2021学年第3节 氧化还原反应导学案及答案

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氧化剂和还原剂　氧化还原反应的应用学 习 任 务1．能够列举常见的氧化剂和还原剂，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2．以H2O2为例，学会根据元素化合价预测并设计实验探究物质的氧化性或还原性，培养科学探究与创新的能力。3．了解氧化还原反应在物质转化和能量转化中的应用，能从元素价态变化的视角说明物质的转化路径，学会氯气的实验室制法，强化化学核心素养的“变化观念”的意识。一、氧化剂和还原剂1．氧化剂和还原剂的相关概念比较项目氧化剂还原剂概念在氧化还原反应中，所含某种(或某些)元素化合价降低的反应物在氧化还原反应中，所含某种(或某些)元素化合价升高的反应物发生的反应还原反应氧化反应具有的性质氧化性还原性对应的产物还原产物氧化产物举例高锰酸钾、氧气、氯气等活泼的金属单质、SO2等2．常见的氧化剂和还原剂(1)常见的氧化剂①非金属性较强的单质，如O2、Cl2等。②含有较高价态元素的盐，如FeCl3、KMnO4、KClO3等。③含有较高价态元素的含氧酸，如硝酸、浓硫酸等。(2)常见的还原剂①活泼的金属单质，如Al、Fe、Zn。②某些非金属单质，如H2、C等。③低价态元素的氧化物，如一氧化碳、二氧化硫等。④低价态的盐，如碘化钾、亚硫酸钠、硫酸亚铁等。　电闪雷鸣时会发生如下反应：①N2＋O2===2NO　②2NO＋O2===2NO2　③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO分析三个反应是否为氧化还原反应，并说明原因。是氧化还原反应的，指出反应的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。[提示]　三个反应都是氧化还原反应。反应①中氧化剂是O2，还原剂是N2，NO既是氧化产物又是还原产物；反应②中氧化剂是O2，还原剂是NO，NO2既是氧化产物又是还原产物；反应③中NO2既是氧化剂又是还原剂，HNO3是氧化产物，NO是还原产物。二、氧化还原反应的应用1．研究物质的性质(1)氧化性、还原性与价态的关系元素处于最低价态时，只有还原性；元素处于中间价态时既有氧化性又有还原性，但一般情况下主要表现某一方面的性质；元素处于最高价态时，只有氧化性。(2)H2O2的氧化性和还原性探究①预测H2O2中的氧元素的化合价为－1价，是氧元素的中间价态，由此可推测H2O2既有氧化性又有还原性。②实验方案证明H2O2具有还原性，需加入氧化剂，如酸性KMnO4溶液。证明H2O2具有氧化性，需加入还原剂，如KI溶液。③实验步骤、现象和结论实验内容实验现象结论滴入酸性KMnO4溶液，有气泡产生，酸性KMnO4溶液紫红色褪去H2O2被氧化为O2，表现还原性向H2O2中滴加KI溶液，溶液变黄色，再滴加淀粉溶液，溶液变蓝H2O2可氧化KI生成I2，H2O2表现氧化性2．实现物质转化与获得能量(1)金属冶炼①金属的冶炼本质：利用氧化还原反应使金属元素的化合价由正价降低至0价，生成金属单质，即Mn＋＋ne－===M。②金属冶炼的方法：(2)实验室制备氯气①制取Cl2的装置设计②制取Cl2的反应原理化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。氧化剂：MnO2，还原剂：浓盐酸，浓盐酸在反应中表现的性质有还原性和酸性。③吸收Cl2的反应原理化学方程式：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。离子方程式：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。氧化剂：Cl2，还原剂：Cl2。(3)利用氧化还原反应获得能量①燃烧：化学能转化为热能。②原电池：化学能转化为电能。　(1)盐酸是无机化工中常说的“三酸”之一。以下是盐酸所发生的四个反应，①Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑②NaOH＋HCl===NaCl＋H2O③2HClH2↑＋Cl2↑④KClO3＋6HCl(浓)===3Cl2↑＋KCl＋3H2O盐酸在上述反应中分别表现什么性质？[提示]　HCl中氯元素处于最低价态，只表现还原性，氢元素处于最高价态，只表现氧化性。①Zn与HCl反应，HCl表现为酸性，同时发生氧化还原反应，Cl→2↑，HCl又表现为氧化性。②NaOH与HCl反应生成盐和水，发生中和反应，HCl表现为酸性。③电解稀盐酸，发生氧化还原反应，＋→2↑，l－→l2↑，HCl既表现为氧化性又表现为还原性。④6HCl中5l－→l2↑，Cl元素被氧化，HCl表现出还原性，又6H＋→3H2O，故HCl中的H＋表现出酸性。