高中化学培优第4讲 氧化还原反应基本理论.docx

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高中化学培优第4讲氧化还原反应基本理论

高中化学培优辅导讲座

第4讲氧化还原反应基本理论

【高考要求】

氧化还原反应的基本概念、氧化还原反应的配平与计算、氧化还原半反应以及氧化还原反应的应用。

【知识梳理】

1、氧化还原反应的基本概念

二、氧化还原反应的基本规律及其思维模型

1.氧化性、还原性强弱的判断

（1）根据金属活动顺序进行判断规律：

金属单质的还原性越强，其对应阳离子的氧化性越弱：

[说明]一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属阳离子越容易，其阳离子得电子还原成金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属阳离子越难，其阳离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。

如Cu2++2e-→Cu远比Na++e-→Na容易，即氧化性Cu2+>Na+,还原性Na>Cu

（2）根据非金属活动顺序进行判断

（3）根据氧化还原反应的发生规律判断

氧化还原反应发生规律可用如下式子表示：

氧化性：

氧化剂＞氧化产物

还原性：

还原剂＞还原产物

例：

已知①2FeCl3+2KI=2FeCl2+I2+2KCl，②2FeCl2+C12=2FeCl3。

由①知，氧化性Fe3+>I2，由②知，氧化性C12>Fe3+，综合①②结论，可知氧化性Cl2>Fe3+>I2

（4）根据氧化还原反应发生反应条件的不同进行判断

如：

MnO2十4HCl（浓）

MnCl2+C12↑+2H2O，2KMnO4十16HCl（浓）=2MnCl2+5C12↑+8H2O

后者比前者容易（不需要加热），可判断氧化性KMnO4>MnO2

（5）根据被氧化或被还原的程度的不同进行判断

Cu十C12

CuCl2，2Cu+S

Cu2S

C12可把Cu氧化到Cu（+2价），而S只能把Cu氧化到Cu（+1价），这说明氧化性Cl2>S，注意氧化性的强弱指的是氧化剂能使其他化合物化合价升高的难易程度，并不是指自身被还原的程度。

（6）根据元素周期表判断

①对同一周期金属而言，从左到右其金属活泼性依次减弱。

如Na、Mg、A1金属性依次减弱，其还原性也依次减弱。

②对同主族的金属的还原性和非金属的氧化性可按上述方法分析。

（7）其他因素

a.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。

b.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。

c..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，对应的产物也不同。

如KMnO4溶液的氧化性随溶液酸性的增强而增强，在酸性环境中还原产物为Mn2+，中性环境中为MnO2，碱性环境中为MnO42-等等。

2.氧化还原反应的基本规律及其模型

（1）守恒规律：

氧化还原反应中得电子总数与失电子总数相等（即电子转移守恒），表现在元素化合价降低总数与升高总数相等。

守恒规律学科思想模型：

氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。

这是配平和计算的依据，利用守恒思想，可以抛开繁琐的反应过程，可不写化学方程式，不追究中间反应历程，只要把物质分为初态和终态，从得电子与失电子两个方面进行整体思维，便可迅速获得正确结果

