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人教版 (2019)必修 第一册第三节 氧化还原反应优质教学设计
展开专题:氧化还原反应的应用
课题: 氧化还原反应的应用
课时
1
授课年级
高一
课标要求
认识元素在物质中可以具有不同的价态,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;
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。
教材
分析
“氧化还原反应”位于高中化学人教版(2019版)必修第一册第一章第三节。该部分内容是高中化学必修课程中的核心概念和基础理论知识,贯穿于化学课程的始终,是教学的重点和难点之一。同时,该内容还具有承前启后的作用,既复习了初中的基本反应类型及氧化反应、还原反应的重要知识,又以此为铺垫展开对氧化还原反应的较深层次的学习,将是今后联系元素化合物知识的重要纽带。氧化还原反应不仅是一种重要的化学反应类型,而且在生产、生活等各方面具有广泛的应用。学习重要元素及其化合物、金属的腐蚀及电化学等知识,很多反应都将涉及到氧化还原反应,因此,只有先掌握氧化还原反应的基本概念,才能理解这些反应的实质,提升化学核心素养,培养体验辩证唯物主义哲学思想和科学方法论。
本节内容的特点是概念多、抽象,理论性强。在呈现方式上,教材一方面注意初、高中的衔接, 结合具体的化学反应实例,以氧化还原反应概念的发展过程为线索,即"得氧、失氧→元素化合价升降→电子转移",从宏观视角(元素)到微观视角(电子),由表及里,环环相扣,逐步揭示氧化还原反应的本质,引导学生建构氧化还原反应的认识模型。另一方面,充分发挥氧化还原反应的社会价值,引导学生从化学的视角分析和解决实际问题,体会化学对人类文明和社会发展的促进作用。
本节内容分两部分,第一部分是氧化还原反应,第二部分是氧化剂和还原剂及氧化还原反应的应用。可设计2⁓3个课时完成,本案将设计为3个课时。第一课时 氧化还原反应,第二课时 氧化剂和还原剂,第三课时 氧化还原反应的规律及应用(专题)。
本课时为第三部分(专题)“氧化还原反应的规律及应用”,氧化还原反应的基本规律(如守恒规律、强弱规律、归中规律等)是对氧化还原反应知识的拓展与延伸。教学重点是强弱规律,教学时抓住化合价的变化,本质上是得失电子(或电子对偏移)认识物质的氧化性和还原性,让学生归纳氧化性、还原性的判断方法。在比较物质氧化性和还原性强弱时可列举学生熟悉的反应,就可使教师的认识转化为学生的认识。这样既可以让学生亲身体验知识的获取过程,又能形成对知识的规律性认识,主动构建认知模型。
关于氧化还原反应的应用,充分体现了理论与实践相结合的的学习理念。既有化学简单计算(化合价判断)及物质氧化性和还原性强弱的判断等理论应用,也有利用氧化还原反应的基本规律解决生产、生活中的化学问题的实践应用,有利于培养科学探究与社会责任的化学学可核心素养。
同时,氧化还原反应无论是化学理论知识,还是工农业生产、科学技术、日常生活等应用都非常广泛。因此,鉴于时间有限,一节课不可能面面俱到,而是通过选取几个重点知识探究学习,体验获取知识的过程和解决化学问题的基本方法,培养发现问题和解决问题的能力。
教学目标
1.通过讨论交流、归纳小结,学会判断物质具有氧化性、还原性以及判断氧化性和还原性强弱的一般方法。
2.通过阅读归纳、练习应用,学会利用氧化性和还原性强弱判断化学反应能否发生,能用氧化还原反应的相关知识解释生活中的一些化学现象。
3. 通过分析探究,典例剖析,初步建立用氧化还原反应中的“电子守恒”思想解决简单的氧化还原计算问题的思维模型,培养解决生产生活中的化学问题的能力。
教学重、难点
重点:物质氧化性、还原性强弱的判断及应用。
难点:建立利用电子守恒思想解决有关氧化还原反应问题的基本思维模型。
核心素养
科学探究与创新意识:培养学生的科学探究意识和能力,通过探究氧化还原反应的基本规律,体会从特殊到一般规律,再从一般规律到特殊的认识问题的科学方法,形成有序的科学探究意识。
证据推理与模型认知:结合氧化还原反应的特征和本质,根据各概念间的关系等进行证据推理,建构对氧化还原反应规律性的认知模型,并利用该模型解决氧化还原反应的有关问题。
科学态度与社会责任:理论与实际相结合,形成氧化还原反应的规律性认识,了解氧化还原反应在生产生活中的应用,理解科学研究的目的是服务社会,体会化学工作者的社会责任。
学情分析
1.学生已经建立氧化还原反应有关概念及相互关系,能够初步理解物质的氧化性和还原性,但对物质氧化协和还原性强弱还缺乏规律性的认识。
2.本课时知识比较抽象,理论性较强,学生虽有一定知识储备,但抽象思维能力、归纳总结能力、简单计算能力等均不足,理解可能有一定难度。
教学过程
教学环节
教学活动
设计意图
环节一、
情景导入
生产、生活情境
【回顾1】从元素的价态考虑:最高价态——只有氧化性,如Fe3+、H2SO4、KMnO4等;最低价态——只有还原性,如金属单质、Cl-、S2-等;中间价态——既有氧化性又有还原性,如Fe2+、S、Cl2等。
【回顾2】Fe2O3+2Aleq \(=====,\s\up7(高温))Al2O3+2Fe所属基本反应类型是置换反应。在该反应中铝元素的化合价升高,该元素的原子失去电子,被氧化;而铁元素的化合价降低,该元素的原子得到电子,被还原。该反应中,Fe2O3发生了还原反应,Al发生了氧化反应,Al2O3 是氧化产物,Fe是还原产物。