(2)教材P68“无论是哪种冶炼方法，其本质都是利用氧化还原反应中的电子转移，使被还原的化合物中的金属元素的化合价从正价降低至0价，生成金属单质。”金属元素被还原一定生成金属单质吗？金属冶炼过程中一定需要加入还原剂吗？[提示]　金属阳离子被还原化合价一定降低，但是不一定生成金属单质，如三价铁离子可能被还原成二价铁离子；金属冶炼过程中未必加入还原剂，如电解法制备金属钠。氧化还原反应各概念间的关系及氧化性、还原性比较分析下列六大反应，探究以下问题：①Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O②2KClO32KCl＋3O2↑③Mg＋SMgS④S＋O2SO2⑤2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O⑥Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu[问题1]　同一反应中，氧化剂和还原剂可以是同一种物质吗？氧化产物和还原产物呢？[提示]　氧化剂和还原剂可以是同一种物质。在反应①中0价的Cl既转化生成了－1价的Cl－，又转化生成了＋1价的ClO－，所以反应①中Cl2既是氧化剂又是还原剂；同理反应②中的KClO3既是氧化剂又是还原剂。氧化产物和还原产物也可能为同种物质，如反应⑤中的S既是氧化产物又是还原产物。[问题2]　同一物质在不同的反应中，可能作氧化剂也可能作还原剂吗？[提示]　同一物质在不同的反应中，可能作氧化剂也可能作还原剂。如S在反应③中作氧化剂，在反应④中作还原剂。[问题3]　试通过上述反应比较Fe、Cu还原性的强弱；比较Fe2＋、Cu2＋氧化性的强弱。[提示]　在反应⑥中，Fe是还原剂，Cu2＋是氧化剂，Fe2＋是氧化产物，Cu是还原产物，故还原性：Fe>Cu；氧化性：Cu2＋>Fe2＋。1．理解氧化还原反应的相关概念及相互关系，要抓住两条线记忆口诀：升失氧，还原剂；降得还，氧化剂。2．氧化性、还原性强弱的比较(1)根据氧化还原反应的方向判断氧化性：氧化剂＞氧化产物还原性：还原剂＞还原产物(2)根据元素的活动性顺序比较1．下列转化需要加入还原剂才能实现的是(　　)A．MnO→Mn2＋  B．Cl－→Cl2C．H2S→SO2  D．Fe→Fe2＋A　[“需要加入还原剂才能实现”说明所给转化关系是还原反应(元素化合价降低)。A项，Mn元素化合价降低(＋7→＋2)；B项，Cl元素化合价升高(－1→0)；C项，S元素化合价升高(－2→＋4)；D项，Fe元素化合价升高(0→＋2)。]2．二氯化二硫常用作橡胶的低温硫化剂和黏结剂，它易与水反应：2S2Cl2＋2H2O===4HCl＋SO2↑＋3S↓。对该反应的说法正确的是(　　)A．S2Cl2既作氧化剂又作还原剂B．氧化产物与还原产物物质的量之比为3∶1C．每生成1 mol SO2转移4 mol电子D．H2O作还原剂A　[据反应方程式可知，S的化合价从＋1价部分升高到＋4价，部分降低到0价，故S2Cl2既作氧化剂又作还原剂，A对，D错；氧化产物为SO2，还原产物是S，两者的物质的量之比为1∶3，B错；每生成1 mol SO2转移电子的物质的量是3 mol，C错。]3．根据下列反应判断有关物质还原性由强到弱的顺序是(　　)①H2SO3＋I2＋H2O===2HI＋H2SO4②2FeCl3＋2HI===2FeCl2＋2HCl＋I2③3FeCl2＋4HNO3===2FeCl3＋Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2OA．H2SO3＞I－＞Fe2＋＞NOB．I－＞Fe2＋＞H2SO3＞NOC．Fe2＋＞I－＞H2SO3＞NOD．NO＞Fe2＋＞H2SO3＞I－A　[反应①中，H2SO3为还原剂，I－(HI)为还原产物，还原性H2SO3＞I－；反应②中，HI为还原剂，Fe2＋(FeCl2)为还原产物，还原性I－＞Fe2＋；反应③中，FeCl2为还原剂，NO为还原产物，还原性Fe2＋＞NO，则还原性由强到弱的顺序为H2SO3＞I－＞Fe2＋＞NO。]实验室制备氯气[问题1]　实验室制取氯气的原理中，一定量的浓盐酸和足量的二氧化锰反应，盐酸能否完全反应，为什么？[提示]　不能。反应中，HCl为还原剂，随着反应的进行，盐酸浓度变稀，还原性变弱，当变为稀盐酸后，就不能与二氧化锰反应，故盐酸不能完全反应。[问题2]　在制备纯净氯气的过程中，饱和食盐水和浓H2SO4的作用是什么？能否将二者顺序颠倒？[提示]　饱和食盐水是除去Cl2中混有的HCl气体，因为HCl极易溶于水，而Cl2在饱和食盐水中的溶解性很小。浓H2SO4有吸水性，可以吸收Cl2中的水蒸气。二者不能颠倒，如先通过浓H2SO4，再通过饱和食盐水，Cl2中又带入了水蒸气达不到干燥Cl2的目的。