化学必修 第一册第3节 氧化还原反应学案设计

这是一份化学必修 第一册第3节 氧化还原反应学案设计，共21页。学案主要包含了氧化还原反应的特征，氧化还原反应的实质等内容，欢迎下载使用。

1．通过对化合价升降及得失电子的认识，由表及里的学习氧化还原反应的有关概念，逐步培养“宏观辨识与微观探析”的能力。
2．探究元素化合价升降是电子转移的外在表现，从微观角度认识表示氧化还原反应的两种常见方法——双线桥法和单线桥法，培养得失电子守恒观念，建立“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
一、氧化还原反应的特征
1．氧化反应：在氧化还原反应中，反应物所含某种(或某些)元素化合价升高的反应。
2．还原反应：在氧化还原反应中，反应物所含某种(或某些)元素化合价降低的反应。
3．氧化还原反应：在反应过程中有元素化合价变化的化学反应。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)氧化还原反应中一定有氧原子得或失。( )
(2)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。( )
(3)元素由化合态转化为游离态一定是被还原。( )
[答案] (1)× (2)× (3)×
二、氧化还原反应的实质
1．以钠与氯气反应为例探究氧化还原反应的实质
2Na＋Cl2 点燃 2NaCl
(1)钠原子失去电子，化合价升高，发生氧化反应。
(2)氯原子得到电子，化合价降低，发生还原反应。
2．以金属铁与CuSO4溶液反应为例探究氧化还原反应的实质
Cu2+＋Fe===Cu＋Fe2+
(1)铁原子失去电子，化合价升高，发生氧化反应。
(2)铜离子得到电子，化合价降低，发生还原反应。
3．结论
(1)氧化还原反应的特征是元素化合价发生变化。
(2)氧化还原反应的实质是发生了电子转移。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金属单质与O2反应时，金属单质失去电子。( )
(2)Zn和CuSO4溶液反应时，Zn被还原成Zn2+。( )
(3)非氧化还原反应中，可能有电子转移。( )
[答案] (1)√ (2)× (3)×
三、根据化合价变化分析氧化还原反应中的电子转移
1．氧化还原反应中的电子转移
(1)元素化合价升高原子或离子失电子发生氧化反应。
元素化合价降低原子或离子得电子发生还原反应。
(2)氧化还原反应中电子转移的总数与化合价升高或降低的总值是相等的。
2．氧化还原反应中电子转移的表示方法
(1)双线桥法：表示同种元素的原子在反应前后转移电子的情况。
(2)单线桥法：表示反应过程中电子在反应物之间的转移情况。
在反应H2＋Cl2 点燃 2HCl中，H2化合价________，________2e－，发生________反应；Cl2化合价________，________2e－，发生________反应。
[答案] 升高 失去 氧化 降低 得到 还原
氧化还原反应的理解和判断
火药是我国的“四大发明”之一，永远值得我们骄傲，也永远激励着我们奋发图强。黑火药在发生爆炸时，发生反应：2KNO3＋3C＋S 点燃 K2S＋N2↑＋3CO2↑。
[问题1] 上述材料中涉及的化学反应属于氧化还原反应吗？如果是，被氧化和被还原的元素分别是什么？
[提示] 材料中的化学反应有元素化合价变化，所以是氧化还原反应。该反应中，碳元素化合价升高，被氧化，氮、硫元素化合价降低，被还原。
[问题2] 如何理解氧化反应和还原反应的关系？
[提示] 氧化反应和还原反应同时存在于一个反应中，不能独立存在，所以人们把这样的一类化学反应叫做氧化还原反应。
[问题3] 复分解反应都不是氧化还原反应，你认为这个说法正确吗？说明你的理由。
[提示] 正确。复分解反应是两种化合物相互交换成分，重新组合为两种新的化合物的反应，没有元素化合价的变化，一定不是氧化还原反应，属于非氧化还原反应。
1．氧化还原反应的实质
2．氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
(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)有单质参加的化合反应是氧化还原反应。
(4)有单质生成的分解反应是氧化还原反应。
