2020年高中化学 第二章 元素与物质世界 第3节 氧化剂和还原剂学案 鲁科版必修1

2020年高中化学 第二章 元素与物质世界 第3节 氧化剂和还原剂学案 鲁科版必修1

第2章 第3节 氧化剂和还原剂 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎ 第2章 第3节 氧化剂和还原剂 二. 教学目的 ‎1. 认识并掌握氧化还原反应的概念，理解氧化还原反应的特征和本质 ‎2. 认识并掌握氧化剂、还原剂的概念，并能根据元素的化合价推断物质的性质 ‎3. 认识铁及其化合物的相互转化关系 三. 教学重点、难点 氧化还原反应中各个基本概念间的关系 四. 知识分析 复习旧知： ‎ ‎1、初中学习的四种基本反应类型有哪些？‎ ‎2、在反应 CuO+H2Cu+H2O中，氧化铜发生了还原反应，氢气发生了氧化反应，铜和氢元素的化合价怎样变化？‎ ‎3、反应Fe2O3+3CO2Fe+3CO2属于什么反应类型？元素的化合价有什么变化？‎ 解答：‎ ‎1、化合反应 分解反应 置换反应 复分解反应。‎ ‎2、铜元素的化合价降低，氢元素的化合价升高。‎ ‎3、不属于四个基本反应；铁元素的化合价降低，碳元素的化合价升高。）‎ 感受新知：‎ ‎（一）氧化还原反应 ‎1、元素化合价在化学反应中的变化 让我们从元素化合价是否变化的角度分析化学反应，教材有5例，请你再举出几例，哪些化合价变化？哪些不变化？‎ 解答：①CaCO3CaO+CO2 ② C+O2CO2 ③ 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑④Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ ⑤ BaCl2+H2SO4=BaSO4⇣+2HCl; 其中①⑤化合价不变，其余化合价变化。）‎ 由此看来，从反应过程元素的化合价有无变化的角度，可以将化学反应分为两类：一类是有元素化合价变化的，另一类是无元素化合价变化的。‎ ‎2、氧化还原反应的概念 ‎（1）氧化还原反应的定义 曾经我们把物质得氧的反应称为氧化反应，物质失氧的反应称为还原反应。这是很局限的，不科学的。人们从实践中归纳总结，从新的角度——元素化合价是否变化定义了氧化还原反应：‎ 7‎ 有元素化合价变化的反应称为氧化还原反应，无元素化合价变化的反应称为非氧化还原反应。我们判断一个反应是否为氧化还原反应，重要特征和标志就是看是否有元素化合价的变化。分析上述化学反应是否为氧化还原反应。‎ ‎ （2）氧化反应、还原反应的定义 元素化合价的变化分为两种情况：化合价升高和化合价降低。‎ 氧化反应：反应物所含元素化合价升高的反应称为氧化反应。‎ 还原反应：反应物所含元素化合价降低的反应称为还原反应。‎ ‎（3）氧化反应、还原反应、氧化还原反应三者之间的关系 思考：①上述三者之间的关系是什么？请举例说明之。‎ ‎ ②氧化还原反应与四种基本反应类型之间是什么关系？填表举例说明：‎ 反应类型 氧化还原反应 非氧化还原反应 化合反应 分解反应 置换反应 复分解反应 解答：① 氧化反应和还原反应统一于一个氧化还原反应之中，例如Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ，这是一个氧化还原反应，Fe2O3发生还原反应，CO发生氧化反应；②‎ 反应类型 氧化还原反应 非氧化还原反应 化合反应 C+O2CO2 ‎ CaO+H2O=Ca(OH)2‎ 分解反应 ‎2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑‎ CaCO3CaO+CO2‎ 置换反应 Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑‎ 无 复分解反应 无 BaCl2+H2SO4=BaSO4⇣+2HCl ‎3、氧化还原反应的实质 ‎（1）通过原子结构知识探究氧化还原反应的实质 ‎①元素化合价变化的实质 钠在氯气中燃烧，生成氯化钠，钠的化合价升高,氯的化合价降低。反应过程中，钠原子失去电子变成钠离子，氯原子得到电子变成氯离子。双方最外层都达到8电子稳定结构。因此，钠、氯元素化合价的升降是由对应原子得失电子决定的。‎ ‎ 氢气在氯气中燃烧，生成氯化氢，氢的化合价升高,氯的化合价降低。