高考化学一轮复习第2章物质及其变化第4讲氧化还原反应的基本概念和规律学案

第4讲　氧化还原反应的基本概念和规律

[课程标准]

1．认识有化合价变化的反应是氧化还原反应，了解氧化还原反应的本质是电子的转移，知道常见的氧化剂和还原剂。

2．认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化。

3. 知道常见的氧化还原反应，并能利用氧化还原反应等概念对常见的反应进行分类和分析说明。

4．能从元素价态的角度，依据氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化。

考点一　氧化还原反应的基本概念

1．氧化还原反应及其概念间的关系

(1)本质和特征

(2)概念之间的关系

(3)氧化还原反应与四种基本反应类型间的关系

思考：下列反应属于氧化还原反应的是①③④⑥⑧⑩，属于化合反应的是⑦⑧，属于分解反应的是⑤⑥，属于置换反应的是①④，属于复分解反应的是⑨⑪。

①Cu2S＋O22Cu＋SO2

②3O22O3

③Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

④2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

⑤CaCO3CaO＋CO2↑

⑥2H2O22H2O＋O2↑

⑦SO3＋H2O===H2SO4

⑧2Fe＋3Cl22FeCl3

⑨H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O

⑩NaH＋H2O===NaOH＋H2↑

⑪IBr＋H2O===HIO＋HBr

[点拨]

2．电子转移的表示方法

请分别用双线桥法和单线桥法表示Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目：

(1)双线桥法

3．常见的氧化剂和还原剂

(1)常见氧化剂

常见氧化剂包括某些非金属单质、含高价态元素的化合物、过氧化物等。例如：

(2)常见还原剂

常见还原剂包括活泼金属单质、非金属阴离子、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。例如：

(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。例如：

其中：Fe2＋、SO主要表现还原性，H2O2主要表现氧化性。

①氧化性：MnO>Cl2>Br2>Fe3＋>I2。

②还原性：S2－>SO(或H2SO3)>I－>Fe2＋>Br－>Cl－。

题组一　氧化还原反应中相关概念的理解

1．某种飞船以N2H4和N2O4为动力源，发生反应：2N2H4＋N2O4===3N2＋4H2O，反应温度高达2 700 ℃，对于该反应，下列说法正确的是(　　)

A．该反应属于置换反应

B．N2H4是氧化剂

C．N2O4是还原剂

D．N2既是氧化产物又是还原产物

解析：选D。该反应的反应物中无单质，不属于置换反应；该反应实际上是不同价态的氮元素之间发生的归中反应，N2H4是还原剂，N2O4是氧化剂，N2既是氧化产物又是还原产物。

2．制备氰氨基化钙的化学方程式为CaCO3＋2HCN===CaCN2＋CO↑＋H2↑＋CO2↑，下列说法正确的是(　　)

A．氢元素被氧化，碳元素被还原

B．HCN是氧化剂，CaCO3是还原剂

C．CaCN2是氧化产物，H2为还原产物

D．CO为氧化产物，H2为还原产物

解析：选C。该题最关键的一点是分析各元素的化合价变化，难点是确定碳元素在HCN和CaCN2中的化合价，从反应物CaCO3到生成物CO2，碳元素的化合价均为＋4价，没有改变，再从生成物H2分析发现氢元素的化合价降低，显然HCN中H得电子，HCN是氧化剂，而CaCO3中的各元素化合价均无变化，则还原剂也必是HCN，其中的碳元素一定被氧化，在HCN中碳元素为＋2价，CO中的碳元素也为＋2 价，则CaCN2中的碳元素为＋4价，故CaCN2为氧化产物。

题组二　氧化还原反应中电子转移的分析方法

3．下列化学方程式中电子转移方向、数目表示正确的是(　　)

答案：D

4．(双选)在硫酸工业里，焙烧硫铁矿(FeS2)制取SO2的反应为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。下列有关说法不正确的是(　　)

A．FeS2做还原剂，铁元素被还原

B．Fe2O3和SO2 都既是氧化产物又是还原产物

C．每生成1 mol Fe2O3，有4 mol硫原子被氧化

D．每氧化1 mol硫原子，转移电子5 mol

解析：选AD。FeS2做还原剂，铁元素被氧化，A错误；铁元素和硫元素的化合价均升高，氧气中氧元素的化合价降低，因此Fe2O3和SO2都既是氧化产物又是还原产物，B正确；根据化学方程式可知，每生成1 mol Fe2O3，有4 mol 硫原子被氧化，C正确；每氧化1 mol硫原子，有  mol氧气反应，转移电子  mol×4＝5.5 mol，D错误。