（2）价态规律：

根据元素的价态可以判断物质的氧化性、还原性，即处于高价态的物质一般具有氧化性，处在低价态的物质具有还原性；处于中间价态的物质兼有氧化性和还原性。

例如：

具有还原性，

具有氧化性，

既具有氧化性又具有还原性。

价态归中规律思维模型：

含不同价态同种元素的物质间发生氧化还原反应时，该元素价态的变化一定遵循“高价＋低价―→中间价”，而不会出现交叉现象。

例如，不同价态硫之间可以发生的氧化还原反应是

如反应KClO3＋6HCl===KCl＋3Cl2↑＋3H2O中，转移的电子数为5，而非6。

（3）转化规律：

同种元素不同价态之间发生反应，元素化合价只靠近不交叉；相邻价态间不发生氧化还原反应。

例如：

H2S+H2SO4（浓）====S↓+SO2↑+2H2O，反应中

，

；Fe与Fe2+、Fe2+与Fe3+不发生反应。

歧化反应规律思维模型：

“中间价→高价＋低价”。

具有多种价态的元素（如氯、硫、氮和磷元素等）均可发生歧化反应，如：

Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

（4）强弱规律：

一种氧化剂与几种还原剂反应，先氧化还原性强的还原剂，反之亦然。

例如：

Cl2与FeBr2溶液的反应，先考虑Cl2氧化Fe2+，再考虑Cl2氧化Br-；Cl2与FeI2溶液的反应，先考虑Cl2氧化I-，再考虑Cl2氧化Fe2+。

同样，一种还原剂与几种氧化剂反应，氧化性强的先反应，如Fe加到H2SO4和CuSO4组成的混合溶液中，Fe先与Cu2+反应，然后才与H+反应。

反应先后规律的思维模型

同一氧化剂与含多种还原剂（物质的量浓度相同）的溶液反应时，首先被氧化的是还原性最强的物质；

同一还原剂与含多种氧化剂（物质的量浓度相同）的溶液反应时，首先被还原的是氧化性最强的物质。

三、氧化还原反应的配平和计算

1.氧化还原反应的配平

（1）配平的基本原则

①电子守恒：

氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。

②质量（物料）守恒：

反应前后各元素原子总数相等。

③电荷守恒：

方程式两边的各物质总电荷数相等。

（离子反应）

（2）配平的基本方法

a.化合价升降法（最小公倍数法）

配平的步骤：

（1）写出未配平的基本反应式，在涉及氧化还原过程的有关原子上方标出化合价。

（2）计算相关原子化合价上升和下降的数值

（3）找出它们的最小公倍数，按照最小公倍数原子对各化合价的变化值乘以相应的系数，即得氧化剂和还原剂的化学计量数

（4）平衡其他原子，在多数情况下是H原子和O原子，酸性环境中补充H+和H2O，碱性环境中补充OH-和H2O。

例1.以氯酸与磷反应为例，说明用氧化数法配平氧化还原反应式的步骤：

（1）写出基本反应式

HClO3+P4→HCl+H3PO4

（2）找出氧化剂中原子氧化数降低的数值和还原剂中原子氧化数升高的数值。

（3）调整系数，使氧化数升高的总数等于氧化数降低的总数。

（4）在氧化剂和还原剂的化学式前，各乘以相应的系数。

并使方程式两边相应的原子数相等。

10HClO3+3P4→10HCl+12H3PO4

（5）配平反应前后氧化数未发生变化的原子数。

首先检查反应方程式两边的氢原子数目，找出参加反应的水分子数。

最后核对氧原子数。

由于右边多36个氢原子和18个氧原子，左边应加18个水分子，得到配平了的氧化还原方程式。

10HClO3+3P4+18H2O→10HCl+12H3PO4

b.离子电对法

适用于液相中发生的氧化还原型的离子反应，利用半反应法依据电子守恒法配平。

配平步骤：

①用离子式写出主要反应物和产物（气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式）

②分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应

③分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等。

例2：

以高锰酸钾滴定法测定Fe2+配平为例

KMnO4+FeSO4+H2SO4（稀）—→MnSO4+Fe2（SO4）3+K2SO4+H2O

离子式：

MnO4—+Fe2++H+—→Mn2++Fe3++H2O

半反应：

MnO4-+8H++5e-—→Mn2++4H2O

×5）Fe2+-e-—→Fe3+

MnO4—+5Fe2++8H+—→Mn2++5Fe3++4H2O

2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4—→2MnSO4+5Fe2（SO4）3+K2SO4+8H2O

2.氧化还原反应的计算

氧化还原反应比较典型的计算有：

求氧化剂与还原剂物质的量之比或质量比，计算参加反应的氧化剂或还原剂的量，确定反应前后某一元素的价态变化，判断反应产物等。

计算的关键是遵循电子守恒的原则，即依据氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数，列出守恒关系式求解。