【预习1】氧化性、还原性的强弱取决于物质得、失电子的难易程度,与得、失电子数目的多少无关。
【预习2】已知:①2Fe+3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2FeCl3 ②Fe+SFeS。铁元素被氯气氧化为+3价,被硫氧化为+2价,则氧化性:氯气 > 硫。
【导入】氧化还原反应是一类重要的化学反应类型,广泛存在于日常的生产生活中。其中有的反应是有益于人类活动,例如:金属的冶炼、电镀、燃料的燃烧、植物的光合作用等;有的反应对于人类活动是有害的,例如:食物的腐败、钢铁的锈蚀等。作为化学工作者我们应该认真学好有关化学知识,才能趋利避害使之更好的服务于社会。(见PPT图片)
回顾旧知,预习新知,为新知学习作准备。创设生产、生活情境,激发学习兴趣和探究欲望。
环
环
环环节二、物质氧化性、还原性强弱
活动一、探究物质的氧化性和还原性
【问题1】请结合氧化性和还原性的定义,思考物质的化合价是如何影响物质的氧化性和还原性的?并完成表格中的内容:
【学生】定义:氧化性:物质得电子的性质。物质得电子能力越强,氧化性越强。
还原性:物质失电子的性质。物质失电子能力越强,还原性越强。
【学生2】交流完成表中内容。
【教师】投影展示、评价:
核心元素化合价
实例
性质
最高价
Keq \(Mn,\s\up6(+7))O4、eq \(Fe,\s\up6(+3))Cl3、浓Heq \(N,\s\up6(+5))O3、浓H2eq \(S,\s\up6(+6))O4
只有氧化性
中间价
eq \(SO,\s\up6(+4))2、Na2eq \(S,\s\up6(+4))O3、eq \(Fe,\s\up6(+2))SO4、eq \(S,\s\up6(0))
既有氧化性
又有还原性
最低价
eq \(Fe,\s\up6(0))、eq \(Na,\s\up6(0))、Keq \(I,\s\up6(-1))
只有还原性
【教师】追问:如何根据组成物质的元素化合价判断物质具有的性质?
【学生3】物质的氧化性及还原性与核心元素化合价有关。
【问题2】以反应MnO2 + 4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O为例,在氧化还原反应中如何判断物质的氧化性和还原性、氧化剂和还原剂?
【学生1】①根据造成物质中元素化合价高低可知,如果直接判断HCl和MnO2都应该既具有氧化性,也具有还原性。
【学生2】②在该反应MnO2 + 4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O中,HCl中的元素Cl化合价(-1→0),化合价升高,失电子,作还原剂,只体现了还原性(注意:还体现了酸性),不体现氧化性。MnO2 的元素Mn化合价(+4→+2),化合价降低,得电子,作氧化剂,只体现了氧化性,不体现还原性。
【学生3】③结论:在相同条件下,物质的氧化性和还原性强弱不同。
【学生4】在实际的氧化还原应用中,物质体现氧化性或还原性与相对强弱有关。
【对应练习1】下列盐酸参与的反应中,HCl被氧化的是( )
A.CuO+2HCl=CuCl2+H2O B.Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
C.Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O D.CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
【答案】C
【解析】A.CuO+2HCl=CuCl2+H2O中,没有元素化合价变化,不属于氧化还原反应,故A错误;B.Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑中,氯元素化合价没变,氢元素化合价降低,HCl被还原,故B错误;C.Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O 中,HCl中Cl化合价上高,HCl被氧化,故C正确;D.CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O中,没有元素化合价变化,不属于氧化还原反应,故D错误;故选C。
【对应练习2】验室制取少量的氮气,常利用的反应是NaNO2+NH4Cl NaCl+N2↑+2H2O。关于该反应说法正确的是( )
A.NaNO2是还原剂 B.生成1分子N2时转移的电子为6个
C.NH4Cl中的氮元素被氧化 D.N2既是氧化剂又是还原剂
【答案】C
【解析】在该反应中,NaNO2为氧化剂,其中氮元素被还原;NH4Cl为还原剂,其中氮元素被氧化;氮气既是氧化产物又是还原产物,生成1分子N2时转移3个电子。
宏微结合,深度理解物质氧化性和还原性,为后续学习作铺垫。
创设问题情境,探究问题解决的方法。
及时巩固与评价,调控课堂,提高效率。
活动二、物质氧化性、还原性强弱的判断方法
【过渡】判断物质能否发生氧化还原反应,不仅要知道物质具有氧化性,还是具体还原性,更重要的是还要知道氧化性和还原性的强弱,特别是有多种物质具有氧化性或还原性时,那么,如何判断物质氧化性和还原性强弱呢?