氧化还原反应中电子转移数目的分析

(1)基本方法：先标出熟悉元素的化合价，再根据化合物中各元素的正负化合价的代数和为零的原则求解其他元素的化合价。

(2)熟记常见元素的化合价：一价氢、钾、钠、氟、氯、溴、碘、银；二价氧、钙、钡、镁、锌；三铝、四硅、五价磷；说变价也不难，二三铁、二四碳、二四六硫都齐全；铜汞二价最常见。

(3)明确一些特殊物质中元素的化合价

CuFeS2：Cu＋2　Fe＋2　S－2　K2FeO4：Fe＋6　Li2NH、LiNH2、AlN：N－3　Na2S2O3：S＋2　MO：M＋5　C2O：C＋3　HCN：C＋2　N－3　CuH：Cu＋1　H－1　 FeO：Fe＋(8－n)　Si3N4：Si＋4　N－3　

题组三　物质氧化性、还原性的判断

5．下列各组物质中只具有还原性的是(　　)

A．F－、CO2、Na

B．Na、I－、Zn

C．Fe3＋、SO、NO

D．Fe3＋、O2、H2O2

解析：选B。 Na、Zn是金属单质，只具有还原性，I－处于碘元素的最低价态，只具有还原性。

6．前几年，部分巨能钙被检出含有双氧水，而双氧水有致癌性，可加速人体衰老，因此国家卫健委已开始加紧调查巨能钙。下列有关说法错误的是(　　)

A．H2O2、Na2O2都属于过氧化物，都存在共价键

B．双氧水是绿色氧化剂，可做医疗消毒剂

C．H2O2既有氧化性，又有还原性，与Cl2、KMnO4反应时表现H2O2的氧化性

D．H2O2做漂白剂是利用其氧化性，漂白原理与HClO类似、与SO2不同

解析：选C。A项，过氧根离子中的氧原子和氧原子之间就是共价键；B项，双氧水有氧化性，其还原产物为水，是绿色氧化剂；C项，H2O2既有氧化性，又有还原性，遇到强氧化剂时表现还原性；D项，双氧水的漂白原理是其氧化性的表现，二氧化硫的漂白性是其和有机色质的结合过程，不是氧化性作用的结果。

考点二　氧化性、还原性的强弱规律

1．氧化性、还原性的含义及判断

(1)氧化性：指得电子的性质(或能力)；还原性：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，Na比Al活泼，更易失去电子，所以Na比Al的还原性强。

(3)从元素的价态判断

①最高价态——只有氧化性，如H2SO4、KMnO4等。

②最低价态——只有还原性，如金属单质、Cl－、S2－等。

③中间价态——既有氧化性又有还原性，如Fe2＋、S、Cl2等。

2．氧化性、还原性强弱的比较方法

(1)依据反应原理

氧化性：氧化剂＞氧化产物；

还原性：还原剂＞还原产物。

(2)依据金属、非金属的活动性顺序

(3)依据反应条件及反应的剧烈程度

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，如是否加热、有无催化剂和反应物浓度大小等。

例如：根据2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑，可以推知还原性：Na＞Mg。

(4)依据产物中元素价态的高低

相同条件下不同氧化剂作用于同一种还原剂，氧化产物价态高的其氧化性强。

例如：根据2Fe＋3Cl22FeCl3，Fe＋SFeS，可以推知氧化性：Cl2＞S。

题组一　依据方程式判断氧化性、还原性的强弱

1．(2021·湖南适应性考试)已知反应：2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O，下列关于该反应说法错误的是(　　)