计算公式如下：

氧化剂物质的量×变价元素原子的个数×化合价的变化值=还原剂物质的量×变价元素原子的个数×化合价的变化值。

计算依据即为电子守恒。

对于化学反应中有一种元素升高，同时有两种（或多种）元素化合价下降（或者反过来）的氧化还原反应问题，根据电子守恒思想从数学理论上得出该问题是不定方程的求解，但在化学问题经常会给出一些不同的限制条件是可以进行求解的，从而造成问题的发散性。

四、氧化还原反应方程式的分析和书写

借助已学的化学反应和氧化还原反应基本规律推出并写出未知反应的化学方程式，这是考查学生化学变通能力的一类常见题型，解决这类问题需要掌握几种分析和思考方法。

1.类比法

2.分解法

【例题精讲】

【例1】下列说法正确的是（　　）

A．强氧化剂与强还原剂不一定能发生氧化还原反应

B．含最高价元素的化合物一定只表现强氧化性

C．阳离子只有氧化性，阴离子只有还原性

D．发生化学反应时，失电子越多的金属原子，还原能力越强

【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＋

【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===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O

D．2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2

【例4】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

②Q＋H2O

X＋H2

③Y＋NaOH―→G＋Q＋H2O

④Z＋NaOH―→Q＋X＋H2

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、XB．X、Z、Q、G、Y

C．X、Z、Q、Y、GD．G、Q、Y、Z、X

【例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

【例6】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

【例7】

（1）在反应2KMnO4＋16HBr===5Br2＋2MnBr2＋2KBr＋8H2O中，还原剂是________。

（2）已知BrFx与H2O按物质的量之比3∶5反应的产物是HF、HBrO3、Br2、O2，BrFx中的x＝________，该反应中的氧化剂是________，还原剂是________________。

（3）浓盐酸在反应KClO3＋HCl（浓）―→KCl＋ClO2＋Cl2＋

（补充完整）中显示出来的性质是

________________________________________________________________________

________________。

（4）在一定条件下，PbO2与Cr3＋反应，产物是Cr2O

和Pb2＋，则与1molCr3＋反应所需PbO2的物质的量为________________。

【例8】食盐中含有一定量的镁、铁等杂质，加碘盐中碘的损失主要是由于杂质、水分、空气中的氧气以及光照、受热而引起的。

已知：

氧化性：

IO

＞Fe3＋＞I2；还原性：

S2O

＞I－

3I2＋6OH－===5I－＋IO

＋3H2O

KI＋I2===KI3

（1）某学习小组对加碘盐进行了如下实验：

取一定量某加碘盐（可能含有KIO3、KI、Mg2＋、Fe3＋），用适量蒸馏水溶解，并加稀盐酸酸化，将所得试液分为3份。

第一份试液中滴加KSCN溶液后显血红色；第二份试液中加足量KI固体，溶液显淡黄色，用CCl4萃取，下层溶液显紫红色；第三份试液中加入适量KIO3固体后，滴加淀粉试剂，溶液不变色。

