2021学年第3节 氧化还原反应导学案及答案

氧化剂和还原剂　氧化还原反应的应用

一、氧化剂和还原剂

1．氧化剂和还原剂的相关概念

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

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＋H2O

③2HClH2↑＋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。

分析下列六大反应，探究以下问题：

①Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

②2KClO32KCl＋3O2↑

③Mg＋SMgS

④S＋O2SO2

⑤2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O

⑥Fe＋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－→Cl2

C．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∶1

C．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＋H2SO4

②2FeCl3＋2HI===2FeCl2＋2HCl＋I2

③3FeCl2＋4HNO3===2FeCl3＋Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O

A．H2SO3＞I－＞Fe2＋＞NO

B．I－＞Fe2＋＞H2SO3＞NO

C．Fe2＋＞I－＞H2SO3＞NO

D．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。]

[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)

(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↑＋2H2O

②2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O

1．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Cl2

D．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、H2

C．Na、K、FeCl2、H2、CO   D．CuO、CO、Fe2O3、H2

A　[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)2

C．CuO→Cu   D．CO→CO2

[答案]　C

3．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＞Cl2

D．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