[问题3]　为防止Cl2的污染，能否用澄清石灰水处理过量的Cl2？请写出相应的化学方程式。[提示]　吸收Cl2时不宜用澄清石灰水代替NaOH溶液，因为Ca(OH)2微溶于水，溶解的量少，不能保证Cl2全部被吸收，化学方程式为2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。[问题4]　已知高锰酸钾和浓盐酸在常温下就可以制取氯气，试写出化学方程式，用双线桥法标出电子转移。并分析KMnO4、HCl在反应中的作用？[提示]　。KMnO4为氧化剂，HCl在反应中作还原剂，同时还起到酸的作用。1．反应原理化学方程式：MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑。也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等氧化剂代替二氧化锰。如2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。2．实验装置(1)发生装置(Ⅰ)①特点：固体＋液体气体。②仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗等。③试剂：A中盛放浓盐酸，B中盛放二氧化锰。(2)净化装置(Ⅱ)装置盛放试剂试剂的作用C饱和氯化钠溶液除去氯气中的氯化氢D浓硫酸干燥氯气(3)收集装置(Ⅲ)①收集方法：向上排空气法(装置E，Cl2的密度大于空气的密度)。②验满方法：用湿润的淀粉KI试纸检验。将湿润的淀粉KI试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，则证明Cl2已收集满。(4)尾气处理装置(Ⅳ)①导气管要伸入液面以下。②F中盛放试剂：氢氧化钠溶液，作用：吸收过量的氯气，防止污染环境。1实验室制备Cl2注意事①必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。②为了减少制得的Cl2中HCl的含量，所以加热温度不宜过高，减少HCl的挥发。③实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。④尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中cOH－浓度小，吸收不完全。2 MnO2与浓盐酸反应特点①浓盐酸中，部分Cl－的化合价升高，4 mol HCl参加反应，被氧化的Cl－为2 mol。②随着反应的进行盐酸浓度变小，故MnO2足量时，盐酸不能完全反应，反应后溶液为盐酸和MnCl2的混合液。【例题】　在实验室中用二氧化锰与浓盐酸反应制备干燥纯净的氯气。进行此实验，所用仪器如图：(1)连接上述仪器的正确顺序(填各接口处的字母)：________接________；________接________；________接________；________接________。(2)装置中，饱和食盐水的作用是________________；NaOH溶液的作用是________________。(3)化学实验中常用湿润的淀粉­KI试纸检验是否有Cl2产生。如果有Cl2产生，可观察到________，反应的化学方程式为________________。(4)写出下列反应的化学方程式。①气体发生装置中进行的反应：____________________________________。②NaOH溶液中发生的反应：__________________________________。[解析]　(1)按照制备气体的“反应装置→净化装置→收集装置→尾气处理装置”的顺序可确定仪器连接的正确顺序。(2)装置中饱和食盐水的作用是除去Cl2中HCl杂质；浓硫酸的作用是除去Cl2中的水蒸气；NaOH溶液的作用是吸收过量的Cl2。(3)湿润的淀粉­KI试纸遇Cl2时发生反应：Cl2＋2KI===2KCl＋I2，I2遇淀粉变蓝色。[答案]　(1)E　C　D　A　B　H  　G　F(2)除去氯气中的HCl杂质　吸收过量的氯气(3)试纸变蓝　2KI＋Cl2===2KCl＋I2(4)①MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O②2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O1．下列关于实验室用MnO2制取Cl2的叙述不正确的是(　　)A．MnO2与浓盐酸共热B．缓慢加热反应C．用向下排空气法收集Cl2D．多余氯气常用较浓的碱液吸收C　[由于浓HCl易挥发，故必须缓慢加热以减少HCl的挥发；Cl2的密度比空气的密度大，故应用向上排空气法收集Cl2；Cl2极易与碱反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故应用较浓的碱液吸收多余的Cl2。]