氧化还原反应概念的发展
人们对氧化还原反应的认识经历了一个漫长的过程。1774年，法国化学家拉瓦锡提出燃烧的氧化学说(即燃烧是物质与氧气的反应)后，人们把物质与氧结合的反应叫做氧化反应，把氧化物失去氧的反应叫做还原反应。
1852年，英国化学家弗兰克兰在研究金属有机化合物时提出化合价的概念，1897年，英国物理学家汤姆孙发现了电子，才逐步使氧化还原反应概念发展和完善。
1．下列属于氧化还原反应的是( )
①CuO＋H2 △ Cu＋H2O
②Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
③CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
④2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
⑤2KMnO4 △ K2MnO4＋MnO2＋O2↑
A．①④⑤ B．②④⑤
C．①②③④D．①②④⑤
D [元素化合价变化分析如下：
①中Cu元素化合价降低(＋2价→0价)，H元素化合价升高(0价→＋1价)。
②中Cl元素的化合价既有升高(0价→＋1价)又有降低(0价→－1价)。
③中各元素的化合价均未变化。
④中H元素的化合价降低(＋1价→0价)，Na元素的化合价升高(0价→＋1价)。
⑤中O元素的化合价升高(－2价→0价)，Mn元素的化合价降低(＋7价→＋6价、＋4价)。]
2．下列反应中属于氧化还原反应，但不属于四种基本反应类型的是( )
A．CuO＋H2 △ Cu＋H2O
B．Fe2O3＋3CO △ 2Fe＋3CO2
C．2KMnO4 △ K2MnO4＋MnO2＋O2↑
D．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
B [B项，Fe和C元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，但不属于四种基本反应类型的任何一种，故B正确。]
氧化还原反应中电子转移的表示方法
2Na＋Cl2 点燃 2NaCl反应的实质可以表示为
[问题1] 氧化还原反应的实质是电子的转移，如钠与氯气的反应过程中钠原子失电子，氯原子得电子，如何表示氧化还原反应中电子的转移呢？
[提示]
[问题2] ，1 ml Fe2O3参加反应转移电子的物质的量是12 ml吗？
[提示] 不是。1 ml Fe2O3参加反应转移电子的物质的量是6 ml。
氧化还原反应中电子转移的表示方法
1．双线桥法
(1)基本步骤：
(2)注意事项：
①箭头、箭尾指向化合价变化的同种元素。
②“桥”上必须注明“得到”或“失去”字样、化合价变化情况及氧化或还原反应。
③失去电子总数与得到电子总数相等。
④电子转移数用“be－×a”形式表示，a表示发生氧化或还原反应的原子个数，b表示每个原子失去或得到的电子数。
2．单线桥法
(1)基本步骤：
(2)注意事项：
①单线桥必须画在反应物中。
②箭头指向得电子元素，箭尾是失电子元素。
③标明电子转移的总数，不标“得”“失”。
1．下列反应的电子转移的方向与数目正确的是( )

C [A选项，Cl2→NaCl得到1个电子，Cl2→NaClO失去1个电子；B选项，2CO→2CO2失去2e－×2，O2→2CO2得到2e－×2；C选项，电子转移的方向与数目均正确；D选项，Na→NaOH失去电子，H2O→H2得到电子，故箭尾应连接Na，箭头应指向H2O中的H。]
2．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)用双线桥法表示电子得失的方向和数目：_____________________________
____________________________________________________________________。
(2)用单线桥法表示电子得失的方向和数目：_____________________________
____________________________________________________________________。
(3)若3 ml Cu参加反应，则该过程转移的电子是________ml。
