2018年高中化學(xué) 第二章 元素與物質(zhì)世界 第3節(jié) 氧化劑和還原劑學(xué)案 魯科版必修1.doc

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第2章 第3節(jié) 氧化劑和還原劑 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 第2章 第3節(jié) 氧化劑和還原劑 二. 教學(xué)目的 1. 認(rèn)識(shí)并掌握氧化還原反應(yīng)的概念，理解氧化還原反應(yīng)的特征和本質(zhì) 2. 認(rèn)識(shí)并掌握氧化劑、還原劑的概念，并能根據(jù)元素的化合價(jià)推斷物質(zhì)的性質(zhì) 3. 認(rèn)識(shí)鐵及其化合物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系 三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 氧化還原反應(yīng)中各個(gè)基本概念間的關(guān)系 四. 知識(shí)分析 復(fù)習(xí)舊知： 1、初中學(xué)習(xí)的四種基本反應(yīng)類型有哪些？ 2、在反應(yīng) CuO+H2Cu+H2O中，氧化銅發(fā)生了還原反應(yīng)，氫氣發(fā)生了氧化反應(yīng)，銅和氫元素的化合價(jià)怎樣變化？ 3、反應(yīng)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2屬于什么反應(yīng)類型？元素的化合價(jià)有什么變化？ 解答： 1、化合反應(yīng) 分解反應(yīng) 置換反應(yīng) 復(fù)分解反應(yīng)。 2、銅元素的化合價(jià)降低，氫元素的化合價(jià)升高。 3、不屬于四個(gè)基本反應(yīng)；鐵元素的化合價(jià)降低，碳元素的化合價(jià)升高。） 感受新知： （一）氧化還原反應(yīng) 1、元素化合價(jià)在化學(xué)反應(yīng)中的變化 讓我們從元素化合價(jià)是否變化的角度分析化學(xué)反應(yīng)，教材有5例，請(qǐng)你再舉出幾例，哪些化合價(jià)變化？哪些不變化？ 解答：①CaCO3CaO+CO2 ② C+O2CO2 ③ 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑④Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ ⑤ BaCl2+H2SO4=BaSO4?+2HCl; 其中①⑤化合價(jià)不變，其余化合價(jià)變化。） 由此看來，從反應(yīng)過程元素的化合價(jià)有無變化的角度，可以將化學(xué)反應(yīng)分為兩類：一類是有元素化合價(jià)變化的，另一類是無元素化合價(jià)變化的。 2、氧化還原反應(yīng)的概念 （1）氧化還原反應(yīng)的定義 曾經(jīng)我們把物質(zhì)得氧的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)，物質(zhì)失氧的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。這是很局限的，不科學(xué)的。人們從實(shí)踐中歸納總結(jié)，從新的角度——元素化合價(jià)是否變化定義了氧化還原反應(yīng)： 有元素化合價(jià)變化的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)，無元素化合價(jià)變化的反應(yīng)稱為非氧化還原反應(yīng)。我們判斷一個(gè)反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)，重要特征和標(biāo)志就是看是否有元素化合價(jià)的變化。分析上述化學(xué)反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)。 （2）氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)的定義 元素化合價(jià)的變化分為兩種情況：化合價(jià)升高和化合價(jià)降低。 氧化反應(yīng)：反應(yīng)物所含元素化合價(jià)升高的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)。 還原反應(yīng)：反應(yīng)物所含元素化合價(jià)降低的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。 （3）氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)三者之間的關(guān)系 思考：①上述三者之間的關(guān)系是什么？請(qǐng)舉例說明之。 ②氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類型之間是什么關(guān)系？填表舉例說明： 反應(yīng)類型 氧化還原反應(yīng) 非氧化還原反應(yīng) 化合反應(yīng) 分解反應(yīng) 置換反應(yīng) 復(fù)分解反應(yīng) 解答：① 氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)統(tǒng)一于一個(gè)氧化還原反應(yīng)之中，例如Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ，這是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e2O3發(fā)生還原反應(yīng)，CO發(fā)生氧化反應(yīng)；② 反應(yīng)類型 氧化還原反應(yīng) 非氧化還原反應(yīng) 化合反應(yīng) C+O2CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 分解反應(yīng) 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ CaCO3CaO+CO2 置換反應(yīng) Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ 無 復(fù)分解反應(yīng) 無 BaCl2+H2SO4=BaSO4?+2HCl 3、氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) （1）通過原子結(jié)構(gòu)知識(shí)探究氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) ①元素化合價(jià)變化的實(shí)質(zhì) 鈉在氯氣中燃燒，生成氯化鈉，鈉的化合價(jià)升高,氯的化合價(jià)降低。反應(yīng)過程中，鈉原子失去電子變成鈉離子，氯原子得到電子變成氯離子。雙方最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，鈉、氯元素化合價(jià)的升降是由對(duì)應(yīng)原子得失電子決定的。 氫氣在氯氣中燃燒，生成氯化氫，氫的化合價(jià)升高,氯的化合價(jià)降低。反應(yīng)過程中，氫、氯原子都無法失電子，也無法得電子，最后形成了一個(gè)共用電子對(duì)，該電子對(duì)偏向于氯原子，因此氯元素顯－1價(jià)，氫元素顯＋1價(jià)。因此，鈉、氯元素的化合價(jià)的升降是由共用電子對(duì)的形成和偏移決定的。 綜上所述，元素化合價(jià)的變化是由電子轉(zhuǎn)移決定的，即元素化合價(jià)的變化的實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移。 ②氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 氧化還原反應(yīng)的特征是元素化合價(jià)的升降,而這個(gè)特征實(shí)質(zhì)是由電子轉(zhuǎn)移決定的，這也是氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。 （2）通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，探究是否有電子轉(zhuǎn)移？除了這個(gè)反應(yīng)以外，你還能依據(jù)什么樣的反應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來探究氧化還原反應(yīng)過程中的電子轉(zhuǎn)移？請(qǐng)畫出示意圖，寫出化學(xué)方程式： 4、氧化還原反應(yīng)的表示方法 人們常用下面的式子表示氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移情況和化合價(jià)升降情況： 練習(xí)：標(biāo)出下列反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移情況和化合價(jià)升降情況 （1） Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ （2）2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ （3） 2Na+O2 Na2O2 （4）Cl2+H2O=HCl+HClO 參考答案略 （二）氧化劑和還原劑 1、氧化劑和還原劑的概念 思考：分析反應(yīng)CuO+COCu+CO2中，哪種元素的化合價(jià)升高了？