1.了解氧化还原反应的本质是电子转移;
2.能正确理解氧化还原反应的概念及概念间的相互关系;
3.能用单、双线桥正确表示氧化还原反应中电子转移的方向和数目;
4.能正确判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
5.掌握氧化还原反应方程式的配平方法和技巧;
6.灵活运用电子转移守恒法进行氧化还原反应的相关计算。
一、氧化还原反应的相关概念
1.本质和特征
2.有关概念及其相互关系
例如:
3.氧化还原反应中电子转移的表示方法
(1)双线桥法
请标出Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目:
(2)单线桥法
请标出Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目:
4.常见的氧化剂和还原剂
(1)常见氧化剂
常见氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。如:
(2)常见还原剂
常见还原剂包括活泼的金属单质、非金属离子及低价态化合物、低价金属阳离子、非金属单质及其氢化物等。如:
(3)具有中间价态的物质既有氧化性,又有还原性
二、物质氧化性、还原性强弱的比较
1.氧化性、还原性的判断
(1)氧化性是指物质得电子的性质(或能力);还原性是指物质失电子的性质(或能力)。
(2)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。如:Na-e-===Na+,Al-3e-===Al3+,但根据金属活动性顺序表,Na比Al活泼,更易失去电子,所以Na比Al的还原性强。
(3)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。
2.氧化性、还原性的强弱判断方法
方法一:依据反应原理判断
氧化性:氧化剂氧化产物
还原性:还原剂还原产物
可总结为:比什么性,找什么剂,产物之性小于剂。
方法二:据“三表”判断
(1)根据元素周期表判断。
(2)根据金属活动性顺序表判断。
(3)根据非金属活动性顺序表判断。
方法三:根据“两池”判断
(1)根据原电池原理判断:一般情况下,两种不同的金属构成原电池的两极,其还原性:负极正极。
(2)根据电解池原理判断
用惰性电极电解混合溶液时,若混合溶液中存在多种金属阳离子,则在阴极先得到电子的阳离子的氧化性较强(对应金属单质的还原性较弱);若混合溶液中存在多种阴离子,则在阳极先失去电子的阴离子的还原性较强(对应非金属单质的氧化性较弱)。
方法四:根据“三度”(浓度、温度、酸碱度)判断
(1)浓度
(2)温度
许多氧化还原反应是在加热条件下进行的。可见升高温度可增强氧化剂的氧化性、还原剂的还原性。
(3)酸碱度
HNO3的氧化性与H+的浓度有关,H+的浓度越大,HNO3的氧化性越强,KMnO4酸化后氧化性增强。
方法五:根据反应条件来判断
当不同的氧化剂(或还原剂)与同一还原剂(或氧化剂)反应时,反应越易进行,则对应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,反之越弱。如:
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
氧化性:KMnO4MnO2
方法六:根据反应的剧烈程度判断
(1)金属单质与水反应的剧烈程度:如Na、Mg、Al分别与水反应时,Na剧烈,Mg加热才明显,Al加热条件下也不明显。故还原性:NaMgAl。
(2)非金属单质与H2化合的难易程度:如F2、Cl2、Br2、I2分别与H2反应,F2在冷暗处剧烈反应而爆炸,Cl2在光照条件下剧烈反应而爆炸,Br2加热至℃时才能发生反应,I2在不断加热的条件下才能缓慢进行,且为可逆反应。故氧化性:F2Cl2Br2I2。
方法七:根据同一物质被氧化或被还原的程度(根据产物价态的高低)判断
(1)同一物质被氧化的程度越大(把还原剂氧化到的价态越高),则氧化剂的氧化性越强。
(2)同一物质被还原的程度越大(把氧化剂还原到的价态越低),则还原剂的还原性越强。
如HCl+H2SO4(浓)→不反应、2HBr+H2SO4(浓)===Br2+SO2↑+2H2O、8HI+H2SO4(浓)===4I2+H2S↑+4H2O,从化学反应方程式看,HCl不能还原浓硫酸,而HBr、HI却能把浓硫酸中+6价的硫分别还原成+4价、-2价,故还原性:HIHBrHCl。
三、氧化还原反应中的四大规律及其应用
1.氧化还原反应规律
(1)守恒规律
化合价有升必有降,电子有得必有失。对于一个完整的氧化还原反应,化合价升降总数相等,电子得失总数相等。
(2)强弱规律