[解析] (1)该反应中Cu的化合价变化是0价→＋2价，1 ml Cu失去2 ml电子；HNO3中氮元素部分由＋5价→＋2价，生成1 ml NO，转移3 ml电子。(2)结合(1)的分析及单线桥法的注意事项即可写出。(3)1 ml Cu失去2 ml电子，故3 ml Cu失去6 ml电子。
[答案] (1)
(2)
(3)6
解答标注电子转移的方向和数目类题时要注意：先判断元素化合价的变化情况，再根据化合价变化标出电子转移的方向和数目。
1．下列反应中，属于氧化还原反应的是( )
A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
B．CaO＋H2O===Ca(OH)2
C．WO3＋3H2 高温 W＋3H2O
D．CaCO3 高温 CaO＋CO2↑
C [只有C项中的元素有化合价变化。]
2．下列变化过程发生还原反应的是( )
A．SO2→H2SO3
B．HCl→Cl2
C．N2→NH3
D．Fe(OH)2→Fe(OH)3
C [SO2→H2SO3，元素的化合价不变，不发生氧化还原反应，故A错误；HCl→Cl2，Cl元素的化合价升高，发生氧化反应，故B错误；N2→NH3，N元素的化合价降低，发生还原反应，故C正确；Fe(OH)2→Fe(OH)3，Fe元素的化合价升高，发生氧化反应，故D错误。]
3．下列化学反应中电子转移的方向和数目表示正确的是( )
B [A项，电子的得失标注错误，反应中Na失去电子，Cl2得到电子；C项，电子的得失标注错误，反应中Zn失去电子；D项，电子转移的方向标注错误，Cu失去电子。]
4．宋代宋慈著的《洗冤集录》中有关于“银针验毒”的记载，“银针验毒”的原理是4Ag＋2H2S＋O2===2X＋2H2O。下列说法正确的是( )
A．X的化学式为AgS
B．“银针验毒”时，空气中的氧气失去电子
C．反应中Ag和H2S均发生氧化反应
D．每生成1 ml X，转移2 ml电子
D [根据原子守恒配平方程式：
]
5．已知反应2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，若有44.8 L Cl2(已换算为标准状况)生成，求：
(1)被氧化的HCl为________g，转移电子数目为________。
(2)用双线桥法和单线桥法分别标出上述反应的电子转移方向和数目。
[解析] 在反应中每生成1 ml Cl2，有2 ml HCl被氧化，失去电子2 ml(或2×6.02×1023＝1.204×10 24个)。已知标准状况下44.8 L Cl2的物质的量为2 ml，故被氧化的HCl为4 ml，其质量为146 g，转移电子4 ml，即6.02×1023×4＝2.408×10 24个。
[答案] (1)146 2.408×10 24
(2)双线桥法：
单线桥法：
新知探究课固基练(11) 认识氧化还原反应
1．下列有关氧化还原反应的叙述中正确的是( )
A．在反应中不一定所有元素的化合价都发生变化
B．肯定有一种元素被氧化，另一种元素被还原
C．非金属单质在反应中化合价只能降低，金属单质在反应中化合价只能升高
D．氧化还原反应中一定有得氧和失氧的过程
A [氧化还原反应有元素化合价变化，但不一定所有元素都变价，A正确；氧化还原反应中，被氧化和被还原的可以是同种元素，B错误；非金属单质中元素显0价，处于中间价态时，化合价既可以升高又可以降低，C错误；氧化还原反应中不一定涉及氧元素，如反应H2＋Cl2 点燃 2HCl，D错误。]
2．下列生活中的现象与氧化还原反应无关的是( )
A．铁质菜刀生锈
B．充有氢气的气球遇明火爆炸
C．铜铸雕像上出现铜绿[Cu2(OH)2CO3]
D．NaHCO3用作发酵粉
D [铁生锈是由单质生成了化合物，属于氧化还原反应；充有氢气的气球遇明火爆炸是氢气燃烧的过程，属于氧化还原反应；铜变成铜绿是铜生锈的过程，属于氧化还原反应；NaHCO3用作发酵粉的过程无元素的化合价发生变化，与氧化还原反应无关。]
3．下列反应中，属于氧化还原反应的是( )
①2KMnO4 △ K2MnO4＋MnO2＋O2↑
②H2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2HCl
③Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
④Cu2(OH)2CO3 △ 2CuO＋CO2↑＋H2O
A．①② B．②④
