高中化学第一章 物质及其变化第三节 氧化还原反应优质导学案

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1.通过分析元素化合价的变化，掌握氧化还原反应的判断方法，建立氧化还原反应的认知模型。（证据推理与模型认知）。
2.通过对比氧化还原反应与四种基本反应类型，理清反应之间的关系。
3.通过氧化还原反应概念的进阶，知道氧化还原反应的本质是电子转移，能分析简单氧化还原反应中电子转移的方向和数目，发展变化观念与平衡思想的核心素养。
【探索新知】
阅读教材23页科学史话：氧化还原反应概念的发展。
一、多角度认识氧化还原反应
1、从得失氧的角度认识氧化还原反应
【思考与讨论】请根据初中学习过的氧化反应和还原反应的知识，分析以下反应，完成下表
2CuO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑，Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
结论：一种物质得到氧发生 氧化 反应，必然有一种物质失去氧发生 还原 反应。也就是说，氧化反应和还原反应是在一个反应中同时发生的，这样的反应称为氧化还原反应。
(1)氧化反应和还原反应
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①氧化反应：物质得到氧的反应叫做氧化反应，如：S + O2SO2 C + O2CO2
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②还原反应：物质失去氧的反应叫做还原反应，如：H2＋CuOCu＋H2O
2、从元素化合价升降的角度认识氧化还原反应
【思考与讨论】请标出以下反应中各物质所含元素的化合价，比较反应前后价态有无变化
2CuO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑， Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
对比归纳：得失氧物质与化合价升价的关系
得氧物质：碳和一氧化碳发生 氧化 反应时，相应元素化合价 升高 。
失氧物质：氧化铜和氧化铁发生 还原 反应时，相应元素化合价 降低 。
结论：凡是有元素 化合价改变 的反应都是氧化还原反应，物质所含元素化合价升高 的反应称为氧化反应，物质所含元素化合价 降低 的反应称为还原反应。
(1)氧化还原反应的定义：凡是有元素化合价升降的化学反应称之为氧化还原反应
(2)氧化还原反应的特征：反应前后元素的化合价发生变化
(3)氧化反应和还原反应
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①氧化反应：物质所含元素化合价升高的反应叫做氧化反应
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②还原反应：物质所含元素化合价降低的反应叫做还原反应
3、从电子转移的角度认识氧化还原反应
(1)化学反应的实质：化学反应的实质是原子之间的重新组合。从原子结构来看，原子核外的电子是分层排布的。原子核外电子的排布，特别是最外层的电子数目与化学反应有密切关系。化合价的升降与电子转移密切相关。
利用原子结构示意图，从微观角度进行分析Na与Cl2反应、H2与Cl2反应的本质。
氯化钠的形成过程是通过得失电子形成的，当钠与氯气反应时，钠原子失去最外层1个电子，成为具有稳定结构的Na＋，氯原子最外层得到1个电子，成为具有稳定结构的Cl－，这样双方最外层电子层都达到了8个电子的稳定结构，钠元素的化合价由0价升高为＋1价，被氧化，发生了氧化反应，氯元素的化合价由0价降低为－1价，被还原，发生了还原反应。
氢原子的最外电子层上有1个电子，可获得1个电子而形成2个电子的稳定结构，氯原子的最外层电子层上有7个电子，也可获得1个电子而形成最外层8个电子的稳定结构，氢气和氯气反应时，双方各以最外层的1个电子组成一个共用电子对，这个电子对受两个原子核的共同吸引，使双方最外层都达到稳定结构。由于氯原子对共用电子对的吸引力比氢原子稍强一些，因而共用电子对偏向于氯原子而偏离于氢原子，使氢元素的化合价从0价升高到+1价，被氧化，氯元素的化合价从0价降低到－1价，被还原。在这个反应中，没有电子的得失，只是发生了共用电子对的偏移，氢气发生了氧化反应，氯气发生了还原反应
归纳总结：氧化还原反应的重要特征与本质
氧化还原反应定义：有电子转移（得失或偏移）的反应（微观），其特征为有元素化合价升降（宏观）。
【课堂练习1】
1、下列化学反应中，不属于氧化还原反应的是( )
A．Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ B．2NO＋O2===2NO2