【问题1】根据所学知识,讨论交流判断物质氧化性、还原性强弱有哪些基本方法?并举例说明。
【学生1】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。
【教师】强调并板书:比什么性,找什么剂,产物之性小于剂。
【学生2】②根据元素的活动性顺序判断。
【教师】投影:
【教师】强调:在金属活动性顺序表中,越靠前,金属单质的还原性越强,越靠后,对应阳离子的氧化性越强(Fe3+的氧化性与Ag+相当)。如还原性Zn>Cu,氧化性Cu2+>Zn2+。
【教师】投影:
【教师】强调:非金属按上图上左下右可反应,隔之愈远愈易行。如化性F2>Cl2>Br2>I2>S 还原性F-< Cl- < Br-
【教师】板书:4HCl(浓)+MnO2 MnCl2+2H2O+Cl2↑
16HCl(浓)+2KMnO4===2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
【学生4】氧化性:KMnO4>MnO2。
【学生5】④根据氧化产物的化合价高低判断:当变价的还原剂(或氧化剂)在相似的条件下作用于不同的氧化剂(或还原剂)时,可由氧化产物(或还原产物)中元素化合价的高低来判断氧化剂氧化性(或还原剂还原性)的强弱。即在相同条件下,使还原剂(或氧化剂)中元素化合价升(或降)得越高(或低),则氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强。
【教师】板书:2Fe+3Cl22FeCl3 Fe+SFeS
【学生6】氧化性:Cl2>S。
【问题2】探究:金属阳离子一定只有氧化性吗?已知物质的氧化性或还原性的强弱关系,如何判断某一氧化还原反应能否发生?
【学生1】①金属阳离子若处于中间价态则既有氧化性,又有还原性,如Fe2+。
【学生2】②可采用假设法。
【教师】板书:第一步、假设反应成立;
第二步、根据氧化性:氧化剂>氧化产物,还原性:还原剂>还原产物的规律,列出假设反应中的上述关系;
第三步、结合题干条件判断该结论是否符合事实。若符合事实,则反应能发生;反之,则反应不能发生。
【问题3】拓展探究:“钠原子能失去1个电子,铝原子能失去3个电子,所以铝的还原性比钠强。”这种说法正确吗?物质氧化性或还原性的强弱与哪些因素有关?