A．氧化性：NaClO3>Cl2

B．当反应中有2 mol e－转移时，被氧化的HCl为4 mol　

C．氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2

D．产物ClO2和Cl2都可以用于自来水消毒杀菌

解析：选B。在反应2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O中，氯酸钠中氯元素的化合价降低被还原做氧化剂，对应的二氧化氯是还原产物，氯化氢中氯元素的化合价升高被氧化做还原剂，对应的氯气是氧化产物，据此回答问题。A.由分析可知，氯酸钠是氧化剂，氯气是氧化产物，在同一个氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，则氧化性：NaClO3>Cl2，故A不选；B.当反应中有2 mol e－转移时，氯化氢中氯元素的化合价由－1价升高到0价，则被氧化的氯化氢为2 mol ，故B选；C.由分析可知，氯气是氧化产物，二氧化氯是还原产物，由反应2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O 可知，氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2，故C不选；D.产物二氧化氯和氯气都具有氧化性，可以用于自来水消毒杀菌，故D不选。

2．(双选)已知下列实验事实：

①Cr2O3固体既能溶于KOH溶液得到KCrO2溶液，又能溶于硫酸得到Cr2(SO4)3溶液；

②向KCrO2溶液中滴加H2O2溶液，再酸化，可得K2Cr2O7溶液；

③将K2Cr2O7溶液滴入淀粉和KI的混合溶液中，溶液变蓝。

下列判断不正确的是(　　)

A．化合物KCrO2中Cr元素为＋3价

B．实验①证明Cr2O3是两性氧化物

C．实验②证明H2O2既有氧化性又有还原性

D．实验③证明氧化性：Cr2O＜I2

解析：选CD。化合物KCrO2中K为＋1价，O为－2价，所以Cr为＋3价，选项A正确；由实验①可知，Cr2O3可以与氢氧化钾和硫酸反应得到盐和水，所以Cr2O3是两性氧化物，选项B正确；向KCrO2溶液中滴加H2O2溶液，再酸化，可得K2Cr2O7溶液，这个过程表现的是H2O2的氧化性，与其还原性无关，选项C错误；将K2Cr2O7溶液滴入淀粉和KI的混合溶液中，溶液变蓝，说明K2Cr2O7将I－氧化为I2，所以氧化性：Cr2O>I2，选项D错误。

题组二　依据氧化性、还原性的强弱判断氧化还原反应能否发生

3．在一定条件下，下列微粒的还原性强弱顺序为Cl－＜Br－＜Fe2＋＜I－＜SO2，由此判断以下各反应在溶液中不能发生的是(　　)

A．2Fe3＋＋SO2＋2H2O ===2Fe2＋＋SO＋4H＋

B．2Fe2＋＋Cl2 ===2Fe3＋＋2Cl－

C．2Br－＋4H＋＋SO===SO2↑＋Br2＋2H2O

D．I2＋SO2＋2H2O ===4H＋＋SO＋2I－

解析：选C。由题意“还原性强弱顺序为Cl－＜Br－＜Fe2＋＜I－＜SO2”可知，还原性Br－＜SO2，C项违背氧化还原反应的强弱规律，正确的写法应为SO2＋Br2＋2H2O===2Br－＋4H＋＋SO。

4．硫氰[(SCN)2]的化学性质和卤素(X2)类似，称为拟卤素，如(SCN)2＋H2O===HSCN＋HSCNO。已知：阴离子的还原性强弱顺序为Cl－<Br－<SCN－<I－。下列说法不正确的是(　　)

A．Cl2可以与KSCN溶液反应

B．(SCN)2可以与KI溶液反应

C．KSCN溶液可以与FeCl3溶液反应

D．(SCN)2可以与KBr溶液反应

解析：选D。已知：阴离子的还原性强弱顺序为Cl－<Br－<SCN－<I－，故对应分子的氧化性强弱顺序为Cl2>Br2>(SCN)2>I2，故(SCN)2不能将Br－氧化，D错误。

考点三　“价态”规律与“先后”规律

1．“价态”规律

(1)升降规律：氧化还原反应中，化合价有升必有降，升降总值相等。

(2)价态归中规律

含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时，该元素价态的变化一定遵循“高价＋低价―→中间价”，而不会出现交叉现象。简记为“两相靠，不相交”。

如H2S与浓硫酸的反应：

(×)

  (√)

(3)歧化反应规律

具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应，遵循“中间价―→高价＋低价”。如Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

2．“先后”规律

(1)同时含有几种还原剂时将按照还原性由强到弱的顺序依次反应。如向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)同时含有几种氧化剂时将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应。如向含有Fe3＋、Cu2＋、H＋的溶液中加入铁粉，因为氧化性：Fe3＋＞Cu2＋＞H＋，所以铁粉先与Fe3＋反应，然后依次与Cu2＋、H＋反应。