具有较强氧化性的氧化剂跟具有较强还原性的还原剂反应,生成具有较弱还原性的还原产物和具有较弱氧化性的氧化产物。
(3)转化规律
氧化还原反应中,以元素相邻价态间的转化最易;同种元素不同价态之间若发生反应,元素的化合价只靠近而不交叉;同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应。
(4)先后规律
一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时,优先与还原性最强的还原剂发生反应;同理,一种还原剂遇到多种氧化剂时,优先与氧化性最强的氧化剂反应。
四、氧化还原反应方程式的配平
(1)常规配平
其关键是确定还原剂(或氧化剂)化合价升高(或降低)总数,这就必须弄清还原剂(或氧化剂)中有几种元素发生化合价变化,每一种元素有几个变价原子。
配平的原则是:化合价升降总数相等。
下面以NH3+O2—NO+H2O为例例来说明配平的步骤:氧化还原反应方程式的配平步骤:
H3+2—+H2
②列出元素化合价升高和降低的数值
N:-3→+2升高5
O:0→-2降低2,O2中含有2个氧原子,则降低2×2=4
③求出最小公倍数,使化合价升高和降低总价数相等
5与4的最小公倍数为20,则
N:-3→+2升高5×4
O:0→-2降低2,O2中含有2个氧原子,则降低2×2=4×5
则4和5即是NH3与O2前的系数,但不一定是最终系数。
即4NH3+5O2—NO+H2O
由NH3的系数可以确定NO的系数为4,H2O的系数为6,检查O的原子数,反应物中为5×2=10,生成物中O原子个数为4+6=10。则
4NH3+5O2—4NO+6H2O
4NH3+5O2=4NO+6H2O
(2)缺项配平:
一般先确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物的化学计量数,再通过比较反应物和生成物,确定缺项。缺项的物质一般为H2O、酸或碱,然后用观察法配平。
五、氧化还原反应的计算:
(1)题型:计算氧化剂与还原剂的物质的量之比或质量比,参加反应的氧化剂或还原剂的量,氧化产物或还原产物的量及确定反应前后某一元素的价态等。
(2)关键:依据电子守恒,列出守恒关系式求解。
(3)步骤
①找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
②找准一个原子或离子得失电子数(注意:化学式中粒子的个数)。
③根据题中物质的物质的量和电子守恒列出等式:
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)
高频考点一氧化还原反应及基本概念判断
例1.被称为万能还原剂的NaBH4溶于水并和水反应:NaBH4+2H2O===NaBO2+4H2↑,下列说法中正确的是(NaBH4中H为-1价)( )
A.NaBH4既是氧化剂又是还原剂
B.NaBH4是氧化剂,H2O是还原剂
C.硼元素被氧化,氢元素被还原
D.被氧化的元素与被还原的元素质量之比为1∶1
下列应用不涉及氧化还原反应的是( )
A.酸雨的形成 B.根瘤菌固氮
C.氨碱法制纯碱 D.电池放电
某种飞船以N2H4和N2O4为动力源发生反应:2N2H4+N2O4===3N2+4H2O,反应温度可高达℃,对于该反应,下列说法中正确的是( )
A.该反应属于置换反应
B.N2H4是氧化剂
C.N2O4是还原剂
D.N2既是氧化产物又是还原产物
高频考点二依据方程式判断氧化性、还原性强弱
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Fe2+、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+
C.Ce3+、Fe2+、Sn2+ D.Fe2+、Sn2+、Ce3+
1.物质氧化性、还原性强弱判断的常用方法
(1)根据化学方程式
氧化性:氧化剂>氧化产物;
还原性:还原剂>还原产物。
(2)依据反应条件来判断
当不同的氧化剂作用于同一还原剂时,若氧化产物价态相同,可依据反应条件的难易程度来判断氧化剂氧化性的相对强弱,一般来说反应条件越苛刻,说明反应越难发生(即氧化剂得电子越困难),则对应氧化剂的氧化性越弱,例如:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
氧化性:浓硝酸>浓硫酸。
(3)根据元素周期表判断
(4)根据金属活动性顺序表判断
2.根据影响因素判断氧化性、还原性强弱的方法
(1)浓度:同一种物质浓度越大,氧化性(或还原性)越强。
如氧化性:浓H2SO4>稀H2SO4,浓HNO3>稀HNO3,
还原性:浓HCl>稀HCl。
