高中化学第三节 氧化还原反应第二课时导学案

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第二课时　氧化剂和还原剂1．能从化学反应中元素化合价的变化认识氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物等概念，熟知常见的氧化剂和还原剂，厘清相关概念间的关系。促进变化观念与平衡思想化学核心素养的发展。2．认识物质的氧化性、还原性，学会分析预测物质具有的氧化性或还原性，建立判断物质氧化性、还原性强弱的“思维模型”。  [问题探讨]1．通过阅读月饼盒中小包装袋的文字说明，分析月饼盒中为什么要放小包装袋。提示：脱氧剂中的铁粉与袋内O2发生反应，减缓油脂的氧化作用，延长月饼的保质期。2．根据脱氧剂发生的反应，分析元素化合价的变化，并指出物质在反应中起到的作用。(1)反应中，铁单质的化合价为0价，处于铁元素的最低价态，所以Fe具有还原性，作还原剂，铁元素被氧化。(2)反应中，氧元素的化合价由0价降低到－2价，O2得到电子作氧化剂，O2具有氧化性，氧元素被还原。1．基本概念(1)氧化剂和还原剂①概念氧化剂：在反应时，所含元素的化合价降低，即得到电子(或电子对偏向)的物质。还原剂：在反应时，所含元素的化合价升高，即失去电子(或电子对偏离)的物质。②实例在反应中，电子从还原剂转移到氧化剂。例如，反应③图示模型：(2)氧化产物和还原产物氧化产物：还原剂发生氧化反应后的生成物，即化合价升高的元素的产物。还原产物：氧化剂发生还原反应后的生成物，即化合价降低的元素的产物。(3)氧化性和还原性氧化性：即得到电子的能力。在氧化还原反应中，氧化剂具有氧化性。还原性：即失去电子的能力。在氧化还原反应中，还原剂具有还原性。2．氧化性、还原性和元素化合价之间的关系3．常见的氧化剂和还原剂
 物质种类常见物质氧化剂部分非金属单质O2、Cl2等含有高价态元素的化合物浓硫酸、HNO3、KMnO4、MnO2、KClO3、K2Cr2O7等某些金属活动性较弱的元素对应的高价态离子Fe3＋、Ag＋、Pb4＋、Cu2＋等过氧化物Na2O2、H2O2等还原剂活泼的金属单质Al、Zn等某些非金属单质C、H2等非金属阴离子和氢化物Cl－、Br－、I－、S2－、HI、NH3、H2S等含有较低价态元素的化合物CO、SO2、H2SO3、Na2SO3、FeSO4等[名师点拨](1)在一个氧化还原反应中，氧化剂和还原剂同时存在，它们可以是不同的物质，也可以是同一物质。例如，在反应Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O中，Cl2既是氧化剂，又是还原剂。(2)物质氧化性、还原性的强弱与得失电子的难易程度有关，而与得失电子的多少无关。例如，1 个钠原子失电子数小于1个铝原子，但还原性Na＞Al。(3)某元素由化合态变为游离态时，不一定被还原，因为元素处于化合态时，其化合价可能为正值，也可能为负值。如在反应2H2O2H2↑＋O2↑中，氢元素被还原，而氧元素被氧化。1．下列物质不能作氧化剂的是(　　)A．FeCl3 B．KMnO4C．Fe D．O2解析：选C　FeCl3中铁元素为＋3价，具有氧化性，是常见的氧化剂；KMnO4中的锰元素处于最高价态，具有氧化性，是常见的氧化剂；O2具有氧化性，是常见的氧化剂；Fe是金属单质，其中铁元素的化合价为0价，处于最低价态，只具有还原性，不能作氧化剂。2．下列变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＋解析：选A　“需要加入还原剂才能实现”，说明所给物质是氧化剂(对应某元素化合价降低)。A项，Mn元素化合价降低(＋7价→＋2价)；B项，Cl元素化合价升高(－1价→0价)；C项，S元素化合价升高(－2价→＋4价)；D项，Fe元素化合价升高(0价→＋2价)。3．下列反应中，H2O只表现出还原性的是(　　)A．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑B．2F2＋2H2O===4HF＋O2C．3NO2＋H2O===2HNO3＋NOD．