【学生1】错误。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。如钠失电子数小于铝,但还原性Na>Al。
【学生2】对同一元素而言,一般价态越高,氧化性越强,如Fe3+>Fe2+>Fe;价态越低,氧化性越弱,如S2-
【学生3】温度:如热的浓硫酸的氧化性比冷的浓硫酸的氧化性要强,热的浓盐酸的还原性比冷的浓盐酸的还原性要强。
【学生4】浓度:如硝酸的浓度越大其氧化性越强;浓盐酸的还原性强于稀盐酸。
【学生5】酸碱性:如KMnO4的氧化性随溶液酸性的增强而增强;再如NOeq \\al(-,3)在中性或碱性条件下几乎无氧化性,但在酸性条件下有较强的氧化性。
【对应练习1】现有下列几个离子反应:
①Cr2Oeq \\al(2-,7)+14H++6Cl-===2Cr3++3Cl2↑+7H2O
②2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-
③2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SOeq \\al(2-,4)+4H+
下列有关性质的比较正确的是( )
A.氧化性:Cr2Oeq \\al(2-,7)>Cl2>Fe3+ B.氧化性:Cl2>Br2>Cr2Oeq \\al(2-,7)
C.还原性:SO2
【答案】A
【解析】根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性,并结合卤素单质及阴离子的性质递变规律可推知,氧化性强弱顺序为Cr2Oeq \\al(2-,7)>Cl2>Br2>Fe3+>SOeq \\al(2-,4);还原性强弱顺序为SO2>Fe2+>Br->Cl->Cr3+。
【对应练习2】已知I-、Fe2+、SO2、Cl-和H2O2均有还原性,它们在酸性溶液中还原性的强弱顺序为SO2>I->Fe2+>H2O2>Cl-,则下列反应不可能发生的是( )
A.2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SOeq \\al(2-,4)+4H+
B.I2+SO2+2H2O===H2SO4+2HI
C.2Fe2++I2===2Fe3++2I-
D.H2O2+SO2===H2SO4
【答案】C
【解析】解答本题可根据每个氧化还原反应中还原剂的还原性大于还原产物的还原性。对于A项SO2是还原剂,Fe2+是还原产物,故还原性为SO2>Fe2+,A项能发生;B项中SO2是还原剂,HI是还原产物,故还原性为SO2>I-,B项正确;C项中Fe2+是还原剂,I-是还原产物,故还原性为Fe2+>I-,与已知信息矛盾,故C项错;D项中SO2是还原剂,H2O2是氧化剂,故还原性为SO2>H2O2,D项正确。
通过总结、提炼,使知识系统化和规律化,培养合作探究意识。
创设真实氧化性和还原性强弱的应用问题情境,促进理解,培养分析问题和解决问题的能力。
通过深入探究易混易错问题,突破教学难点,培养高阶思维。
及时巩固与评价,调控课堂,提高效率。
环节三、
氧化还原反应的规律及应用
活动一、探究氧化还原反应的规律
【过渡】氧化还原反应是一类重要的化学反应类型,广泛存在于日常的生产生活中。其中有的反应是有益于人类活动的,例如:金属的冶炼、电镀、燃料的燃烧、植物的光合作用等;有的反应对于人类活动是有害的,例如:食物的腐败、钢铁的锈蚀等。我们应该学好化学反应的规律,才能趋利避害使之更好的服务于社会。
【问题1】Fe2+具有较强的还原性,Fe3+具有较强的氧化性,二者之间能反应吗?请说出你知道的氧化剂和生成的还原产物、还原剂和生成的氧化产物?
【学生1】Fe2+虽可以失电子生成Fe3+,Fe3+也可以得到电子生成Fe2+或Fe,但Fe2+与Fe3+为相邻价态,无中间价态,因此二者不能反应。
【学生2】常见的氧化剂和它所生成的还原产物,完成表种内容。
【教师】投影、评价。
氧化剂
Cl2
H2SO4(浓)
HNO3
KMnO4
Fe3+
H2O2
还原产物
Cl-
SO2
NO或NO2
Mn2+
Fe2+
H2O
【学生3】常见的还原剂和它所生成的氧化产物,完成表中内容。
【教师】投影、评价。
还原剂
Zn
H2
CO
H2S
I-
Fe2+
氧化产物
Zn2+
H+
CO2
S
I2
Fe3+
【问题2】讨论交流:你认为发生氧化还原反应时,需要遵循哪些基本的规律?
【学生1】①强弱规律:在氧化还原反应中,还原剂的还原性>还原产物的还原性,氧化剂的氧化性>氧化产物的氧化性。即:
【教师】板书、评价:
【学生2】②先后规律:同一氧化(还原)剂与多种还原(氧化)剂混合,还原(氧化)性强的先被氧化(还原);
【学生3】③守恒规律:还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数=氧化剂化合价降低的总数=还原剂化合价升高的总数。
【学生4】④价态规律:在氧化还原反应中,化合价有升必有降,升降总值相等。
【学生5】氧化性、还原性和元素化合价之间的关系
【学生6】同种元素不同价态之间发生氧化还原反应,元素的化合价“只向中间靠拢不出现交叉”。
【教师】评价并强调:只能相互靠近,不能交叉。
【问题3】根据上述规律,思考利用氧化还原反应的基本规律如何快速解决有关化学问题?请举例说明。
【学生1】①利用“强弱”规律可以判断物质间氧化性(或还原性)的强弱或判断氧化剂和有还原性的物质在一定条件下是否发生反应。氧化还原反应要顺利进行,必须满足氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性。
【教师】投影:已知①X2++Y===X+Y2+ ②Y2++W===W2++Y ③W2++Z===Z2++W三个离子反应,判断氧化性最弱的粒子。
【学生】根据反应①,氧化性:X2+>Y2+;根据反应②,氧化性:Y2+>W2+;根据反应③,氧化性:W2+>Z2+。可见,上述四种阳离子中,氧化性最弱的是Z2+。
【学生2】②利用“先后”规律可以判断物质的氧化性、还原性强弱或判断反应的先后顺序。
【教师】投影:请写出在FeBr2溶液中通入少量Cl2时的离子反应方程式。
【学生】因为还原性Fe2+>Br-,所以Fe2+先与Cl2反应,离子方程式为:2Fe2++2Cl2==2Fe3++2Cl-。
【教师】追问:FeI2溶液呢?