①加KSCN溶液显血红色，该红色物质是______（用化学式表示）；CCl4中显紫红色的物质是______（用电子式表示）。

②第二份试剂中加入足量KI固体后，反应的离子方程式为

________________________________________________________________________。

（2）KI作为加碘剂的食盐在保存过程中，由于空气中氧气的作用，容易引起碘的损失。

写出潮湿环境中KI与氧气反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

将I2溶于KI溶液，在低温条件下，可制得KI3·H2O。

该物质作为食盐加碘剂是否合适？

____（填“是”或“否”），并说明理由：

________________________________________________________________________。

（3）为了提高加碘盐（添加KI）的稳定性，可加稳定剂减少碘的损失。

下列物质中有可能作为稳定剂的是____。

　A．Na2S2O3B．AlCl3

C．Na2CO3D．NaNO2

（4）对含Fe2＋较多的食盐（假设不含Fe3＋），可选用KI作为加碘剂。

请设计实验方案，检验该加碘盐中的Fe2＋：

________________________________________________________________________。

【例9】

（1）配平氧化还原反应方程式：

C2O

＋____MnO

＋____H＋===____CO2↑＋____Mn2＋＋____H2O

（2）称取6.0g含H2C2O4·2H2O、KHC2O4和K2SO4的试样，加水溶解，配成250mL溶液。

量取两份此溶液各25mL，分别置于两个锥形瓶中。

①第一份溶液中加入酚酞试液，滴加0.25mol·L－1NaOH溶液至20mL时，溶液由无色变为浅红色。

该溶液被中和的H＋的总物质的量为________mol。

②第二份溶液中滴加0.10mol·L－1的酸性高锰酸钾溶液。

A．KMnO4溶液在滴定过程中作________（填“氧化剂”或“还原剂”），该滴定过程____________（填“需要”或“不需要”）另加指示剂。

滴至16mL时反应完全，此时溶液颜色由________变为__________。

B．若在接近终点时，用少量蒸馏水将锥形瓶冲洗一下，再继续滴定至终点，则所测结果__________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

C．若在达到滴定终点时俯视读数，则所得结果________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

③原试样中H2C2O4·2H2O的质量分数为________，KHC2O4的质量分数为__________。

【例10】已知几种离子的还原能力强弱顺序为I—>Fe2+>Br—，现有200mL混合溶液中含FeI2、FeBr2各0.10mol，向其中逐滴滴入氯水（假定Cl2分子只与溶质离子反应，不考虑其它反应）