题组一　“价态”规律的应用

1．氯气跟氢氧化钾溶液在一定条件下发生反应：Cl2＋KOH―→KX＋KY＋H2O(未配平)，KX在一定条件下能自身发生反应：KX―→KY＋KZ(未配平，KY与KZ的物质的量之比为1∶3)。以上KX、KY、KZ均是一元酸的钾盐，由以上条件推知在KX中氯元素的化合价是(　　)

A．＋1　　　　　　　　　 B．＋3

C．＋5 D．＋7

解析：选C。Cl2＋KOH―→KX＋KY＋H2O是Cl2的歧化反应，KX、KY中的氯元素分别显正价和－1价；由于KX也能发生歧化反应：KX―→KY＋KZ，可断定KY为KCl，化合价高低：Z中Cl>X中Cl(均为正价)。假设KX中Cl的化合价为＋a价，KZ中Cl的化合价为＋b价，依据化合价升降相等及KX―→KY＋3KZ，有a＋1＝3(b－a)，把a＝1、a＝3、a＝5代入上式讨论，可知a＝5时，b＝7符合题意，则KX中Cl的化合价为＋5。

2．(双选)(2021·郑州高三模拟)LiAlH4是重要的储氢材料，可与水发生反应：LiAlH4＋2H2O===LiAlO2＋4H2↑。下列说法中正确的是(　　)

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1∶2

解析：选AD。由化学方程式可知，LiAlH4中H由－1价升高为0价，被氧化，是还原剂，H2O中H由＋1价降低为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；由化学方程式可知，每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，H2O为氧化剂，还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2，D项正确。

题组二　“先后”规律的应用

3．在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01 mol 的酸性混合溶液中加入0.01 mol铁粉，经搅拌后发生的变化应是(　　)

A．铁溶解，析出0.01 mol Ag和0.005 mol Cu

B．铁溶解，析出0.01 mol Ag并放出H2

C．铁溶解，析出0.01 mol Ag，溶液中不再有Fe3＋

D．铁溶解，析出0.01 mol Ag，溶液中不再有Cu2＋

解析：选C。因为氧化性：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Zn2＋，所以先发生反应2Ag＋＋Fe===2Ag＋Fe2＋，其中0.005 mol的铁粉与0.01 mol 的AgNO3反应，析出0.01 mol Ag，再发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，其中剩余的0.005 mol铁粉与0.01 mol的Fe(NO3)3反应，溶液中不再有Fe3＋。

4．(双选)(2021·济南高三模拟)向含有Fe2＋、I－、Br－的溶液中通入适量Cl2，溶液中各种离子的物质的量变化如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)

A．线段BC代表Fe3＋物质的量的变化情况

B．原混合溶液中c(FeBr2)＝6 mol·L－1

C．当通入2 mol Cl2时，溶液中已发生的离子反应可表示为2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===2Fe3＋＋Br2＋4Cl－

D．原溶液中n(Fe2＋)∶n(I－)∶n(Br－)＝2∶1∶3

解析：选BC。根据还原性：Br－＜Fe2＋＜I－，线段AB代表I－物质的量的变化情况，线段BC代表Fe3＋物质的量的变化情况，线段DE代表Br－物质的量的变化情况，A项正确；溶液体积未知，无法计算浓度，B项错误；当通入2 mol Cl2时，溶液中已发生的离子反应可表示为2Fe2＋＋2I－＋2Cl2===2Fe3＋＋I2＋4Cl－，C项错误；根据三段消耗氯气的量可知，原溶液中n(Fe2＋)∶n(I－)∶n(Br－)＝2∶1∶3，D项正确。

1．(2020·浙江7月选考)反应MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是(　　)

A．1∶2　　　　　　　　　　 B．1∶1

C．2∶1 D．4∶1

解析：选B。根据化合价变化可找出氧化剂和还原剂，氧化剂得电子，所含元素化合价降低，则二氧化锰是氧化剂，氧化剂对应的生成物是还原产物，则MnCl2为还原产物；还原剂失电子，所含元素化合价升高，则HCl为还原剂，还原剂对应的生成物是氧化产物，则Cl2为氧化产物，氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶1。