2H2O2H2↑＋O2↑解析：选B　反应2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑中，氢元素化合价降低，得到电子，H2O是氧化剂，表现出氧化性，A项不符合题意；反应2F2＋2H2O===4HF＋O2中，氧元素化合价升高，失去电子，H2O是还原剂，只表现出还原性，B项符合题意；反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO中，氮元素化合价部分升高部分降低，NO2既是氧化剂又是还原剂，H2O既不是氧化剂也不是还原剂，C项不符合题意；反应2H2O2H2↑＋O2↑中，氢元素化合价降低，氧元素化合价升高，H2O既是氧化剂也是还原剂，D项不符合题意。  汽车尾气系统中安装了催化转化器(见图)，在催化转化器中，汽车尾气中的CO和NO在催化剂的作用下转化成了无毒的CO2和N2。涉及的化学反应分别是：①2NO＋2CO2CO2＋N2②2NO＋O2===2NO2[问题探讨]1．反应①②是否都是氧化还原反应？若是，请指出反应中的氧化剂和还原剂。提示：都是氧化还原反应；反应①中的氧化剂是NO，还原剂是CO；反应②中氧化剂是O2，还原剂是NO。2．反应①②中的反应物都有NO，NO在两反应中具有的性质相同吗？提示：不相同；反应①中NO具有氧化性，反应②中NO具有还原性。3．催化转化器中发生的反应对减少汽车尾气污染有何作用？提示：减少汽车尾气中有害气体(NO、CO)的排放。氧化还原反应的应用(1)汽车尾气的处理汽车尾气的主要成分是氮氧化物(NO、NO2)和碳氧化物(CO、CO2)，其中的NOx和CO都是有毒气体，直接排放会造成严重的大气污染。在一定条件下，利用氧化还原反应原理，使NOx与CO转化成无毒的N2和CO2，从而减少或消除汽车尾气对大气的污染。2NO＋2CON2＋2CO2；2NO2＋4CON2＋4CO2；2NOx＋2xCON2＋2xCO2。(2)在生产、生活中所需的各种金属大多是通过氧化还原反应从矿石中冶炼出来的；同样，金属的腐蚀一般也是氧化还原反应。(3)许多化工产品的制备，如合成氨、合成硝酸、制硫酸、电解法制烧碱等，主要反应都是氧化还原反应。(4)农业生产中，植物的光合作用、呼吸作用都是复杂的氧化还原反应。(5)日常生活中，食物的腐败就是氧化还原反应。因此袋装食品中加入脱氧剂可延长食品的保质期。1．氧化还原反应在生产、生活中具有广泛的用途。下列生产、生活中的事例不属于氧化还原反应的是(　　)A．金属冶炼 B．燃放鞭炮C．食物腐败 D．豆浆变成豆腐解析：选D　金属冶炼中金属元素的化合价降低，属于氧化还原反应；燃放鞭炮属于剧烈的氧化还原反应；食物腐败为食物缓慢氧化的过程；豆浆制豆腐涉及胶体的聚沉，不属于氧化还原反应。2．在氯氧化法处理含CN－的废水过程中，液氯在碱性条件下可以将氰化物氧化成氰酸盐(其毒性仅为氰化物的千分之一)，氰酸盐进一步被氧化为无毒物质。某厂废水中含KCN，其浓度为650 mg/L。现用氯氧化法处理，发生如下反应(其中N均为－3价)：KCN＋2KOH＋Cl2===KOCN＋2KCl＋H2O。(1)KCN中碳元素的化合价为________，KOCN中碳元素的化合价为________。(2)反应中的氧化剂是________，还原剂是________。(3)用双线桥法标出电子转移的方向和数目。解析：(1)依据化合物中元素化合价代数和为0的原则可知，KCN中碳元素的化合价为＋2价，KOCN中碳元素的化合价为＋4价。(2)反应时，KCN中碳元素的化合价升高，KCN作还原剂，Cl2中氯元素的化合价降低，Cl2作氧化剂。答案：(1)＋2价　＋4价　(2)Cl2　KCN(3)  1．氧化还原反应中反应产物的判断(1)常见氧化剂及还原产物(2)常见还原剂及氧化产物2．物质氧化性、还原性强弱的判断方法(1)根据氧化还原反应方程式判断氧化性：氧化剂>氧化产物还原性：还原剂>还原产物特点：比什么性，找什么剂，产物之性小于剂。(2)根据活动性顺序判断特点：上左下右可反应，隔之愈远愈易行。[名师点拨](1)具有氧化性的物质不一定是氧化剂，具有还原性的物质不一定是还原剂，应视具体反应而定。