C．CuO＋H2Cu＋H2O D．CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl
【答案】D
【解析】选项A中镁元素的化合价由0价升高到＋2价，氢元素的化合价由＋1价降到0价；选项B中氮元素的化合价由＋2价升高到＋4价，氧元素的化合价由0价降到－2价；选项C中氢元素的化合价由0价升高到＋1价，铜元素的化合价由＋2价降到0价；选项D中各元素的化合价都无变化。
2、下列化学反应中，既是离子反应，又是氧化还原反应的是( )
A．2NaOH＋H2SO4===Na2SO4＋2H2O B．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
C．BaCl2＋H2SO4===BaSO4↓＋2HCl D．H2＋CuOCu＋H2O
【答案】B
3、从元素化合价变化的角度分析，下列反应中，画线的物质发生氧化反应的是( )
A．SO2＋2NaOH===Na2SO3 ＋ H2O B．2CuO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2Cu ＋ CO2↑
C．2FeCl3＋Fe===3FeCl2 D．Zn＋2HCl===ZnCl2＋ H2↑
【答案】C
【解析】该反应不是氧化还原反应，A错误；CuO→Cu，铜元素由＋2价降到0价，发生还原反应，B错误；Fe→FeCl2，铁元素由0价升高到＋2价，发生氧化反应，C正确；HCl→H2，氢元素由＋1价降到0价，发生还原反应，D错误。
4、下列说法正确的是( )
A．有单质参加的化学反应都是氧化还原反应
B．只有所有元素化合价都发生变化的化学反应才是氧化还原反应
C．氧化还原反应中金属元素的化合价一定升高
D．某些氧化还原反应中，仅有一种元素的化合价发生了变化
【答案】D
【解析】A项，有单质参加的反应不一定是氧化还原反应；B项，只要有一种元素的化合价发生变化，该反应就是氧化还原反应，错误；C项，在KMnO4受热分解的反应中，Mn元素的化合价从＋7价分别降到＋6价和＋4价，错误；D项，反应H2S＋H2SO4(浓)===SO2↑＋S↓＋2H2O中，只有S元素的化合价发生了变化，正确。
二、氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
从化合价变化角度判断以下反应是不是氧化还原反应，并思考氧化还原反应与四种基本反应类型的关系。①2NO＋O2===2NO2 ②CO2＋CaO===CaCO3 ③NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O
④2KClO3eq \(=====,\s\up11(MnO2),\s\d4(△))2KCl＋3O2↑ ⑤Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑ ⑥Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu
⑦HCl＋KOH===KCl＋H2O ⑧BaCl2＋Na2SO4===BaSO4↓＋2NaCl ⑨Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
(1)既是氧化还原反应又是化合反应的为①(填序号，下同)。
(2)属于非氧化还原反应的为②③⑦⑧。
(3)不属于四种基本反应类型的为⑨。
(4)属于置换反应的为_⑤⑥__。
小结：氧化还原反应与四种基本反应类型之间的关系
【课堂练习2】
1．下列反应不属于四种基本反应类型，但属于氧化还原反应的是
A．Fe+CuSO4=FeSO4+CuB．3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
C．AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3D．2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2↑
【答案】B
【解析】A．Fe+CuSO4=FeSO4+Cu属于置换反应，也属于氧化还原反应，选项A不选；
B．3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2不属于四种基本反应类型，但属于氧化还原反应，选项B选；
C．AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3属于复分解反应，不属于氧化还原反应，选项C不选；
D．2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2↑属于分解反应，也属于氧化还原反应，选项D不选。
