：Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe，这个反应产生大量的热，请回答：(1)在这个反应中被氧化、被还原的物质分别是哪种物质？提示：Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe，Fe2O3的化合价降低，被还原；Al的化合价升高，被氧化。(2)你能描述一下如何利用该反应焊接铁轨吗？提示：该反应放出大量的热，能将生成的铁熔融成铁水，从而进行焊接铁轨。从定量角度分析氧化还原反应——氧化还原反应中电子转移的表示方法　2020年5月30日4时13分，我国在西昌卫星发射中心用长征十一号运载火箭将新技术试验卫星G星、H星送入预定轨道。长征十一号火箭的燃料之一是高氯酸铵(NH4ClO4)和铝粉的固体混合物。点燃时，发生的化学方程式为①4Al＋3O22Al2O3；②2NH4ClO4N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O2↑。 探究氧化还原反应电子转移的表示方法　(1)分析反应①中失去电子的物质是什么？得到电子的物质是什么？4个铝原子参加反应转移电子的个数是多少？失去电子的物质：Al。得到电子的物质：O2。转移电子数：12个。(2)如何在氧化还原反应方程式上形象地表示电子的转移方向和数目？用双线桥法和单线桥法表示出上述反应电子转移的方向和数目。 1．双线桥法表示电子转移的方向和数目 [误区警示]①箭头、箭尾必须对应化合价变化的同种元素的原子；②必须注明“得到”或“失去”；③被还原的物质和被氧化的物质得、失电子数守恒。2．单线桥法表示电子转移的方向和数目[误区警示]①不需要标明“得到”或“失去”，只标明电子转移数目；②要用箭号标明电子转移的方向；③箭头由反应物中失电子元素原子指向得电子元素原子。【思考讨论】(1)氧化还原反应是不是一定属于四种基本反应类型中的一种？提示：不一定。如3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2就不是四种基本反应类型中的任何一种，但却是氧化还原反应。(2)请用交叉分类法表示氧化还原反应与四种基本反应类型的关系。提示：【典例】(2021·临沂高一检测)下列化学反应中电子转移的表示方法正确的是(　　)【解析】选B。A项，Si应该得到电子，C失去电子；B项，钠失去电子，H2O中的H元素得到电子，单线桥法，正确；C项，应是Zn失去2e－；D项，应是Cu失去2e－，单线桥中的箭头方向错误。　(1)B项反应中，H2是还原产物还是氧化产物？(关键能力——理解与辨析)提示：还原产物。(2)D项反应中，参加反应的硫酸分子，是否全部被还原？(关键能力——分析与推测)提示：不是。从反应方程式可以看出，2个硫酸参加反应，只有1个硫酸分子被还原。　下列化学反应中电子转移的表示方法正确的是(　　)A．3CO＋Fe2O32F化合价升高，得6e－e＋3C化合价降低，失6e－O2B．4P＋5O22P失去4×5e－，被还原2O5得到5×4e－，被氧化C．Zn＋H2SO4===Z化合价升高，失2e－nSO4＋H化合价降低，得2e－2↑D．MnO2＋4HCl(浓)M化合价降低，得到2e－nCl2＋C化合价升高，失去4e－l2↑＋2H2O【解析】选C。A项，Fe2O3的化合价降低，CO中C元素的化合价升高，错误；B项P被氧化，错误；D项，得失电子不守恒，错误。 【拔高题组】1．中国医药学是一个伟大的宝库。古代制取下列药物过程中未发生氧化还原反应的是(　　)A《本草纲目》：制取“玄明粉”(Na2SO4)以芒硝于风日中消尽水气，自成轻飘白粉也B《通玄秘术》：制取“华盖丹”(醋酸铅)以铁筋穿作窍，以绳子穿之；用净瓷瓮子盛米醋1斗，将铅片子悬排于瓮子口……C《本草蒙筌》：制取“灵砂”(硫化汞)用水银一两，硫黄六铢，细研，先炒作青砂头，后入水火既济炉，抽之……D《本草图经》：制取“铁华粉”(醋酸亚铁)以铁拍做段片，置醋糟中，积久衣生……【解析】选A。用芒硝制硫酸钠的反应为Na2SO4·10H2O===Na2SO4＋10H2O↑，没有发生元素化合价的升降，不是氧化还原反应，A选；用净瓷瓮子盛米醋1斗，将铅片子悬排于瓮子口，即将铅的单质转化为醋酸铅，铅的化合价升高，是氧化还原反应，B不选；用水银一两，硫黄六铢，来制硫化汞，硫和汞的化合价改变了，是氧化还原反应，C不选；以铁拍做段片，置醋糟中，积久衣生制醋酸亚铁，铁的化合价升高，是氧化还原反应，D不选。2．(2021·济宁高一检测)在下列反应中，HCl被氧化的是(　　)A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2OB．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑C．4HCl(浓)＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2OD．CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O【解析】选C。A、D属于非氧化还原反应，B项中HCl被还原。3．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)被氧化的元素是____________，被还原的元素是____________。(2)发生氧化反应的物质是________________，发生还原反应的物质是________________。(3)用单线桥法表示反应电子得失的方向和数目________。【解析】由化学方程式可知铜元素化合价升高，铜元素从0价变为＋2价，被氧化；氮元素化合价降低，从＋5价变为＋2价，被还原；铜发生氧化反应，硝酸发生还原反应。