【学生3】③利用“守恒”规律可以对氧化还原反应方程式配平和进行相关计算。
【教师】投影:Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4,而NaClO被还原为NaCl,若反应中Na2Sx与NaClO的个数之比为1∶16,求x的值为多少?
【学生】根据化合价变化,利用“守恒”(得失电子或化合价升降)规律得关系式1×[6-(-2/x)]‧x=16×2,解得x=5。
【学生4】④利用“价态”规律可以判断氧化剂(还原剂)、氧化产物(还原产物)和判断方程式正误及有关计算等。
【教师】投影:硫及其化合物的转化关系:
【学生】则⑤中不会出现H2S转化为SO2而H2SO4转化为S的情况。
【教师】投影: (正确)
(错误)
【对应练习1】在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2、AgNO3的溶液中加入适量锌粉,首先置换出的是( )
A.Mg B.Cu
C.Ag D.H2
【答案】C
【解析】由金属活动性顺序可知,Cu2+、Mg2+、Ag+、H+的氧化性由强到弱的顺序为Ag+>Cu2+>H+>Mg2+,故混合液与锌粉反应时,首先置换出Ag。
【对应练习2】PbO2、KMnO4、Cl2、FeCl3、CuCl2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-+2MnOeq \\al(-,4)+16H+===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
C.2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
D.5Pb2++2MnOeq \\al(-,4)+2H2O===5PbO2+2Mn2++4H+
【答案】D
【解析】氧化性:PbO2>KMnO4>Cl2>FeCl3>CuCl2,一个氧化还原反应中,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性。A项中氧化性Fe3+>Cu2+,与条件相符;B项中,氧化性MnOeq \\al(-,4)>Cl2,与条件相符;C项中,氧化性Cl2>Fe3+,与条件相符;D项中,氧化性MnOeq \\al(-,4)>PbO2,与条件不相符,所以D项反应不可能发生。
从常见问题出发,由点到面,体验探究知识的过程和方法,并形成结论。
促进对氧化还原反应的理解,形成规律性认识,培养合作意识,提高解决问题的能力。
理论与实践项结合,强化理论对实践的指导作用,培养证据推理与模型认知的后续核心素养。
及时巩固与评价,调控课堂,提高效率。
活
动活动二、氧化还原反应的应用
【过渡】我们知道了氧化还原反应中有很多重要的规律,利用这些规律我们不仅可以开展化学研究,还能解决生产、生活中的一些化学问题。
【问题1】若已知用3个Na2SO3恰好将2个XOeq \\al(-,4)还原,如何利用“守恒规律”快速判断元素X在产物中的化合价?
【学生1】①基本方法:利用电子守恒规律可知,氧化还原反应中得失电子总数相等,Na2SO3作还原剂,氧化产物为Na2SO4,其中,硫元素由+4价升高到+6价。设元素X在还原产物中的化合价为x,则有3×(6-4)=2×(7-x),解得x=4,则元素X反应后的产物化合价为+4价。
【教师】评价、强调:电子守恒法是解决有关氧化还原反应的计算常用方法。
【学生2】②一般步骤:
【教师】投影:第一步、找出氧化剂、还原剂及相应的氧化产物和还原产物。
第二步、找准一个原子或一个离子得失电子数
第三步、根据题中给出物质的物质的量和电子守恒列等式:
【教师】板书或投影:n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)。
【问题2】已知如下反应:①2BrOeq \\al(-,3)+Cl2===Br2+2ClOeq \\al(-,3),②ClOeq \\al(-,3)+5Cl-+6H+===3Cl2+3H2O,③2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2,④2FeCl2+Cl2===2FeCl3。如何利用“强弱规律”快速判断有关物质氧化性或还原性的强弱?