2．下列四种基本反应类型中，一定是氧化还原反应的是
A．化合反应 B．分解反应C．置换反应 D．复分解反应
【答案】C
【解析】有元素化合价发生变化的反应称为氧化还原反应，而元素化合价不发生变化的反应称为非氧化还原反应，单质中元素化合价是0，化合物中元素化合价代数和为零，四种基本反应类型中，置换反应是单质与化合物反应生成单质与化合物的反应，一定是氧化还原反应的是置换反应，故选C。
三、氧化还原反应中电子转移的表示方法
1、双线桥法：表示反应前后同一元素由反应物转化为生成物时电子转移的情况
① 标价态：标出反应前后有化合价变化的元素的化合价，明确变价元素的化合价升降关系
② 连双线：在反应物到生成物之间画一个线桥，箭头出发和指向的是有化合价变化的同一种元素，一条线始于被氧化的物质中的升价元素止于产物中相应的元素，另一条线始于被还原的物质中的降价元素止于产物中相应的元素
③ 注得失：标出“失去”或“得到”的电子总数
得失电子的总数(发生价态变化的原子个数×有价态变化的元素的一个原子转移的电子数)。
如：

2、单线桥法：表示反应过程中不同元素原子间的电子转移情况
① 标价态：标出反应前后有化合价变化的元素的化合价，明确变价元素的化合价升降关系
② 连单线：用线桥将反应物中失电子的元素和得电子的元素连接起来，箭尾指向失电子的元素，箭头指向得电子的元素。注意：线桥只在反应物中，不跨越“===”与生成物相连。
③ 注数目：在线桥上注明电子转移的数目。注意：只写数目，不标得失。如：

【小结】：在氧化还原反应中，氧化剂得到电子的总数等于还原剂失去电子的总数，即化合价升降总数相等
即：在氧化还原反应中，转移的电子数===氧化剂得到电子的总数===还原剂失去电子的总数
【课堂练习3】
1．下列化学反应中电子转移的表示方法一定不正确的是
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】A．氧化铁作氧化剂，得到6个电子，一氧化碳作还原剂，失去6个电子，得失电子守恒，A正确；
B．磷作还原剂失去20个电子，氧气作氧化剂，得到20个电子，得失电子守恒，B正确；
C．钠作还原剂失去2个电子，硫作氧化剂，得到2个电子，C错误；
D．硫化氢作还原剂失去4个电子，二氧化硫作氧化剂得到4个电子，得失电子守恒，D正确；
2．下列单、双线桥的表示方法正确的是
A．B．
C．D．
【答案】C
3．用双线桥法标出下列反应电子转移的方向和数目。
(1)4HCl(浓)＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2O (2)2KClO32KCl＋3O2↑
(3)Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O (4) S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O
【答案】
（1） （2）

（4）
【课后作业】
【基础过关练】
1.我国“四大发明”在应用过程中一定涉及氧化还原反应的是( )
【答案】A
【解析】黑火药爆炸发生的反应为S+2KNO3+3C K2S+3CO2↑+N2↑,该过程一定涉及氧化还原反应。
2.下列属于氧化还原反应的是( )
A.NaOH+HCl NaCl+H2O B.Zn+2HCl ZnCl2+H2↑
C.2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑ D.CuO+2HCl CuCl2+H2O
【答案】B
【解析】氧化还原反应中有元素化合价的变化,A、C、D中没有化合价的变化,故不属于氧化还原反应,B中锌和氢元素化合价有变化,所以B项反应属于氧化还原反应。
3.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
【答案】A
【解析】氧化还原反应中一定有元素化合价的变化,但不一定有氧的得失;元素化合价升高发生的反应是氧化反应;Fe3+转化为Fe2+,铁元素的化合价降低,发生的是还原反应。
4.关于氧化还原反应,下列说法正确的是( )
①氧化剂发生氧化反应 ②氧化剂具有氧化性
③某元素在反应中由化合物转化为单质,该元素一定被氧化
④物质所含元素化合价变化是判断氧化还原反应的依据
⑤失电子越多的还原剂,其还原性越强
A.①②④ B.②③④ C.②④ D.②④⑤
【答案】C
【解析】①氧化还原反应中所含元素化合价降低的物质为氧化剂,氧化剂得电子,发生还原反应,故错误;②氧化剂具有氧化性,故正确;③某元素在反应中由化合物转化为单质,该元素的化合价可能升高,也可能降低,元素可能被氧化,如Cl-→Cl2,也可能被还原,如Cu2+→Cu,故错误;④存在元素化合价变化的反应是氧化还原反应,所以物质所含元素化合价变化是判断氧化还原反应的依据,故正确;⑤还原性与失电子能力有关,与失电子数目无关,越易失电子,还原性越强,故错误。