(2)对同一元素而言，一般价态越高，氧化性越强，如Fe3＋>Fe2＋>Fe。[拓展应用]判断氧化还原反应能否发生的方法——假设法已知物质的氧化性或还原性的强弱关系，判断某一氧化还原反应能否发生时可采用假设法。①先假设反应成立；②然后根据氧化性：氧化剂>氧化产物，还原性：还原剂>还原产物，列出假设反应中的上述关系；③结合题干信息判断该结论是否符合事实，若符合事实，则反应成立；反之，则不成立。1．已知如下反应：①2BrO＋Cl2===Br2＋2ClO；②ClO＋5Cl－＋6H＋===3Cl2＋3H2O；③2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2；④2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。下列各粒子氧化能力由强到弱的顺序正确的是(　　)A．ClO＞BrO＞Cl2＞Fe3＋＞I2B．BrO＞Cl2＞ClO＞I2＞Fe3＋C．BrO＞ClO＞Cl2＞Fe3＋＞I2D．BrO＞ClO＞Fe3＋＞Cl2＞I2解析：选C　反应①中氧化剂是BrO、氧化产物是ClO，则氧化性BrO＞ClO；同理，由反应②知，氧化性ClO＞Cl2；由反应③知，氧化性Fe3＋＞I2，由反应④知，氧化性Cl2＞Fe3＋；综上可知，氧化性为BrO＞ClO＞Cl2＞Fe3＋＞I2。2．常温下，在溶液中可发生以下反应：①2KBr＋Cl2===2KCl＋Br2；②2KI＋Cl2===2KCl＋I2；③2KI＋Br2===2KBr＋I2，由此判断下列说法正确的是(　　)A．溴元素在①和③中均被氧化B．氧化性强弱顺序：I2＞Br2＞Cl2C．还原性强弱顺序：KI＞KBr＞KClD．常温下也能进行如下反应：2KCl＋Br2===2KBr＋Cl2解析：选C　在反应①中Br元素化合价升高，失去电子，被氧化；在反应③中，Br元素化合价降低，得到电子，被还原，A错误；同一反应中，物质的氧化性：氧化剂＞氧化产物。根据反应①可知物质的氧化性：Cl2＞Br2；根据反应②可知物质的氧化性：Cl2＞I2；根据反应③可知物质的氧化性：Br2＞I2，故三种物质的氧化性由强到弱的顺序为Cl2＞Br2＞I2，B错误；同一反应中，物质的还原性：还原剂＞还原产物。根据反应①可知物质的还原性：KBr＞KCl；根据反应②可知物质的还原性：KI＞KCl；根据反应③可知物质的还原性：KI＞KBr，故三种物质的还原性由强到弱的顺序为KI＞KBr＞KCl，C正确；同一反应中，物质的氧化性：氧化剂＞氧化产物。若反应2KCl＋Br2===2KBr＋Cl2能够发生，则可得氧化性：Br2＞Cl2，这与物质的氧化性：Cl2＞Br2相违背，说明该反应不能发生，D错误。3．PbO2、KMnO4、Cl2、FeCl3、Cu2＋的氧化性依次减弱。下列反应在水溶液中不可能发生的是(　　)A．Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋B．10Cl－＋2MnO＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2OC．2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－D．5Pb2＋＋2MnO＋2H2O===5PbO2＋2Mn2＋＋4H＋解析：选D　A项，Fe3＋的氧化性比Cu2＋强，反应能发生；B项，MnO的氧化性比Cl2强，反应能发生；C项，Cl2的氧化性比Fe3＋强，反应能发生；D项，PbO2的氧化性比MnO强，所以MnO不能将Pb2＋氧化为PbO2，反应不能发生。  1．配平原则2．配平步骤(建构模型)3．配平示例配平反应：Zn＋HNO3(稀)―→Zn(NO3)2＋NO↑＋H2O标变价列变化求总数配系数(1)先配变价元素：(2)再用观察法配平其他的物质：3Zn＋8HNO3(稀)===3Zn(NO3)2＋2NO↑＋4H2O查守恒检查质量、电荷、得失电子是否守恒配平下列氧化还原反应方程式：(1)Mn2＋＋O2＋OH－―→MnO(OH)2↓(2)MnO(OH)2＋I－＋H＋―→Mn2＋＋I2＋H2O解析：(1)(2)答案：(1)2Mn2＋＋O2＋4OH－===2MnO(OH)2↓(2)MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O  绿色氧化剂——过氧化氢过氧化氢，化学式为H2O2，纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可与水以任意比例混溶，是一种强氧化剂。