2．(2020·新高考山东卷)下列叙述不涉及氧化还原反应的是(　　)

A．谷物发酵酿造食醋

B．小苏打用作食品膨松剂

C．含氯消毒剂用于环境消毒

D．大气中NO2参与酸雨形成

解析：选B。谷物发酵酿造食醋过程中CH3CH2OH转化为CH3COOH属于氧化还原反应，A项不符合题意；小苏打用作食品膨松剂利用的是NaHCO3受热分解会放出CO2的性质，不涉及氧化还原反应，B项符合题意；含氯消毒剂具有较强的氧化性，消毒时发生氧化还原反应，C项不符合题意；大气中的NO2形成酸雨时发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，该反应属于氧化还原反应，D项不符合题意。

3. (2018·高考北京卷)下列实验中的颜色变化，与氧化还原反应无关的是(　　)

解析：选C。NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，发生反应：2NaOH＋FeSO4===Fe(OH)2↓＋Na2SO4，生成白色沉淀Fe(OH)2，Fe(OH)2迅速被空气中的氧气氧化为红褐色的Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，后一过程发生了氧化还原反应，A项不符合题意；氯水中含有HCl和HClO，溶液呈酸性，能使石蕊溶液变红，次氯酸具有强氧化性，能将红色物质氧化，溶液红色褪去，该过程发生了氧化还原反应，B项不符合题意；Na2S溶液滴入AgCl浊液中，发生了沉淀的转化：Na2S＋2AgClAg2S＋2NaCl，此过程中不涉及氧化还原反应，C项符合题意；将铜丝插入稀硝酸中，发生反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成无色气体NO，NO能与空气中的氧气发生反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2===2NO2，这两步反应都是氧化还原反应，D项不符合题意。

1．(2021·重庆选择考模考)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，有强还原性，在空气中极易被氧化。用NaHSO3还原法制备保险粉的流程如下：

下列说法错误的是(　　)

A．反应1说明酸性：H2SO3＞H2CO3

B．反应1结束后，可用盐酸酸化的 BaCl2溶液检验NaHSO3是否被氧化

C．反应2中消耗的氧化剂和还原剂的物质的量之比为 1∶2　

D．反应2最好在无氧条件下进行

解析：选C。A.反应1为二氧化硫通入碳酸钠溶液生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，则说明酸性：H2SO3>H2CO3，A正确；B.反应1结束后，溶液中溶质为亚硫酸氢钠，不与氯化钡反应，若加入盐酸酸化的 BaCl2溶液，出现白色沉淀，则沉淀为硫酸钡，可证明NaHSO3被氧化，B正确；C.反应2为2NaHSO3＋Zn===Na2S2O4＋Zn(OH)2 ，亚硫酸氢钠中硫的化合价从＋4价降低到＋3价，还原剂是锌，化合价从0价升高到＋2价，消耗的氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1，C错误；D.连二亚硫酸钠有强还原性，在空气中极易被氧化，故反应2最好在无氧条件下进行，D正确。

2．(双选)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反应回收S，其物质转化如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．在转化过程中化合价不变的元素只有Cu和Cl

B．由图示的转化可得出氧化性的强弱顺序：O2>Fe3＋>S

C．在转化过程中能循环利用的物质只有FeCl2

D．反应中当有34 g H2S转化为硫单质时，保持溶液中Fe3＋的量不变，需要消耗O2的质量为16 g

解析：选BD。根据题图中各元素化合价可知，Cu元素化合价都是＋2价、H元素化合价都是＋1价、Cl元素化合价都是－1价，所以化合价不变的是Cu、H、Cl元素，故A错误；转化过程中O2把Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋把硫离子氧化为S，则氧化性的强弱顺序为O2＞Fe3＋＞S，故B正确；根据图示，反应的本质是空气中的氧气氧化H2S转化为S和水，在转化过程中能循环利用的物质有FeCl2、CuCl2、FeCl3，故C错误；H2S转化为硫单质，硫元素的化合价从－2价变成0价，氧元素的化合价从0价变成－2价，依据得失电子数相等，所以2H2S～O2，当有34 g H2S转化为硫单质时，保持溶液中Fe3＋的量不变，需要消耗O2的质量为××32 g/mol＝16 g，故D正确。