C．①③D．③④
C [①中Mn、O两种元素的化合价在反应前后发生了变化，③中Zn、H两种元素的化合价在反应前后发生了变化，则反应①③属于氧化还原反应。]
4．下列反应中，铁元素发生氧化反应的是( )
A．FeS＋2HCl===FeCl2＋H2S↑
B．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
C．FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O
D．Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2
B [反应FeS＋2HCl===FeCl2＋H2S↑中铁元素价态不变；反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑中铁元素由0价升高到＋2价；反应FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O中铁元素价态不变；反应Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2中铁元素由＋3价降低到0价。]
5．从化合价升降的角度分析，下列变化过程中，属于还原过程的是( )
A．MnO2→MnO4-B．CO2→HCO3-
C．ClO－→Cl－D．SO32--→SO2
C [B、D项中均没有化合价的变化，所以既不属于氧化过程也不属于还原过程；A项MnO2→MnO4-是一个化合价升高的过程，是氧化过程；C项ClO－→Cl－是一个化合价降低的过程，是还原过程。]
6．氧化还原反应与四种基本反应类型的关系如图所示，则下列反应属于丙区域的是( )
A．Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
B．2NaHCO3 △ Na2CO3＋H2O＋CO2↑
C．3Mg＋N2 △ Mg3N2
D．Cl2＋2KI===I2＋2KCl
A [由图可知，丙区域反应属于氧化还原反应，但不属于置换反应，也不属于化合反应和分解反应。则A项符合题意。]
7．下列反应中电子转移的方向和数目表示正确的是( )
C [A、D选项，单线桥上方不用写“失去”或“得到”；B选项，氧元素失电子，锰元素得电子，电子转移的方向表示错误；C选项，箭头的指向及电子转移的总数均正确。]
8．处理汽车尾气的反应为2NO＋2CO 催化剂 2CO2＋N2，关于该反应的说法正确的是( )
A．NO发生还原反应
B．CO2得到电子
C．CO被还原
D．22.4 L NO参加反应时转移4NA个电子
A [反应中氮元素的化合价降低被还原，一氧化氮为反应的氧化剂，发生还原反应，A正确；反应中碳元素的化合价升高被氧化，二氧化碳为反应的氧化产物，B错误；反应中碳元素的化合价升高被氧化，一氧化碳为反应的还原剂，被氧化，C错误；未知气体所处状况，无法计算转移电子数，D错误。]
9．饮用水中的NO3-对人类健康会产生危害，为了降低饮用水中NO3-的浓度，某饮用水研究人员提出，在碱性条件下用铝粉将NO3-还原为N2，其化学方程式为10Al＋6NaNO3＋4NaOH＋18H2O===10Na[Al(OH)4]＋3N2↑。
请回答下列问题：
(1)上述反应中，________元素的化合价升高，则该元素的原子________(填“得到”或“失去”)电子；而________元素的化合价降低，该元素发生________反应。
(2)用“双线桥法”表示反应中电子转移的方向和数目。
____________________________________________________________________。
[解析] 在上述反应中铝元素由0价变为＋3价，化合价升高，失去电子，被氧化；氮元素由＋5价变为0价，化合价降低，得到电子，被还原。
[答案] (1)Al 失去 N 还原
(2)
10．在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和发生氧化反应的物质质量之比为(NO2与H2O的反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO)( )
A．3∶1B．1∶3
C．1∶2D．2∶1