答案：(1)Cu　N　(2)Cu　HNO3(3)3Cu＋8HN6e－O3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　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。提示：2CO＋2NON得2×2e－2＋2C失2×2e－O21．(水平1)下列关于氧化还原反应的说法中正确的是(　　)A．氧化还原反应前后元素化合价有升降B．氧化还原反应前后一定有氧的得失C．实现Fe3＋―→Fe2＋的变化过程一定是氧化反应D．元素化合价升高的反应是还原反应【解析】选A。化合价有变化的反应一定是氧化还原反应，但不一定有氧的得失。化合价升高发生的是氧化反应；Fe3＋转化为Fe2＋，铁元素的化合价降低，发生的是还原反应。2．(水平1)下列变化过程中，属于氧化反应的是(　　)A．MnO2―→Mn2＋　　　　　B．CuO―→CuCl2C．Ag＋―→Ag2O       D．Sn2＋―→Sn4＋【解析】选D。物质所含元素化合价升高的反应为氧化反应。【补偿训练】下列变化中，属于还原反应的是(　　)A．Cl－―→Cl2　　　　　　　B．FeCl2―→FeCl3C．C―→CO2    D．KMnO4―→MnO2【解析】选D。物质发生还原反应时，所含元素的化合价降低，其中Cl－―→Cl2，化合价由－1价升高为0价，发生氧化反应；FeCl2―→FeCl3，铁元素化合价由＋2―→＋3，发生氧化反应；C―→CO2，碳元素化合价由0―→＋4，发生氧化反应；KMnO4―→MnO2，锰元素化合价由＋7―→＋4，发生还原反应。3．(水平1)下列化学反应中，既属于氧化还原反应又属于化合反应的是(　　)A．H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2OB．NH3＋HCl===NH4ClC．CaCO3CaO＋CO2↑D．SO2＋H2O2===H2SO4【解析】选D。A项属于复分解反应，C项属于分解反应；B项属于化合反应但没有物质发生化合价的变化。4．(水平2)高炉炼铁中发生的主要反应为：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，下列有关该反应的说法正确的是(　　)A．反应前后氧元素化合价发生变化B．CO作还原剂C．Fe2O3发生氧化反应D．CO被还原【解析】选B。氧元素化合价在反应前后均为－2价，化合价没有发生变化，A错误；CO中的C元素的化合价由＋2价失电子升高到＋4价，被氧化发生氧化反应，则CO是还原剂，B正确，D错误；氧化铁中铁元素的化合价由＋3价得电子降低到0价，被还原发生还原反应，C错误。5．(水平2)含元素碲(Te)的几种物质存在如图所示转化关系。下列说法错误的是(　　)A．反应①利用了H2Te的还原性B．反应②中H2O作氧化剂C．反应③利用了H2O2的氧化性D．H2Te2O5转化为H2Te4O9发生了氧化还原反应【解析】选D。反应①中H2Te与氧气反应生成Te单质，Te元素化合价升高，是利用了H2Te的还原性，A正确；反应②中Te单质与水反应生成H2TeO3，Te元素化合价升高，H2O作氧化剂，B正确；反应③中H2TeO3与双氧水反应生成H6TeO6，Te元素化合价升高，H2O2中氧元素化合价降低，作氧化剂，利用了H2O2的氧化性，C正确；H2Te2O5转化为H2Te4O9，两物质中的Te元素，均为＋4价，没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应，D错误。【补偿训练】过氧化氢(H2O2)可作为采矿业的废液消毒剂，如消除采矿废液中有剧毒的氰化钾(KCN，其中N元素为－3价)，化学方程式为KCN＋H2O2＋H2O===A＋NH3↑(已配平)，请回答下列问题：(1)生成物A的化学式是_________________________________________。(2)该反应是否是氧化还原反应？________(填“是”或“不是”)。若是，请指出被还原的元素；若不是，请说明理由：__________________________________________________________________。【解析】(1)根据质量守恒定律可知，A由1个K＋、3个氧原子、1个碳原子和1个氢原子构成，故为KHCO3。(2)反应物H2O2中氧元素的化合价由－1价降为－2价，氧元素被还原；反应物KCN中碳元素的化合价由＋2价升高为＋4价，碳元素被氧化，该反应是氧化还原反应。答案：(1)KHCO3　(2)是　H2O2中氧元素的化合价由－1价降为－2价，被还原6．(水平2·教材习题改编)C919中型客机是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的中型喷气式民用飞机。C919的钛合金用量达9.3%，制备海绵钛的化学方程式为TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti。(1)该反应中，被氧化的物质是______，Ti元素的化合价______(填“升高”或“降低”)。(2)若反应中消耗了2个Mg原子，则生成______个Ti原子，转移电子的个数为______个。【解析】(1)根据TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti可知：TiCl4―→Ti化合价降低，被还原，Mg―→MgCl2化合价升高，被氧化；所以该反应中，被氧化的物质是Mg，Ti元素的化合价降低。(2)根据TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti可知，若反应中消耗了2个Mg，则生成1个Ti，转移电子的个数为4个。答案：(1)Mg　降低　(2)1　4