H2O2水溶液为无色透明液体，质量分数为3%的H2O2水溶液适用于伤口消毒、环境消毒和食品消毒。H2O2在通常情况下会缓慢分解成水和氧气，但分解速率极其慢，加快其反应速率的方法是加入催化剂二氧化锰等或用短波射线照射。H2O2在不同情况下分别体现氧化性和还原性。[实验目的]过氧化氢(H2O2)中氧元素的化合价为－1价，处于氧元素的中间价态，过氧化氢是否既具有氧化性，又具有还原性呢？设计实验证明自己的预测。[实验用品]H2O2溶液、酸性KMnO4溶液(紫红色)、KI溶液、淀粉溶液、MnO2粉末、试管、胶头滴管。[实验原理]①酸性KMnO4与H2O2反应的化学方程式：2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4(无色)＋5O2↑＋8H2O②H2O2溶液与KI溶液反应的化学方程式：2KI＋H2O2＋H2SO4===K2SO4＋I2＋2H2O[碘(I2)遇淀粉变蓝色][实验设计]实验序号实验操作实验现象①向试管中加入约1 mL酸性KMnO4溶液，逐滴加入H2O2溶液有大量无色气泡冒出，溶液紫红色褪去②向试管中加入约1 mL的KI溶液，再滴入2～3滴淀粉溶液，逐滴加入H2O2溶液溶液由无色变成蓝色③向试管中加入约5 mL的H2O2溶液再加入少量MnO2粉末，立即把带火星的木条伸入试管口有大量无色气泡产生，带火星的木条复燃[问题探讨]1．实验①中产生气泡的成分是什么？在此反应中H2O2体现了什么性质？提示：气泡的成分是O2；H2O2在反应中氧元素的化合价由－1价升高到0价，故H2O2体现了还原性。2．实验②中溶液变成蓝色的原因是什么？在此反应中H2O2体现了什么性质？提示：反应中I－被H2O2氧化成I2，I2使淀粉溶液呈蓝色。H2O2在反应中氧元素的化合价由－1价降低到－2价，故H2O2体现了氧化性。3．实验③中木条复燃的原因是什么？H2O2在此反应中体现了什么性质？提示：H2O2在MnO2的催化作用下分解产生O2，O2使木条复燃，H2O2在反应中氧元素的化合价既升高又降低，故H2O2既体现了氧化性，又体现了还原性。[方法导引]研究物质氧化性或还原性的方法(1)根据物质中所含元素化合价升或降的可能性，预测物质可能具有还原性或氧化性。若所含某元素的化合价有升高的趋势，说明该物质可能具有还原性；反之，若所含某元素的化合价有降低的趋势，说明该物质可能具有氧化性。(2)如果预测某物质具有氧化性，就需要寻找具有还原性的另一物质，通过实验检验两者能否发生氧化还原反应验证预测。相应地，如果预测某物质具有还原性，就需要寻找具有氧化性的另一物质，通过实验来验证预测。1．针对以下A～D四个涉及H2O2的反应填空：A．Na2O2＋2HCl===H2O2＋2NaClB．Ag2O＋H2O2===2Ag＋O2↑＋H2OC．2H2O22H2O＋O2↑D．3H2O2＋Cr2(SO4)3＋10KOH===2K2CrO4＋3K2SO4＋8H2O(1)H2O2仅体现氧化性的反应是________(填字母，下同)，H2O2仅体现还原性的反应是________，H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是________，H2O2既不作氧化剂又不作还原剂的反应是________。(2)请用单线桥标出D反应中电子转移的方向和数目：__________________________。反应中氧化剂是__________，被氧化的元素是________。解析：Na2O2和H2O2中氧元素的化合价是－1。A中H2O2既不是氧化剂，也不是还原剂；B中H2O2中氧元素的化合价升高，H2O2仅表现还原性；C中H2O2中氧元素的化合价既有升高也有降低，H2O2既表现氧化性，又表现还原性；D中H2O2中氧元素的化合价降低，H2O2只表现氧化性。