(2)温度:同一种物质,温度越高其氧化性越强,如热的浓硫酸的氧化性比冷的浓硫酸的氧化性强。
(3)酸碱性:同一种物质,所处环境酸(碱)性越强其氧化性(还原性)越强。如KMnO4在酸性条件下具有较强的氧化性,常温下即可和浓盐酸反应制取Cl2。
拓展 为了提高KMnO4的氧化性,需酸化处理,所加入的酸为稀H2SO4。
铊(Tl)盐与氰化钾(KCN)被列为A级危险品。已知下列反应在一定条件下能够发生:①Tl3++2Ag===Tl++2Ag+,②Ag++Fe2+===Ag+Fe3+,③Fe+2Fe3+===3Fe2+,下列离子氧化性比较顺序正确的是( )
A.Tl3+Fe3+Ag+ B.Fe3+Ag+Tl3+
C.Tl+Ag+Fe2+ D.Tl3+Ag+Fe3+
高频考点三依据氧化性、还原性强弱判断氧化还原反应能否发生
例3.已知Co2O3在酸性溶液中易被还原成Co2+,Co2O3、Cl2、FeCl3、I2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.3Cl2+6FeI2===2FeCl3+4FeI3
B.Cl2+FeI2===FeCl2+I2
C.Co2O3+6HCl(浓)===2CoCl2+Cl2↑+3H2O
D.2Fe3++2I-===2Fe2++I2
已知I-、Fe2+、SO2和H2O2均有还原性,它们在酸性溶液中还原性的强弱顺序为Fe2+<H2O2<I-<SO2,则下列反应不能发生的是( )
B.I2+SO2+2H2O===H2SO4+2HI
C.H2O2+H2SO4===SO2↑+O2↑+2H2O
D.2Fe3++H2O2===2Fe2++O2↑+2H+
高频考点四氧化还原反应三条规律的应用
例4.现有下列三个氧化还原反应:
①2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
②2FeCl2+Cl2===2FeCl3
③2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
若某溶液中含有Fe2+、Cl-和I-,要除去I-而不氧化Fe2+和Cl-,可以加入的试剂是( )
A.Cl2B.KMnO4C.FeCl3D.HCl
已知G、Q、X、Y、Z均为含氯元素的化合物,在一定条件下有下列转化关系(未配平):
①G―→Q+NaCl
③Y+NaOH―→G+Q+H2O
④Z+NaOH―→Q+X+H2O
这五种化合物中Cl元素化合价由低到高的顺序是( )
A.G、Y、Q、Z、X B.X、Z、Q、G、Y
C.X、Z、Q、Y、G D.G、Q、Y、Z、X
氯气跟氢氧化钾溶液在一定条件下发生如下反应:Cl2+KOH―→KX+KY(未配平),KX在一定条件下能自身反应:KX―→KY+KZ(未配平,KY与KZ关系比为1∶3),以上KX、KY、KZ均是一元酸的钾盐,由以上条件推知在KX中氯的化合价是( )
A.+1B.+3C.+5D.+7
高频考点五、氧化还原反应的配平
例5.(1)H3PO2的工业制法是:将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式:______________________________________________________________________________。
(2)①PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为_______________________________________。
②PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为_______________________________________________________________。
________________________________________________________________________。
1.(1)ZnSO4溶液中含有少量Fe2+和Mn2+,为了除去这两种离子,调节溶液pH为5,然后加入高锰酸钾溶液,使之生成沉淀。已知高锰酸钾的还原产物是MnO2。请写出该过程中两反应的离子方程式:___________________________________________________________________。
(2)用HNO3清洗试管壁上的Ag,该反应的化学方程式为___________________________________。
(3)已知将浓盐酸滴入高锰酸钾溶液中,产生黄绿色气体,而溶液的紫红色褪去。在一氧化还原反应的体系中,共有KCl、Cl2、浓H2SO4、H2O、KMnO4、MnSO4、K2SO4七种物质。