哪種元素的化合價(jià)降低了？按得氧失氧角度判斷，哪種物質(zhì)被氧化了？哪種物質(zhì)被還原了？ 答案：C元素化合價(jià)升高了，Cu元素化合價(jià)降低了；CO被氧化了，CuO被還原了 重要說明： 上述反應(yīng)中，氧化銅被還原了，是被一氧化碳還原了，一氧化碳是還原劑；一氧化碳被氧化了，被氧化銅所氧化，氧化銅是氧化劑。 氧化劑：在氧化還原反應(yīng)中，所含元素的化合價(jià)降低的反應(yīng)物稱為氧化劑； 還原劑：在氧化還原反應(yīng)中，所含元素的化合價(jià)升高的反應(yīng)物稱為還原劑。 練習(xí)：指出下列反應(yīng)中的氧化劑和還原劑 （1）C+O2CO2 （2）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 ↑ （3）2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ （4）Cl2+SO2+H2O=2HCl+H2SO4 （5）2FeCl3+2KI=2FeCl2+2KCl+I2 （6）3FeCl2+4HNO3=2FeCl3+Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 答案：（1）氧化劑O2 還原劑C （2）氧化劑H2SO4 還原劑Zn （3）氧化劑H2O 還原劑Na （4）氧化劑 Cl2 還原劑 SO2 （5） 氧化劑 FeCl3 還原劑KI （6） 氧化劑 HNO3還原劑 FeCl2 特別提醒： ①氧化劑反應(yīng)時(shí)，所含元素化合價(jià)降低，得電子，被還原，本身具有氧化性；還原劑反應(yīng)時(shí)，所含元素化合價(jià)升高，失電子，被氧化，本身具有還原性。 ②物質(zhì)的氧化性，就是物質(zhì)所含元素的原子或離子得電子的性質(zhì)，得電子能力越強(qiáng)，物質(zhì)的氧化性越強(qiáng)；物質(zhì)所含元素的原子或離子失電子能力越強(qiáng)，物質(zhì)的還原性越強(qiáng)。 2、常見的氧化劑和還原劑 常見的氧化劑： （1）非金屬單質(zhì)如O2 Cl2 S。 （2）高價(jià)金屬離子如Fe3+ Cu2+。 （3）高價(jià)或較高價(jià)氧化物、含氧酸、含氧酸鹽，例如MnO2 HClO 濃H2SO4 HNO3 KMnO4 K2CrO4等。 常見還原劑： （1）活潑金屬 如K Ca Na Mg Al。 （2）低價(jià)金屬陽離子如Fe2+。 （3）非金屬的陰離子如 S2－ Cl-。 （4）含低價(jià)元素的氧化物、氫化物含氧酸、含氧酸鹽等，例如：CO SO2 NH3 H2SO3 Na2SO3。 有益補(bǔ)充：在含有變價(jià)元素的物質(zhì)中，具有中間價(jià)態(tài)元素的物質(zhì)既可以做氧化劑，又可以做還原劑。例如Cl2 Fe2+ SO2 H2SO3 H2O2 等。 練習(xí)：（1）下列轉(zhuǎn)化需要加入氧化劑才能實(shí)現(xiàn)的是（ ） A. MnO2→MnSO4 B. AlCl3 → Al(OH)3 C. KI → KIO3 D. HNO3 →NO （2）下列說法正確的是 （ ） A. 金屬單質(zhì)在反應(yīng)中只做還原劑 B. 非金屬在反應(yīng)中只做氧化劑 C. 金屬原子在反應(yīng)中失電子越多還原性越強(qiáng) D. Fe比Cu還原性強(qiáng)，Cu2+比 Fe2+氧化性強(qiáng) （3）在Fe2+、 Fe3+、、Mg2+ 、 S 、I- 、 H+中，只有氧化性的是_______________，只有還原性的是____________________，既有氧化性又有還原性的是___________________。 答案：（1）C （2）AD （3）Fe3+、、Mg2+ 、H+； I-；Fe2+、S 。 3、氧化還原反應(yīng)中的守恒關(guān)系 在氧化還原反應(yīng)中，除了有質(zhì)量守恒外，還有電子得失數(shù)守恒、化合價(jià)升降數(shù)守恒等關(guān)系存在。 （三）探究鐵及其化合物的氧化性和還原性 1、鐵元素的存在形態(tài) 游離態(tài)：隕鐵（含鐵在90%以上） 化合態(tài)：在地殼中含量豐富，居第四位。其化合價(jià)主要以＋2、＋3形式存在。 2、鐵及其化合物的分類 （1）按單質(zhì)、氧化物、堿、鹽等分類 單質(zhì)：Fe 氧化物：FeO Fe2O3 Fe3O4堿：Fe(OH)2 Fe(OH)3 鹽：FeCl2 Fe2(SO4)3 。 （2）按化合價(jià)分類 0價(jià)：Fe ；+2價(jià)：FeO Fe(OH)2 FeCl2 ； +3價(jià)：Fe2O3 Fe2(SO4)3 。 