5.氧化还原反应与四种基本反应类型的关系如图所示,则下列化学反应属于3区域的是( )
A.Cl2+2KBr Br2+2KCl
B.2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
C.4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
D.2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑
【答案】D
【解析】Cl2+2KBr Br2+2KCl属于置换反应,不符合,A项错误;2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑属于分解反应,不符合,B项错误;4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3属于化合反应,不符合,C项错误;2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑不属于化合反应、分解反应、置换反应,氧元素化合价一部分升高到0价,一部分降低到-2价,属于氧化还原反应,D项正确。
【能力提升练】
1.《中国诗词大会》带动全民重温那些曾经学过的古诗词,分享诗词之美,感受诗词之趣,从古人的智慧和情怀中汲取营养,涵养心灵。思考下列诗句涉及氧化还原反应的是( )
A.大漠孤烟直,长河落日圆 B.春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干
C.明月松间照,清泉石上流 D.粉骨碎身全不怕,要留清白在人间
【答案】B
【解析】“大漠孤烟直,长河落日圆”“明月松间照,清泉石上流”都没有发生化学变化,不涉及氧化还原反应,A、C两项不符合题意;B项中“蜡炬成灰”涉及物质的燃烧,属于氧化还原反应,符合题意;D项中“粉骨碎身全不怕,要留清白在人间”实质是碳酸钙的分解和氧化钙与水的反应,都没有元素化合价的变化,不属于氧化还原反应,不符合题意。
2.下列有关氧化还原反应的说法正确的是( )
A.在反应中不一定所有元素的化合价都发生变化
B.一种元素被氧化,肯定有另一种元素被还原
C.元素由化合态变成游离态一定发生还原反应
D.金属阳离子在反应中可以被氧化也可以被还原
【答案】AD
【解析】在氧化还原反应中存在化合价的升降,但并非所有元素的化合价都发生变化,如H2+CuO Cu+H2O,其中氧元素化合价不变,A项正确;在反应Cl2+H2O HCl+HClO中,氯元素既被氧化又被还原,B项错误;在反应2H2O 2H2↑+O2↑中,氧元素由-2价(化合态)变成0价(游离态),发生了氧化反应,C项错误;Fe2+在反应中既可以被氧化,又可以被还原,D项正确。
3.下列反应中,电子转移的表示方法正确的是( )
A.
B.
C.
8H2O
D.
【答案】C
【解析】SiO2→Si,硅元素化合价由+4价降低到0价,得到电子,C→CO,碳元素化合价由0价升高到+2价,失去电子,A错误;2Na→2NaOH,共失去2e-,B错误;Cu→CuSO4,铜元素化合价升高,失电子,H2SO4→SO2,硫元素化合价降低,得电子,箭头指向错误,D错误。
4.天然气中含有硫化氢(H2S),H2S燃烧时会产生有毒气体SO2,如何高效脱去天然气中的硫化氢(以下简称脱硫)是化学工作者始终关注的问题,某脱硫新工艺原理图如下图所示,回答有关问题。
(1)过程ⅱ反应的化学方程式可表示为aFeSO4+O2+2H2SO4 bFe2(SO4)3+2H2O。则a= ,发生还原反应的物质是 ,氧化产物是 ,该反应
(填“是”或“不是”)四种基本反应类型中的一种。
(2)写出过程ⅰ中H2S发生反应的化学方程式并用双线桥表示出电子转移方向与数目: ,该反应中氧化剂是 。
【答案】(1)4 O2 Fe2(SO4)3 不是
(2) Fe2(SO4)3
【解析】(1)由质量守恒定律知:a=2b,a+2=3b,解得b=2、a=4。反应中铁元素的化合价升高、氧元素的化合价降低,故O2发生还原反应,Fe2(SO4)3是氧化产物。该反应中三种反应物生成两种产物,与四种基本反应类型中的任何一种均不相符。(2)由图知,过程ⅰ中明确给出的反应物是Fe2(SO4)3、H2S,生成物有FeSO4、S,可先写出H2S+Fe2(SO4)3 2FeSO4+S↓,然后根据质量守恒可知生成物中还有H2SO4。物质
反应物
发生的反应(氧化反应或还原反应)
得氧物质
C、CO
氧化反应
失氧物质
2CuO、Fe2O3
还原反应
NaCl的生成机理
反应过程中相应变化关系图
HCl的生成机理
反应过程中相应变化关系图