（1）若氯水中有0.15molCl2被还原,则所得溶液中含有的阴离子主要是，剩余Fe2+的物质的量为。

（2）若原溶液中Br—有一半被氧化，共消耗Cl2的物质的量为，若最终所得溶液为400mL，其中主要阳离子及其物质的量浓度为。

（3）通过对上述反应的分析，试判断Cl2、I2、Fe3+、Br2四种氧化剂的氧化能力由强到弱的顺序是。

（4）上述反应若原溶液中溶质离子全部被氧化后，再滴入足量氯水，则I2全部被Cl2氧化成HIO3（强酸）。

试写出此反应的离子方程式，

上述所有反应共消耗Cl2mol。

【课后练习】

第4讲氧化还原反应基本理论

一、单项选择题

1．下列物质中既有氧化性又有还原性的是（　　）

A．HClOB．Al2O3C．N2O5D．SiO2

2．常温下，在溶液中可以发生反应：

X＋2Y3＋===2Y2＋＋X2＋，对下列叙述的判断正确的是（　　）

①X被氧化　②X是氧化剂　③X具有还原性　④Y2＋是氧化产物　⑤Y2＋具有还原性　⑥Y3＋的氧化性比X2＋的氧化性强

A．②④⑥B．①③④C．①③⑤⑥D．②⑤

3．已知反应2X－＋Z2===2Z－＋X2,2W－＋X2===2X－＋W2能从左向右进行，则反应：

W2＋2Z－===Z2＋2W－进行的方向是（　　）

A．从左向右B．从右向左

C．不能进行D．无法判断

4．下列物质中按只有氧化性、只有还原性、既有氧化性又有还原性的顺序排列的一组是（）

A．F2、K、HClB．Cl2、Al、H2

C．NO2、Na、Br2D．O2、SO2、H2O

5．在浓盐酸中H3AsO3与SnCl2反应的离子方程式为：

3SnCl2＋12Cl－＋2H3AsO3＋6H＋===2As＋3SnCl

＋6M，关于该反应的说法中正确的组合是（　　）

①氧化剂是H3AsO3；②还原性：

Cl－>As；③每生成7.5gAs，还原剂失去的电子为0.3mol；④M为OH－；⑤SnCl

是氧化产物

A．①③⑤B．①②④⑤C．①②③④D．①③

6．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

>Cl2D．S2O

>Cr2O

>Cl2>Fe3＋>Sn4＋

7.钢铁“发蓝”是将钢铁制品浸到某些氧化性的溶液中，在钢铁的表面形成一层四氧化三铁的技术过程。

其中一种办法是将钢铁制品浸到亚硝酸钠和浓氢氧化钠的混合溶液中加热到130℃反应。

其过程可以用如下化学方程式表示：

①3Fe＋NaNO2＋5NaOH===3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑

②6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O===3Na2Fe2O4＋NH3↑＋7NaOH

③Na2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2O===Fe3O4＋4NaOH

下列说法正确的是（）

A．反应①不是氧化还原反应

B．该生产过程不产生任何污染

C．整个反应过程中，每有5.6gFe参加反应转移0.8mole－

D．反应②中的氧化剂是NaNO2

8．在100mL含等物质的量的HBr和H2SO3的溶液里通入0.01molCl2，有一半Br－转变为Br2（已知Br2能氧化H2SO3），原溶液中的HBr和H2SO3的浓度等于（　　）

A．0.0075mol/LB．0.008mol/L

C．0.075mol/LD．0.08mol/L

二、非选择题

9．世界卫生组织（WHO）将二氧化氯（ClO2）列为A级高效、安全灭菌消毒剂，ClO2是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂，它在食品保鲜、饮用水消毒等方面有着广泛的应用。

（1）实验室制备ClO2的方法之一为：

2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4

2ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋2H2O（H2C2O4俗称草酸，其中H为＋1价，O为－2价）则下列说法正确的是________。

A．KClO3在反应中得到电子

B．ClO2是氧化产物

C．H2C2O4在反应中被氧化

D．1molKClO3参加反应有2mol电子转移

（2）KClO3和浓盐酸在一定温度下反应也会生成绿黄色的二氧化氯。

其变化可表示为2KClO3＋4HCl（浓）===2KCl＋2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O

①浓盐酸在反应中表现出来的性质是__________________________________________；

②已知每产生0.1molCl2，则发生转移的电子的物质的量为0.2mol。

ClO2具有很强的氧化性，因此常被用作消毒剂，其消毒后的还原产物是氯离子，则其消毒的效率（以单位质量得到的电子数表示）是Cl2的________倍。

10．已知物质K2EO4具有很强的氧化性，是一种高效绿色氧化剂，可用于废水和生活污水的处理。

根据下列框图回答问题（答题时，化学式和方程式中的M、E用所对应的元素符号表示）：

（1）M和E相比，还原性较强的是　　　　（填化学式）。

（2）在K2EO4的水溶液中能大量共存的离子是　　　　（填字母）。

A．Fe2+B．S2－C．SO

D．Cl－

（3）写出X与稀H2SO4和H2O2混合液反应的离子方程式：

_________________________。

（4）在Z―→K2EO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。

11．北京市场销售的某种食用精制盐包装袋上有如下说明：

产品标准

GB5461

产品等级

一级

配料

食盐、碘酸钾、抗结剂

碘含量（以I计算）

20～50mg/kg

分装日期

分装企业

（1）碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生如下反应，配平化学方程式（将化学计量数填于空白处）：

KIO3＋____KI＋____H2SO4——____K2SO4＋____I2＋____H2O

（2）上述反应生成的I2可用四氯化碳检验。

向碘的四氯化碳溶液中加入Na2SO3稀溶液，将I2还原，以回收四氯化碳。

①Na2SO3稀溶液与I2反应的离子方程式是

_______________________________________________________________________。

②某学生设计回收四氯化碳的操作步骤为：

a．将碘的四氯化碳溶液置于分液漏斗中；

b．加入适量Na2SO3稀溶液；

c．分离出下层液体。

以上设计中遗漏的操作及在上述步骤中的位置是

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________。

（3）已知：

I2＋2S2O

===2I－＋S4O

。

某学生测定食用精制盐的碘含量，其步骤为：

a.准确称取wg食盐，加适量蒸馏水使