3、氧化物、氫氧化物 （1）氧化物：請(qǐng)?zhí)顚懴卤? FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 —— 鐵紅 磁性氧化鐵 顏色、狀態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體 水溶性 難溶 難溶 難溶 鐵的化合價(jià) ＋2 ＋3 ＋2、＋3 與CO、H2反應(yīng) FeO+CO Fe+CO2 FeO+H2Fe+H2O Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 Fe2O3+3H22Fe+3H2O Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 Fe3O4+4H23Fe+4H2O 與稀硫酸反應(yīng) FeO+H2SO4=FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4 +4H2O （2）氫氧化物 氫氧化亞鐵： 制備：FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl 物理性質(zhì)：白色難溶的弱堿 化學(xué)性質(zhì)：與強(qiáng)酸反應(yīng) 還原性 易被氧化劑所氧化 如：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 請(qǐng)你思考：實(shí)驗(yàn)室在制備Fe(OH)2時(shí)，為防止被氧化，可以采取哪些措施？ 氫氧化鐵： 制備：FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 物理性質(zhì)：紅褐色難溶固體 化學(xué)性質(zhì)：與強(qiáng)酸反應(yīng) Fe(OH)3+ 3H2SO4= Fe2(SO4)3+3H2O 1、鐵及其鹽的氧化性和還原性 （1）Fe的還原性：與Cl2 O2 H+、Cu2+、 Fe3+ 等反應(yīng),表現(xiàn)了鐵較活潑的化學(xué)性質(zhì)。 練一練 請(qǐng)寫出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式： 答案：①2Fe+3Cl22FeCl3 ② 3Fe+2O2Fe3O4 ③ Fe+2H+=Fe2++H2 ↑④ Fe+Cu2+=Fe2++Cu ⑤ Fe+2Fe3+=3Fe2+ （2）Fe3+的氧化性 實(shí)驗(yàn)探究Fe3+的檢驗(yàn)：取2支試管各加入5ml FeCl2溶液和5ml FeCl3溶液，各滴入KSCN溶液，觀察現(xiàn)象：FeCl2溶液與KSCN溶液混和無明顯現(xiàn)象， FeCl3溶液與KSCN溶液混和后，溶液變?yōu)榧t色。 必要說明：Fe3+具有較強(qiáng)的氧化性，可以將Fe Cu Zn等氧化，而本身被還原為Fe2+,寫出這三個(gè)反應(yīng)的離子方程式： Fe+2Fe3+=3Fe2+ 2Fe3＋+Cu=2Fe2++Cu2＋ 2Fe3＋+Zn=2Fe2++Zn2＋ （3）Fe2+的氧化性和還原性 探究思考：從化合價(jià)角度分析，為什么說Fe2+既有氧化性又有還原性？ 答案：Fe元素的化合價(jià)有0、＋2 、＋3，F(xiàn)e2+顯＋2價(jià)，居于中間價(jià)態(tài)，故有氧化性和還原性 試寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式： FeCl2溶液與Zn反應(yīng)：FeCl2 +Zn=ZnCl2+Fe FeCl2溶液與氯水反應(yīng)：2FeCl2+Cl2=2FeCl3 想一想：FeCl2溶液呈淺綠色，實(shí)驗(yàn)室在保存FeCl2溶液時(shí)，常常向溶液中加入一些鐵粉，想一想這是為什么？ 答案：防止FeCl2被空氣氧化變質(zhì) 練一練：（1）在FeCl3溶液、CuCl2溶液和鹽酸的混合溶液中加入鐵粉，反應(yīng)結(jié)束后，所剩余的固體濾出后能被磁鐵吸引，則反應(yīng)后溶液中存在較多的陽離子是（ ） A. Cu2+ B. Fe3+ C. Fe2+ D. H+ （2）將下列四種鐵的化合物溶于稀鹽酸，滴加KSCN溶液沒有顏色變化，再加入氯水即呈紅色的是（ ） A. FeO B. Fe2O3 C. FeCl3 D. Fe2(SO4)3 （3）稀硝酸和鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式如下： Fe＋4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 在此反應(yīng)中，作氧化劑的硝酸占參加反應(yīng)的硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是__________ 答案：（1）C （2）A （3）25% 【典型例題】 例1. ClO2 是一種消毒殺菌效率高、二次污染小的水處理劑。