【学生1】①思路:在氧化还原反应中,若氧化剂和还原剂及还原产物和氧化产物分为不同的物质时,氧化剂和氧化产物均具有氧化性,且氧化性:氧化剂>氧化产物,还原剂和还原产物均具有还原性,且还原性:还原剂>还原产物。
【学生2】②方法:先找出同一反应中的氧化剂和氧化产物比较氧化性及同一反应中的还原剂和还原产物比较还原性,再根据不等式的传递性不同反应中有关物质的氧化性和还原性的强弱,得出结论。
【学生3】③结论:应①中氧化剂是BrOeq \\al(-,3)、氧化产物是ClOeq \\al(-,3),则氧化性BrOeq \\al(-,3)>ClOeq \\al(-,3);同理,由反应②知,氧化性ClOeq \\al(-,3)>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BrOeq \\al(-,3)>ClOeq \\al(-,3)>Cl2>Fe3+>I2。同理,可比较有关物质还原性的强弱。
【教师】评价、强调:氧化剂和氧化产物比较氧化性,还原剂和还原产物比较还原性。
【问题3】阅读教材P26页最后自然段,回答氧化还原反应在生产、生活中有哪些应用? 并尝试对红酒中添加二氧化硫的原因作出解释。
【学生1】①为减缓食品被氧化而变质,常放入脱氧剂铁粉。如月饼包装盒内的空气既会引起好氧性细菌和霉菌的快速生长,导致霉变和腐败,又会使月饼中的植物油脂被氧气氧化,导致月饼的酸败,产生异味,影响月饼的品质。铁粉具有强还原性,可有效降低空气中氧气的含量,从而减缓食品被氧化而变质。
【学生2】②此外,消毒剂、金属的冶炼、电镀、燃料的燃烧、绿色植物的光合作用、易燃物的自然、钢铁的锈蚀等都与氧化还原反应有关。(见PPT图片)
【学生3】③保存红酒常加少量二氧化硫是因为红酒的某些成分在储存的过程中会被空气中的氧气氧化,而使红酒的口感变差。二氧化硫具有还原性,可防止红酒被氧化而变质,因此又称抗氧化剂。同时,二氧化硫还有一定的杀菌和稳定酸度的作用。
【问题4】结合教材P26页“思考与讨论”可知,汽车尾气产生的NOx (主要指NO和NO2)和CO均为有毒气体,容易对环境造成污染,思考如何有效消除汽车尾气污染以实现保护环境的目的?
【学生1】①氮的所有氧化物(NOx)、CO均为有毒气体,而N2是无毒气体,且NOx具有氧化性,CO具有还原性。
【学生2】②NO(NOx)和CO在催化剂作用下可以发生反应,生成无毒的CO2和N2。
【学生3】③处理方法是通过加装汽车尾气催化转化装置,利用NOx的氧化性和CO的还原性,将有毒的NO(NOx)、CO,转化为无毒的CO2和N2后排放。反应原理如下:
化合价升高, 失2×2e-, 被氧化
【教师】投影、评价:
2CO + 2NO === 2CO2 + N2
化合价降低, 得2×2e-电子, 被还原
还原剂 氧化剂 氧化产物 还原产物
【对应训练1】人体正常的血红蛋白中应含有Fe2+。若误食亚硝酸钠,则导致血红蛋白中Fe2+转化为高铁血红蛋白而中毒。服用维生素C可解除亚硝酸钠中毒。下列叙述中正确的是( )
A.亚硝酸钠表现还原性 B.维生素C表现了还原性
C.亚硝酸钠被氧化 D.维生素C作为氧化剂
【答案】B
【解析】血红蛋白中含有的Fe2+有和亚硝酸钠反应转化为高铁血红蛋白,Fe2+化合价升高,作为还原剂,具有还原性,被氧化;亚硝酸钠体现氧化性,被还原。维生素C可解除亚硝酸钠中毒,原理是将高铁血红蛋白中的铁元素还原为Fe2+,维生素C具有还原性。
【对应训练2】近年来随着汽车数量的大幅增长,空气污染越来越严重。汽车尾气装置中,气体在催化转化器中的催化转化过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.催化转化反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物
B.催化转化反应中氧化剂与还原剂的个数相等
C.催化转化后将生成的CO2处理吸收后尾气才能排放
D.催化转化反应中氧化产物与还原产物的个数相等
【答案】B
【解析】选项A,该催化转化反应,NO中N元素化合价降低,NO为氧化剂,N2为还原产物,故A错误。选项B,催化转化反应的方程式为2NO+2CON2+2CO2,NO中N元素化合价降低,NO为氧化剂,CO中C元素化合价升高,CO是还原剂,氧化剂与还原剂的个数相等,故B正确。选项C,CO2不是污染性气体,催化转化后将生成气体可直接排放,故C错误。选项D,催化转化反应的方程式为2NO+2CON2+2CO2,NO中N元素化合价降低发生还原反应,N2为还原产物,CO中C元素化合价升高发生氧化反应,CO2是氧化产物,催化转化反应中氧化产物与还原产物的个数比为2:1,故D错误。答案为B。