2．某化学小组用如图所示装置制取氯气。下列说法中错误的是(　　)A．该装置图中至少存在三处明显错误B．该实验中收集氯气的方法错误C．为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理D．在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出B　[该反应应该用酒精灯加热，应该用分液漏斗而不是长颈漏斗，氯气有毒，应该进行尾气处理，故A项、C项正确；由于氯气的密度比空气的密度大，所以用向上排空气法收集，故B项错误；湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出，若有则变蓝，反之不变色，故D项正确。]—1．下列各组物质属于常见氧化剂的一组是(　　)A．Cl2、O2、FeCl3、KMnO4   B．O2、KMnO4、C、H2C．Na、K、FeCl2、H2、CO   D．CuO、CO、Fe2O3、H2A　[常用作氧化剂的物质有O2、Cl2、HNO3、KMnO4、FeCl3等，常用作还原剂的物质有C、H2、CO、KI、Zn、Al、Fe等。]2．实现下列物质之间的转化，需要加入还原剂才能实现的是(　　)A．SO3→H2SO4   B．Cu→Cu(NO3)2C．CuO→Cu   D．CO→CO2[答案]　C3．在相同条件下，溶液中下列反应均可发生：①3S2O＋2Cr3＋＋7H2O===Cr2O＋6SO＋14H＋；②Cr2O＋14H＋＋6Cl－===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O；③Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋；④Sn2＋＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Sn4＋。下列有关微粒的氧化性比较，正确的是(　　)A．Cr2O＞S2O＞Cl2＞Sn4＋＞Fe3＋B．S2O＞Cr2O＞Fe3＋＞Cl2＞Sn4＋C．S2O＞Fe3＋＞Sn4＋＞Cr2O＞Cl2D．S2O＞Cr2O＞Cl2＞Fe3＋＞Sn4＋D　[在氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，则根据反应3S2O＋2Cr3＋＋7H2O===Cr2O＋6SO＋14H＋可知氧化性是S2O＞Cr2O；根据反应Cr2O＋14H＋＋6Cl－===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O可知氧化性是Cr2O＞Cl2；根据反应Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋可知氧化性是Cl2＞Fe3＋；根据反应Sn2＋＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Sn4＋可知氧化性是Fe3＋＞Sn4＋，所以氧化性强弱顺序是S2O＞Cr2O＞Cl2＞Fe3＋＞Sn4＋。]4．下列实验装置不能达到实验目的的是(　　)A．制取Cl2　B．除去Cl2　　C．干燥Cl2　　D．吸收多B　[A项，在实验室中，常用MnO2和浓盐酸加热制备氯气，该装置能达到实验目的；B项，Cl2也能与Na2CO3溶液反应，且HCl与Na2CO3反应产生CO2气体，不能达到实验目的；C项，浓硫酸能干燥Cl2，该装置能达到实验目的；D项，Cl2和NaOH溶液反应生成NaCl和NaClO，该装置能达到实验目的。]5．“绿色试剂”过氧化氢可作为采矿业废液的消毒剂，可消除采矿废液中的氰化物(如KCN)，化学方程式为KCN＋H2O＋H2O2===A＋NH3↑。(已知KCN中C为＋2价)(1)生成物A的化学式为________。(2)在标准状况下，有0.448 L氨气生成，转移电子的物质的量为________。(3)反应中被氧化的元素为________。(4)H2O2被称为“绿色氧化剂”的理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　(1)根据原子守恒可知生成物A的化学式为KHCO3。(2)碳元素化合价从＋2价升高到＋4价，失去2个电子。在标准状况下，有0.448 L氨气生成，氨气是0.02 mol，因此根据方程式可知转移电子的物质的量为0.02 mol×2＝0.04 mol。(3)碳元素化合价升高，反应中被氧化的元素为C。(4)H2O2作氧化剂，其还原产物一般是H2O，对环境无污染，因此H2O2被称为“绿色氧化剂”。[答案]　(1)KHCO3　(2)0.04 mol　(3)碳元素(或C)　(4)H2O2作氧化剂，其还原产物一般是H2O，对环境无污染