C [在反应3 eq \(N,\s\up6(+4))O2＋H2O===2H eq \(N,\s\up6(+5))O3＋ eq \(N,\s\up6(+2))O中，发生还原反应 eq \(N,\s\up6(+4))O2―→ eq \(N,\s\up6(+2))O，发生氧化反应 eq \(N,\s\up6(+4))O2―→H eq \(N,\s\up6(+5))O3，根据得失电子守恒，则发生还原反应与发生氧化反应的NO2的物质的量之比为1∶2，所以其质量比也为1∶2。]
11．下列反应中电子转移表示正确的是( )
B [电解水反应中，H原子得到1e－×4，O原子失去2e－×2，A错误；KClO3分解反应中，Cl原子得到6e－×2，O原子失去2e－×6，C错误；用两条线表示电子转移时，箭头由反应物指向反应产物，D错误。]
12．(素养题)氮化铝(AlN)被广泛应用于电子、陶瓷等工业领域。在一定条件下，AlN可通过如下反应制取：Al2O3＋N2＋3C 高温 2AlN＋3CO。下列叙述正确的是( )
A．AlN中Al元素的化合价为＋3
B．Al2O3发生氧化反应
C．上述反应中氮元素被还原，N2发生还原反应
D．上述反应中有电子的转移，是因为有元素的化合价发生变化
AC [AlN中Al元素为＋3价，A项正确；Al2O3在反应中元素化合价没有发生变化，B项错误；氮元素化合价由0价变为－3价，被还原，N2发生还原反应，C项正确；因为有电子的转移才有元素化合价的变化，而不是有元素化合价的变化才有电子的转移，D项错误。]
13．实验发现，纳米级氧化亚铜(Cu2O)会在溶液中Cl－的作用下，被溶液中溶解的O2进一步氧化，该反应离子方程式为2Cu2O＋O2＋2Cl－＋4H2O===2Cu2(OH)3Cl＋2OH－，下列有关说法正确的是( )
A．纳米氧化亚铜是一种胶体
B．若有标准状况下2.24 L O2被还原，则必有28.8 g Cu2O被氧化
C．为避免氧化亚铜被氧化，可以预先将溶液煮沸
D．为检验某溶液中是否有Cl－，可以取样，加入AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀生成
BC [纳米氧化亚铜只有分散到分散剂中才形成胶体，故A错误；标准状况下2.24 L O2的物质的量为0.1 ml，则有0.2 ml的Cu2O被氧化，其质量为28.8 g，故B正确；为避免氧化亚铜被氧化，可以预先将溶液煮沸，以除去溶解在水中的氧气，故C正确；为检验某溶液中是否有Cl－，可以取样，先加入AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀生成，若有白色沉淀生成，再加入稀硝酸，若白色沉淀不溶解，则证明有Cl－，故D错误。]
14．已知砒霜As2O3与Zn可以发生如下反应：
As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3＋6ZnSO4＋3H2O
(1)请用“双线桥法”标出电子转移的方向和数目：_______________________
_____________________________________________。
(2)As2O3在上述反应中________。
A．被氧化
B．被还原
C．既被氧化又被还原
D．既未被氧化又未被还原
(3)该反应的氧化产物是______，还原产物是______。
(4)若生成0.1 ml AsH3，则转移的电子数为________________(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
[解析] 在该反应中Zn的化合价由0价变成＋2价，共失去电子2e－×6＝12e－，Zn被氧化，得到氧化产物ZnSO4；砷元素的化合价由＋3价变成－3价，共得到电子6e－×2＝12e－，As2O3被还原，得到还原产物AsH3，该反应转移的电子总数为12，AsH3和转移的电子总数之间的关系为AsH3～6e－，所以生成0.1 ml AsH3转移电子的物质的量为0.6 ml，其个数为0.6 NA。
[答案] (1)
(2)B (3)ZnSO4 AsH3 (4)0.6NA1．氧化还原反应的特点：有化合价变化。
2．氧化还原反应的实质：电子转移。
3．氧化还原反应的规律：失升氧、得降还。
4．氧化还原反应的表示方法——单线桥法与双线桥法。
氧化还原反应概念间的联系