创设理论问题和真实的生产、生活情境问题,强化理论知识对科学研究、生产与生活的重要性,培养科学态度与社会责任的化学核心素养和辩证唯物主义观。
及时巩固与评价,调控课堂,提高效率。
环节四、课后巩固
作业设计
1.(中)教材作业:P27-28页练习8、11、13
2.(易)下列各组物质中的氮元素,都既有氧化性又有还原性的是( )
A.N2、NO2 B.NH3、NO
C.NH4Cl、N2O D.HNO3、N2O4
【答案】A
【解析】N元素的最高价为+5,最低价为-3,所以,化合价介于-3、+5之间的物质都既有氧化性又有还原性。答案为A。
3.(易)关于反应2NaClO3+Na2SO3+H2SO4 = 2ClO2↑+2Na2SO4+H2O,说法正确的是( )
A.H2SO4是还原剂B.Na2SO3是氧化剂
C.NaClO3中氯元素被氧化D.氧化性:NaClO3>Na2SO4
【答案】D
【解析】选项A,H2SO4中元素化合价不变,H2SO4既不是氧化剂又不是还原剂,故A错误;选项B,Na2SO3中S元素化合价升高,Na2SO3是还原剂,故B错误;选项C,反应,NaClO3中氯元素化合价降低,NaClO3是氧化剂,氯元素被还原,故C错误;选项D,NaClO3中氯元素化合价降低,NaClO3是氧化剂;Na2SO3中S元素化合价升高,Na2SO3是还原剂,氧化产物为Na2SO4,氧化性:NaClO3>Na2SO4,故D正确。答案为D。
4.(易)已知还原性I->Fe2+>Br->Cl-,氧化性Cl2>Br2>Fe3+>I2,下列反应的化学方程式或叙述不成立的是( )
A.Br2+2HI = I2+2HBr
B.2FeCl2+Cl2 = 2FeCl3
C.2FeCl2+2HCl+I2 = 2FeCl3+2HI
D.Cl2通入NaBr和NaI的混合溶液中,I-先被氧化
【答案】C
【解析】根据Br2+2HI = I2+2HBr可知氧化性Br2>I2,符合题干已知条件,所以化学方程式成立,故A不符合题意。根据2FeCl2+Cl2 = 2FeCl3可知,氧化性Cl2>Fe3+,符合题干已知条件,所以化学方程式成立,故B不符合题意。根据2FeCl2+2HCl+I2 = 2FeCl3+2HI可得,氧化性I2>Fe3+,与题干已知条件矛盾,所以化学方程式不成立,故C符合题意;还原性。顺序是I->Br-,氧化剂氯气先氧化还原性强的离子,即优先氧化I-,叙述成立,故D不符合题意。
5.(中)氧化还原反应实际上包含氧化和还原两个过程。(1)向氯酸钠的酸性水溶液中通入二氧化硫,该反应中氧化过程的反应式为SO2+2H2O—2e-→SO42-+4H+;(2)向亚氯酸钠(NaClO2)固体中通入用空气稀释的氯气,该反应中还原过程的反应式为Cl2+2e-→2Cl-。在(1)和(2)反应中均会生成产物X,则X的化学式为( )
A. NaClO B.NaClO4 C. HClO2 D.ClO2
【答案】D
【解析】(1)反应中S元素的化合价升高,C元素的化合价降低,反应后Cl元素的化合价小于+5价;(2)反应中还原过程的反应式为Cl2+2e-→2Cl-,则亚氯酸钠(NaClO2)中Cl元素的化合价升高,反应后Cl元素的化合价大于+3价;在(1)和(2)反应中均会生成产物X,则X中Cl元素的化合价在+3~+5价之间,只有ClO2符合,其Cl元素的化合价为+4价。
6.(中)青铜是铜锡合金,明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法,其化学方程式为:2C+SnO2 eq \(\(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))Sn+2CO↑。下列有关说法不正确的是( )
A.该反应中,C体现了还原性
B.该化学反应后,固体质量减小
C.SnO2在该过程中发生了氧化反应
D.一氧化碳有毒,可以用气球收集来进行尾气处理
【答案】C
【解析】根据2C+SnO2 eq \(\(\s\up6(_____),\s\up4(_____)),\s\up6(高温))Sn+2CO↑,碳夺取了SnO2中的氧,结合题意进行分析判断。A.该反应中,碳夺取了SnO2中的氧,C体现了还原性,故选项说法正确。B.该化学反应后,有一氧化碳气体生成,固体质量减小,故选项说法正确。C.SnO2在该过程中失去了氧,发生了还原反应,故选项说法错误。D.一氧化碳有毒,会污染空气,可以用气球收集来进行尾气处理,故选项说法正确。故选:C。
7.(难)将磁性氧化铁放入稀硝酸中可发生如下反应:
3Fe3O4+28HNO3(稀)===9Fe(NO3)x+NO↑+14H2O,下列判断合理的是( )
A.Fe(NO3)x中的x为2
B.稀硝酸在反应中只表现氧化性