反应过程中，氢、氯原子都无法失电子，也无法得电子，最后形成了一个共用电子对，该电子对偏向于氯原子，因此氯元素显－1价，氢元素显＋1价。因此，钠、氯元素的化合价的升降是由共用电子对的形成和偏移决定的。‎ ‎ 综上所述，元素化合价的变化是由电子转移决定的，即元素化合价的变化的实质是电子转移。‎ ‎②氧化还原反应的实质 7‎ 氧化还原反应的特征是元素化合价的升降,而这个特征实质是由电子转移决定的，这也是氧化还原反应的实质。‎ ‎（2）通过科学实验探究氧化还原反应的实质 设计实验：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，探究是否有电子转移？除了这个反应以外，你还能依据什么样的反应设计实验，来探究氧化还原反应过程中的电子转移？请画出示意图，写出化学方程式：‎ ‎4、氧化还原反应的表示方法 人们常用下面的式子表示氧化还原反应中电子转移情况和化合价升降情况：‎ 练习：标出下列反应的电子转移情况和化合价升降情况 ‎（1） Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑ （2）2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ ‎ ‎（3） 2Na+O2 Na2O2 （4）Cl2+H2O=HCl+HClO ‎ 参考答案略 ‎（二）氧化剂和还原剂 ‎1、氧化剂和还原剂的概念 思考：分析反应CuO+COCu+CO2中，哪种元素的化合价升高了？哪种元素的化合价降低了？按得氧失氧角度判断，哪种物质被氧化了？哪种物质被还原了？‎ 答案：C元素化合价升高了，Cu元素化合价降低了；CO被氧化了，CuO被还原了 重要说明： 上述反应中，氧化铜被还原了，是被一氧化碳还原了，一氧化碳是还原剂；一氧化碳被氧化了，被氧化铜所氧化，氧化铜是氧化剂。‎ 氧化剂：在氧化还原反应中，所含元素的化合价降低的反应物称为氧化剂；‎ 还原剂：在氧化还原反应中，所含元素的化合价升高的反应物称为还原剂。‎ 练习：指出下列反应中的氧化剂和还原剂 ‎（1）C+O2CO2 （2）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 ↑‎ 7‎ ‎（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）氧化剂O2 还原剂C （2）氧化剂H2SO4 还原剂Zn （3）氧化剂H2O 还原剂Na （4）氧化剂 Cl2 还原剂 SO2 （5） 氧化剂 FeCl3 还原剂KI （6） 氧化剂 HNO3还原剂 FeCl2‎ 特别提醒：‎ ‎①氧化剂反应时，所含元素化合价降低，得电子，被还原，本身具有氧化性；还原剂反应时，所含元素化合价升高，失电子，被氧化，本身具有还原性。‎ ‎②物质的氧化性，就是物质所含元素的原子或离子得电子的性质，得电子能力越强，物质的氧化性越强；物质所含元素的原子或离子失电子能力越强，物质的还原性越强。‎ ‎2、常见的氧化剂和还原剂 常见的氧化剂：‎ ‎（1）非金属单质如O2 Cl2 S。 ‎ ‎（2）高价金属离子如Fe3+ Cu2+。‎ ‎（3）高价或较高价氧化物、含氧酸、含氧酸盐，例如MnO2 HClO 浓H2SO4 HNO3 KMnO4 K2CrO4等。‎ 常见还原剂：‎ ‎（1）活泼金属 如K Ca Na Mg Al。‎ ‎（2）低价金属阳离子如Fe2+。‎ ‎（3）非金属的阴离子如 S2－ Cl-。‎ ‎（4）含低价元素的氧化物、氢化物含氧酸、含氧酸盐等，例如：CO SO2 NH3 H2SO3 Na2SO3。‎ 有益补充：在含有变价元素的物质中，具有中间价态元素的物质既可以做氧化剂，又可以做还原剂。例如Cl2 Fe2+ SO2 H2SO3 H2O2 等。‎ 练习：（1）下列转化需要加入氧化剂才能实现的是（ ）‎ A. MnO2→MnSO4 B. AlCl3 → Al(OH)‎3 C. KI → KIO3 D. HNO3 →NO ‎（2）下列说法正确的是 （ ）‎ A. 金属单质在反应中只做还原剂 B. 非金属在反应中只做氧化剂 C. 金属原子在反应中失电子越多还原性越强 D. Fe比Cu还原性强，Cu2+比 Fe2+氧化性强 ‎（3）在Fe2+、 Fe3+、、Mg2+ 、 S 、I- 、 H+中，只有氧化性的是_______________，只有还原性的是____________________，既有氧化性又有还原性的是___________________。