答案：(1)D　B　C　A2．H2O2有杀菌消毒作用，医疗上常利用它来清洗伤口。回答下列问题：(1)保存过氧化氢的试剂瓶上最适合贴的标签是________(填字母)。(2)采矿废液中的氰化物(如KCN)一般用H2O2进行无毒化处理，化学方程式为KCN＋H2O2＋H2O===KHCO3＋NH3↑(KCN中N为－3价)，该反应中被氧化的元素是________(填元素名称)，体现了H2O2的________性。(3)H2O2被称为“绿色氧化剂”的原因是____________________________________。解析：(1)H2O2具有强氧化性，保存H2O2的试剂瓶上最合适的标签是B。(2)反应中碳元素化合价从＋2价升高到＋4价，碳元素被氧化。(3)H2O2作氧化剂时，其还原产物是H2O，无污染，因此H2O2被称为“绿色氧化剂”。答案：(1)B　(2)碳元素　氧化　(3)H2O2作氧化剂，其还原产物是H2O，无污染  [分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1．下列说法中，正确的是(　　)A．氧化剂本身被还原，生成氧化产物B．氧化剂是在反应中得到电子(或电子对偏向)的物质C．还原剂在反应时所含元素的化合价降低D．在一个反应中，氧化剂和还原剂不可能是同一物质解析：选B　氧化剂本身被还原，应生成还原产物，A错；还原剂在反应时所含元素的化合价应升高，C错；在一个反应中，氧化剂和还原剂可能是同一物质，如氯酸钾分解制备氧气，氯酸钾既是氧化剂又是还原剂，D错。2．下列说法正确的是(　　)A．在氧化还原反应中，氧化剂经化学变化变成还原剂B．在氧化还原反应中，氧化剂被氧化，还原剂被还原C．在氧化还原反应中，一定有电子的转移D．在化学反应中，还原剂能把其他物质氧化解析：选C　在氧化还原反应中，氧化剂经化学变化变成还原产物，A错误；在氧化还原反应中，氧化剂得到电子被还原，还原剂失去电子被氧化，B错误；氧化还原反应的特征是元素化合价的升降，实质是电子转移，故在氧化还原反应中，一定有电子的转移，C正确；在化学反应中，还原剂能把氧化剂还原，还原剂本身被氧化，D错误。3．从硫元素的化合价判断，含硫元素的下列物质只作还原剂的是(　　)A．Na2S B．SC．SO2 D．H2SO4解析：选A　硫化钠中S元素为－2价，处于最低价态，只有还原性，故A正确；硫单质中S元素为0价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性，故B错误；二氧化硫中S元素为＋4价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性，故C错误；硫酸中S元素为＋6价，处于最高价态，只有氧化性，故D错误。4．有A、B、C、D四种物质，已知它们能发生下列反应：①A2＋＋B===B2＋＋A②A2＋＋C===C2＋＋A③B2＋＋C===C2＋＋B④C2＋＋D===D2＋＋C由此可推知，各物质的氧化性、还原性强弱顺序正确的是(　　)A．氧化性：C2＋＞D2＋＞A2＋＞B2＋B．氧化性：D2＋＞C2＋＞B2＋＞A2＋C．还原性：A＞B＞C＞DD．还原性：D＞C＞B＞A解析：选D　由①知，氧化性：A2＋＞B2＋，还原性：B＞A；由②知，氧化性：A2＋＞C2＋，还原性：C＞A；由③知，氧化性：B2＋＞C2＋，还原性：C＞B；由④知，氧化性：C2＋＞D2＋，还原性：D＞C。综合①～④可得，氧化性：A2＋＞B2＋＞C2＋＞D2＋，还原性：D＞C＞B＞A。5．在下列反应中：①2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑②2F2＋2H2O===4HF＋O2③Cl2＋H2OHCl＋HClO④C＋H2O(g)CO＋H2⑤CaO＋H2O===Ca(OH)2⑥2H2O2H2↑＋O2↑试从氧化还原的角度，回答下列问题：(1)水只作氧化剂的是________。(2)水只作还原剂的是________。(3)水既不作氧化剂又不作还原剂的是________。答案：(1)①④　(2)②　(3)③⑤