C.反应中每还原2 个氧化剂,就有6个电子转移
D.磁性氧化铁中的所有铁元素全部被氧化
【答案】C
【解析】根据氮原子守恒9x+1=28,x=3,A错误;反应中HNO3生成NO表现氧化性,生成Fe(NO3)x表现酸性,B错误;还原剂Fe3O4中Fe元素由+8/3→+3,1个 Fe3O4失去3×[3-8/3]=1 个电子,氧化剂HNO3中N元素由+5→+2,1 个氧化剂HNO3得到(5-2) 个=3 个电子,C正确;磁性氧化铁Fe3O4相当于Fe2O3·FeO,反应中只有+2价Fe被氧化,D错误。
8.(中)已知下列反应:
①Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2;②2KI+Br2=2KBr+I2;③Na2S+I2=2NaI+S↓。
(1)Cl-、Br-、I-、S2-四种离子的还原性由强到弱的顺序是________________________。
(2)判断Cl2与Na2S能否反应?___________________________________(填“否”或书写离子反应方程式)。
(3)判断I2与NaBr能否反应?_____________(填“否”或书写离子反应方程式)。
(4)已知实验室制取氯气反应为:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,由此分析:MnO2在反应中________电子,所含元素化合价_________,发生__________反应。
(5)在硫酸溶液中,NaClO3和Na2SO3能按粒子个数比1:2完全反应,生成一种棕黄色气体X,同时Na2SO3被氧化为Na2SO4,则X为___________。
A.Cl2O7 B.ClO2 C.Cl2O D.Cl2
【答案】S2->I->Br->Cl- Cl2+S2-=2Cl-+S↓ 否 得到 降低 还原 C
【解析】(1)根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性,由反应①知还原性:Br->Cl-,由反应②知还原性:I-> Br-,由反应③知还原性:S2-> I-,则还原性由强到弱顺序为S2-> I-> Br->Cl-;故答案为:S2->I->Br->Cl-。
(2)根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性知,由①得Cl2> Br2,由②得Br2>I2,由③得I2>S,故氧化性由强到弱的顺序为:Cl2>Br2>I2>S,则Cl2与Na2S能发生反应:Cl2+Na2S=2NaCl+S↓,其离子反应方程式为:Cl2+S2-=2Cl-+S↓;故答案为:Cl2+S2-=2Cl-+S↓。
(3)氧化性由强到弱的顺序为Cl2> Br2>I2> S,则I2与NaBr不能反应;故答案为:否。
(4)在MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O反应中,Mn元素化合从+4价降为+2价,则MnO2在反应中得电子,所含元素化合价降低,发生还原反应;故答案为:得到;降低;还原。
(5)Na2SO3被氧化为Na2SO4,S元素化合价由+4价升高为+6价,NaClO3中氯元素的化合价由+5价降低,NaClO3为氧化剂,令Cl元素在还原产物中的化合价为a,则:2×(6-4)=1×(5-a),解得a=+1,故棕黄色气体X的化学式为Cl2O;故答案为C。
及时巩固、消化所学,促进掌握必备知识,评价教学效果,为后期优化教学方案提供依据,培养分析问题和解决问题等关键能力。
课堂总结
氧化还原反应的规律剂及应用
板书
设计
第三节 氧化还原反应
专题:氧化还原反应的规律及应用
一、物质的氧化性、还原性强弱
1.物质的氧化性和还原性
2.物质氧化性、还原性强弱的判断方法
二、氧化还原反应的规律及应用
1.氧化还原反应的规律
2.氧化还原反应的应用
教学
反思
本课时内容是对物质氧化性、还原性强弱及比较知识的拓展和延伸,也是高考常考知识电之一。在进一步深入理解物质氧化性和还原性的基础上,探究物质氧化性和还原强弱比较方法,培养证据推理和模型认知的化学核心素养,形成解决具体问题的科学方法。再通过讨论交流、归纳总结,在形成对氧化还原反应规律性认识的同时,结合理论和生产、生活两方面的具体问题,帮助学生深度理解氧化还原反应基本理论,使理论和实践有机结合,既培养了学生的高阶思维,又提升了学生分析问题和解决问题的能力,提升还培养了科学探究与社会责任的化学核心素养。由于知识的局限性,教学中例题选取应把控好度,否则会影响学生的自信心。
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