實(shí)驗(yàn)室可通過以下反應(yīng)得ClO2 2KClO3+H2C2O4+H2SO42ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O 下列說法正確的是（ ） A. KClO3在反應(yīng)中得電子 B. ClO2是氧化產(chǎn)物 C. H2C2O4在反應(yīng)中被氧化 D. 1mol KClO3參加反應(yīng)有2mol 電子轉(zhuǎn)移 答案：AC 解析：由方程式可以看出，KClO3 中Cl從＋5價(jià)到ClO2 中Cl ＋4價(jià)，1mol的電子被還原，A正確，D 錯(cuò)誤， H2C2O4 是還原劑，被氧化，C正確， ClO2 是還原產(chǎn) 物，B 錯(cuò)誤。 點(diǎn)評(píng)：分析氧化還原反應(yīng)時(shí)，應(yīng)從化合價(jià)入手：化合價(jià)升高－失電子－被氧化－得氧化產(chǎn)物；相反，則化合價(jià)降低－得電子－被還原－得還原產(chǎn)物。應(yīng)該牢記這一關(guān)系。 例2. 已知常溫下在溶液中可發(fā)生如下兩個(gè)離子反應(yīng)（ ） Ce4＋ ＋Fe2＋ = Fe3+ + Ce3+ Sn2+ + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Sn4+ 由此可以確定Fe3+、Ce3+、Sn2+ 三種離子的還原性由強(qiáng)到弱的順序是（ ） A. Sn2+ 、Fe2＋ 、Ce3+ B. Sn2+、Ce3+、Fe2＋ C. Ce3+ 、Fe2＋、Sn2+ D. Fe2＋、Sn2+、Ce3+ 答案：A 解析：由第一個(gè)離子方程式知還原性：Fe2＋>Ce3+ 。由第二個(gè)離子方程式知還原性： Sn2+>Fe2＋ 故答案選A 點(diǎn)評(píng)：“氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物；還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物”，這是一個(gè)重要規(guī)律；“氧化劑是得電子的物質(zhì)，而還原劑是失電子的物質(zhì)”，所有這些，都是分析問題的思維起點(diǎn)，應(yīng)熟練掌握。 例3. 下列反應(yīng)中硫酸既表現(xiàn)了氧化性，又表現(xiàn)了酸性的是（ ） A. 2H2SO4 (濃)＋Cu CuSO4 + 2H2O + SO2 ↑ B. 2H2SO4 (濃)＋C CO2 ↑+2H2O + 2SO2 ↑ C. H2SO4 (濃)＋NaCl NaHSO4 +HCl↑ D. H2SO4 + Na2SO3 = Na2SO4 +H2O + SO2 ↑ 答案： A 解析： 氧化性就是得電子而使組成酸的元素化合價(jià)降低;酸性是提供H+而留下酸根，用此標(biāo)準(zhǔn)考查每個(gè)反應(yīng)知答案為A。 點(diǎn)評(píng)：物質(zhì)表現(xiàn)氧化性是指所含元素化合價(jià)減低，得電子；表現(xiàn)酸性，則是指具備酸的5條“通性”中的部分性質(zhì)，在本題中硫酸的酸性主要是指生成了鹽中的酸根離子。 例4. 將鐵粉投入到盛有Cu2+、Ag+、Fe3+ 的溶液中。反應(yīng)完畢時(shí)，若燒杯底部有鐵粉剩余，溶液中一定不含的金屬離子是____________；若燒杯中沒有鐵粉剩余，則溶液中一定含有的金屬離子是____________；若溶液中不含有Cu2+時(shí)，則一定不含有的金屬離子是_____________。 答案：Ag+、 Fe3+、 Cu2+； Fe2+； Ag+、 Fe3+ 解析： 因?yàn)樵贏g+、Fe3+、Cu2+中三種離子的氧化性順序?yàn)锳g+> Fe3+> Cu2+ ，當(dāng)加入鐵粉時(shí)，按Ag+、Fe3+、Cu2+的順序反應(yīng)，當(dāng)鐵粉剩余時(shí)，Ag+、Fe3+、Cu2+ 將全部反應(yīng)，若鐵粉不剩余時(shí)，溶液中一定含有的離子只有Fe2+，溶液中不含 Cu2+ 時(shí)，因?yàn)镕e3+、Ag+的氧化性比Cu2+強(qiáng)，所以一定不再有Ag+和 Fe3+。 點(diǎn)評(píng)：多種氧化劑跟一種還原劑發(fā)生反應(yīng)，要注意氧化劑氧化性順序。氧化性較強(qiáng)的氧化劑首先跟還原劑發(fā)生反應(yīng)，直至這種氧化劑被消耗完；另一種氧化劑再接著跟還原劑發(fā)生反應(yīng)，依次類推，直至還原劑消耗完，多種還原劑跟一種氧化劑發(fā)生反應(yīng)的情況相同，首先還原性最強(qiáng)的還原劑跟氧化劑發(fā)生反應(yīng)，直至這種還原劑被消耗完，依次類推。