①写出一个包含上述七种物质的氧化还原反应方程式,并配平_____________________________。
________________________________________________________________________。
_____________________________________________________________________________。
______________________________________________________________________。
1.正向配平法:全变从左边配:氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的,一般从左边反应物着手配平。
2.逆向配平法:自变从右边配:自身氧化还原反应(包括分解、歧化)一般从右边着手配平。
3.缺项配平法:先用得失电子数相等配平,再观察两边电荷。若反应物这边缺正电荷,一般加H+,生成物一边加水;若反应物这边缺负电荷,一般加OH-,生成物一边加水。然后进行两边电荷数配平。
高频考点六电子守恒思想在氧化还原反应计算中的应用
例6.现有24mL浓度为0.05mol·L-1的Na2SO3溶液恰好与20mL浓度为0.02mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反应。已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化为Na2SO4,则元素Cr在还原产物中的化合价为( )
A.+2B.+3C.+4D.+5
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的物质的量之比为1∶16,则x的值为( )
A.2B.3C.4D.5
在反应3BrF3+5H2O===9HF+Br2+HBrO3+O2↑中,若有5molH2O参加反应,被水还原的溴元素为( )
高频考点七多步反应得失电子守恒问题
例7.取xg铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生mL的NO2气体和mL的N2O4气体(都已折算到标准状态),在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀质量为17.02g。则x等于( )
A.8.64 B.9.20
C.9.00 D.9.44
足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,将这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5mol·L-1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是( )
A.60mL B.45mL
C.30mL D.15mL
高频考点八氧化还原反应在综合实验中的应用
例8、过氧化钙可以用于改善地表水质,处理含重金属粒子的废水和治理赤潮,也可用于应急供氧等。工业上生产过氧化钙的主要流程如下:
CaCl2固体30%的H2O2
↓ ↓
↑ ↓ ↓
NH3 副产品 产品
已知CaO2·8H2O呈白色,微溶于水,加热至℃左右开始分解放出氧气。
(1)用上述方法制取CaO2·8H2O的化学方程式是_____________________________。
(2)检验“水洗”是否合格的方法是_______________________________________。
(3)沉淀时常用冰水控制温度在0℃左右,其可能原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)测定产品中CaO2的含量的实验步骤:
第一步:准确称取ag产品于有塞锥形瓶中,加入适量蒸馏水和过量的bgKI晶体,再滴入少量2mol·L-1的H2SO4溶液,充分反应。
第二步:向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步:逐滴加入浓度为cmol·L-1的Na2S2O3溶液至反应完全,消耗Na2S2O3溶液VmL。
①第一步发生反应的化学方程式为___________________________________________;
CaO2的质量分数为____________(用字母表示)。
②某同学第一步和第二步的操作都很规范,第三步滴速太慢,这样测得的CaO2的质量分数可能________(填“不受影响”、“偏低”或“偏高”),原因是__________________。