‎ 答案：（1）C （2）AD （3）Fe3+、、Mg2+ 、H+； I-；Fe2+、S 。‎ ‎3、氧化还原反应中的守恒关系 在氧化还原反应中，除了有质量守恒外，还有电子得失数守恒、化合价升降数守恒等关系存在。‎ ‎（三）探究铁及其化合物的氧化性和还原性 ‎1、铁元素的存在形态 游离态：陨铁（含铁在90%以上）‎ 7‎ 化合态：在地壳中含量丰富，居第四位。其化合价主要以＋2、＋3形式存在。‎ ‎2、铁及其化合物的分类 ‎（1）按单质、氧化物、碱、盐等分类 ‎ 单质：Fe 氧化物：FeO Fe2O3 Fe3O4碱：Fe(OH)2 Fe(OH)3 盐：FeCl2 Fe2(SO4)3 。‎ ‎（2）按化合价分类 ‎ 0价：Fe ；+2价：FeO Fe(OH)2 FeCl2 ； +3价：Fe2O3 Fe2(SO4)3 。‎ ‎3、氧化物、氢氧化物 ‎（1）氧化物：请填写下表 FeO Fe2O3‎ Fe3O4‎ 俗名 ‎——‎ 铁红 磁性氧化铁 颜色、状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 水溶性 难溶 难溶 难溶 铁的化合价 ‎＋2‎ ‎＋3‎ ‎＋2、＋3‎ 与CO、H2反应 FeO+CO Fe+CO2‎ FeO+H2Fe+H2O Fe2O3+3CO2Fe+3CO2‎ Fe2O3+3H22Fe+3H2O Fe3O4+4CO3Fe+4CO2‎ Fe3O4+4H23Fe+4H2O 与稀硫酸反应 FeO+H2SO4=FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4‎ ‎+4H2O ‎（2）氢氧化物 氢氧化亚铁：‎ 制备：FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl 物理性质：白色难溶的弱碱 化学性质：与强酸反应 还原性 易被氧化剂所氧化 如：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3‎ 请你思考：实验室在制备Fe(OH)2时，为防止被氧化，可以采取哪些措施？‎ 氢氧化铁：‎ 制备：FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 物理性质：红褐色难溶固体 化学性质：与强酸反应 Fe(OH)3+ 3H2SO4= Fe2(SO4)3+3H2O ‎1、铁及其盐的氧化性和还原性 ‎（1）Fe的还原性：与Cl2 O2 H+、Cu2+、 Fe3+ 等反应,表现了铁较活泼的化学性质。‎ 练一练 请写出上述反应的化学方程式或离子方程式：‎ 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 实验探究Fe3+的检验：取2支试管各加入5ml FeCl2溶液和5ml FeCl3‎ 7‎ 溶液，各滴入KSCN溶液，观察现象：FeCl2溶液与KSCN溶液混和无明显现象， FeCl3溶液与KSCN溶液混和后，溶液变为红色。‎ 必要说明：Fe3+具有较强的氧化性，可以将Fe Cu Zn等氧化，而本身被还原为Fe2+,写出这三个反应的离子方程式： Fe+2Fe3+=3Fe2+ 2Fe3＋+Cu=2Fe2++Cu2＋ ‎ ‎ 2Fe3＋+Zn=2Fe2++Zn2＋ ‎ ‎（3）Fe2+的氧化性和还原性 探究思考：从化合价角度分析，为什么说Fe2+既有氧化性又有还原性？‎ 答案：Fe元素的化合价有0、＋2 、＋3，Fe2+显＋2价，居于中间价态，故有氧化性和还原性 试写出下列反应的化学方程式：‎ FeCl2溶液与Zn反应：FeCl2 +Zn=ZnCl2+Fe FeCl2溶液与氯水反应：2FeCl2+Cl2=2FeCl3‎ 想一想：FeCl2溶液呈浅绿色，实验室在保存FeCl2溶液时，常常向溶液中加入一些铁粉，想一想这是为什么？‎ 答案：防止FeCl2被空气氧化变质 练一练：（1）在FeCl3溶液、CuCl2溶液和盐酸的混合溶液中加入铁粉，反应结束后，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是（ ）‎ A. Cu2+ B. Fe3+ C. Fe2+ D. H+‎ ‎ （2）将下列四种铁的化合物溶于稀盐酸，滴加KSCN溶液没有颜色变化，再加入氯水即呈红色的是（ ）‎ A. FeO B. Fe2O‎3 ‎ C. FeCl3 D. Fe2(SO4)3‎ ‎（3）稀硝酸和铁反应的化学方程式如下：‎ Fe＋4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 在此反应中，作氧化剂的硝酸占参加反应的硝酸的质量分数是__________‎ 答案：（1）C （2）A （3）25% ‎ ‎【典型例题】‎ 例1. ClO2 是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过以下反应得ClO2 2KClO3+H‎2C2O4+H2SO42ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O 下列说法正确的是（ ）‎ A. KClO3在反应中得电子 B. ClO2是氧化产物 ‎ ‎ C. H‎2C2O4在反应中被氧化 D. 1mol KClO3参加反应有2mol 电子转移 ‎ 答案：AC ‎ 解析：由方程式可以看出，KClO3 中Cl从＋5价到ClO2 中Cl ＋4价，1mol的电子被还原，A正确，D 错误， H‎2C2O4 是还原剂，被氧化，C正确， ClO2 是还原产 物，B 错误。‎ 点评：分析氧化还原反应时，应从化合价入手：化合价升高－失电子－被氧化－得氧化产物；相反，则化合价降低－得电子－被还原－得还原产物。应该牢记这一关系。‎ 例2. 已知常温下在溶液中可发生如下两个离子反应（ ）‎ ‎ Ce4＋ ＋Fe2＋ = Fe3+ + Ce3+‎ ‎ Sn2+ + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Sn4+‎ ‎ 由此可以确定Fe3+、Ce3+、Sn2+ 三种离子的还原性由强到弱的顺序是（ ）‎ ‎ A. Sn2+ 、Fe2＋ 、Ce3+ B. Sn2+、Ce3+、Fe2＋‎ 7‎ C. Ce3+ 、Fe2＋、Sn2+ D. Fe2＋、Sn2+、Ce3+ ‎ 答案：A 解析：由第一个离子方程式知还原性：Fe2＋>Ce3+ 。由第二个离子方程式知还原性：‎ Sn2+>Fe2＋ 故答案选A 点评：“氧化剂的氧化性大于氧化产物；还原剂的还原性大于还原产物”，这是一个重要规律；“氧化剂是得电子的物质，而还原剂是失电子的物质”，所有这些，都是分析问题的思维起点，应熟练掌握。‎ 例3. 下列反应中硫酸既表现了氧化性，又表现了酸性的是（ ）‎ ‎ A. 2H2SO4 (浓)＋Cu CuSO4 + 2H2O + SO2 ↑‎ ‎ B. 2H2SO4 (浓)＋C CO2 ↑+2H2O + 2SO2 ↑‎ ‎ C. H2SO4 (浓)＋NaCl NaHSO4 +HCl↑‎ ‎ D. H2SO4 + Na2SO3 = Na2SO4 +H2O + SO2 ↑‎ 答案： A ‎ 解析： 氧化性就是得电子而使组成酸的元素化合价降低;酸性是提供H+而留下酸根，用此标准考查每个反应知答案为A。‎ 点评：物质表现氧化性是指所含元素化合价减低，得电子；表现酸性，则是指具备酸的5条“通性”中的部分性质，在本题中硫酸的酸性主要是指生成了盐中的酸根离子。‎ 例4. 将铁粉投入到盛有Cu2+、Ag+、Fe3+ 的溶液中。反应完毕时，若烧杯底部有铁粉剩余，溶液中一定不含的金属离子是____________；若烧杯中没有铁粉剩余，则溶液中一定含有的金属离子是____________；若溶液中不含有Cu2+时，则一定不含有的金属离子是_____________。‎ ‎ 答案：Ag+、 Fe3+、 Cu2+； Fe2+； Ag+、 Fe3+‎ ‎ 解析： 因为在Ag+、Fe3+、Cu2+中三种离子的氧化性顺序为Ag+> Fe3+> Cu2+ ，当加入铁粉时，按Ag+、Fe3+、Cu2+的顺序反应，当铁粉剩余时，Ag+、Fe3+、Cu2+ 将全部反应，若铁粉不剩余时，溶液中一定含有的离子只有Fe2+，溶液中不含 Cu2+ 时，因为Fe3+、Ag+的氧化性比Cu2+强，所以一定不再有Ag+和 Fe3+。‎ ‎ 点评：多种氧化剂跟一种还原剂发生反应，要注意氧化剂氧化性顺序。氧化性较强的氧化剂首先跟还原剂发生反应，直至这种氧化剂被消耗完；另一种氧化剂再接着跟还原剂发生反应，依次类推，直至还原剂消耗完，多种还原剂跟一种氧化剂发生反应的情况相同，首先还原性最强的还原剂跟氧化剂发生反应，直至这种还原剂被消耗完，依次类推。‎ 7‎