注意:
①物质的氧化性、还原性不是一成不变的。
同一物质在不同的条件下,其氧化能力或还原能力会有所不同。
如:
氧化性:
HNO3(浓)>HNO3(稀);Cu与浓H2SO4常温下不反应,加热条件下反应;KMnO4在酸性条件下的氧化性比在中性、碱性条件下强。
②原子的氧化性一般都强于分子的氧化性。
如:
氧化性
等。
【要点归纳探究】
一、有关氧化还原反应概念之间的关系图
【自主探究1】下列氧化还原反应中,水作为还原剂的是()
A.3Fe+4H2O
Fe3O4+4H2
B.Cl2+H2O=HClO+HCl
C.CO2+H2O=4H2CO3↑
D.2F2+2H2O=4HF+O2
【解析】A项H2O中H的化合价降低,为氧化剂;B、C项,H2O中氢、氧两种元素的化合价都没有发生改变,所以水既不是氧化剂也不是还原剂;D项H2O中O的化合价升高,所以为还原剂。
【答案】D
二、氧化还原反应的表示方法
1.双线桥表示法:
双线桥用箭头表示出同一元素在反应过程中的变化情况,同时双线桥法还表示出元素化合价升降和氧化、还原的关系。
在用双线桥表示电子得失时,应注明“得(或+)”、“失(或-)”字样,因为此时的箭头不具有得失的意义,而得失电子的数目,则等于反应中相应元素的化合价的升高或降低的总数。
2.单线桥法能很明了地表示出反应中的电子转移方向与数目。
单线桥的箭头自失电子的元素开始,指向得电子的元素,由于箭头的方向已表达了得失电子的含义,线桥上不再标出“得”“失”字样。
例:
【特别提醒】对于氧化还原反应的表示,首先要正确判断元素的化合价,依据化合价升降作出判断,一定要注意得失电子守恒。
三、氧化还原反应方程式的配平以及综合计算
1.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:
写出反应物和生成物的化学式,并标出反应前后变价元素的化合价。
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
用观察法配平其他物质的系数
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
.将“—”写为“=”,给定条件的写明条件
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。
2.氧化还原反应的综合计算:
(1)依据守恒:
氧化还原反应中得失电子的物质的量相等——得失电子守恒
反应前后各元素原子的物质的量相等——质量守恒;
若同时属于离子反应,还可以利用阴离子所带的电荷总数等于阳离子所带电荷总数相等——电荷守恒。
(2)有关氧化还原反应的计算种类:
①求氧化剂与还原剂、或氧化产物与还原产物的量之间的关系
②题目给定反应物和生成物,要求求出氧化剂与还原剂或氧化产物与还原产物的量的关系。
③题目给定氧化剂和还原剂的物质的量之比,求氧化产物或还原产物的化合价。
④某一氧化还原反应中氧化剂或还原剂不止一种,求某一部分氧化剂(或还原剂)氧化(或还原)还原剂(或氧化剂)的物质的量。
【特别提醒】守恒思想是中学化学中最重要的思想之一,利用得失电子守恒、质量守恒、电荷守恒的思想解题,可以事半功倍。
【自主探究2】某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物。
当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2:
1,还原产物为()
A.NO2B.NOC.N2OD.N2
【解析】硝酸在与金属单质发生反应时既表现氧化性又表现酸性,作为氧化剂的硝酸得到的电子数与金属单质失去电子的数目相同,设金属被氧化为+x价,则金属得失去电子为2x,若得到的还原产物的化合价为y,所以硝酸得电子为5-y,所以2x=5–y;当x=1时,y=3;当x=2时,y=1;当x=3时,y=-1
【答案】C。
四、氧化还原反应中的基本规律
1.氧化性、还原性的判断规律
⑴氧化性是指得电子的能力,还原性是指失电子的能力。
⑵氧化性、还原性的强弱取决于得失电子的难易程度,与得失电子的多少无关。
从元素的价态考虑:
最高价态只有氧化性;最低价态只有还原性;中间价态既有氧化性又有还原性。
⑶常用判断方法:
①根据金属活泼性判断:
金属的金属性越强,单质的还原性越强,其对应的离子的氧化性越弱。
单质的还原性:
按金属活动性顺序依次减弱。
离子的氧化性:
按金属活动性顺序依次增强(铁为Fe2+)。
如:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+。
②根据非金属的活泼性判断
非金属性越强,单质的氧化性越强,其对应离子的还原性越弱。
如:
氧化性F2>Cl2>Br2>I2>S
还原性S2—>I—>Br—>Cl—>F—。
③根据氧化还原反应进行的方向以及反应条件或剧烈程度来判断:
氧化性:
氧化剂>氧化产物
还原性:
还原剂>还原产物
不同氧化剂(还原剂)与同一还原剂(氧化剂)反应时,反应条件越易,氧化性(还原性)越强;
如:
浓盐酸分别与KMnO4.MnO2.O2反应的条件分别为常温、加热、催化剂并加热,所以可以判断氧化性KMnO4>MnO2>O2。
不同氧化剂(还原剂)与同一还原剂(氧化剂)反应时,反应现象越剧烈,氧化性(还原性)越强;
钠和钾分别与水反应时,钾更剧烈,所以还原性:
K>Na
④根据原电池或电解池的电极反应判断:
两种不同的金属构成原电池的两极,负极金属是电子流出的极,正极金属是电子流入的极,其还原性:
负极>正极;
用惰性电极电解混合溶液时,在阴极先放电的阳离子的氧化性较强,在阳极先放电的阴离子的还原性较强。
⑤某些物质的氧化性或还原性与外界条件有关
温度:
如浓硫酸具有强的氧化性,热的浓硫酸比冷的浓硫酸的氧化性更强。
浓度:
如硝酸的浓度越高,氧化性越强。
酸碱性:
如KMnO4的氧化性随酸性的增强而增强。
2.氧化还原反应的规律
⑴相等规律:
在任何氧化还原反应中,氧化剂得到电子的总数与还原剂失去电子的总数相等。
此规律应用于解氧化还原反应的计算题、氧化还原反应方程式的配平。
⑵先后规律:
在溶液中如果存在多种氧化剂(或还原剂),当想溶液中加入一种还原剂(或氧化剂)时,还原剂(氧化剂)先把氧化性(还原性)强的氧化剂(还原剂)还原(或氧化)。
如把Cl2通入到FeBr2溶液中,Cl2先氧化Fe2+,然后才氧化Br—。
【特别提醒】氧化还原反应价态转化规律:
①邻位转化规律:
某价态元素遇弱氧化剂(还原剂)时,通常只被氧化(或还原)到相邻价态。
如H2S一般被氧化成S。
Fe3+一般被还原为Fe2+。
②归中规律:
不同价态的同种元素间发生氧化还原反应,其结果是两种价态只能相互靠近或最多达到
相同价态,而决不会出现高价态边低,低价态变高的交叉现象。
所以同一元素相邻价态之间不发生氧化还原反应。
【自主探究3】已知氧化还原反应:
2Cu(IO3)2+24KI+12H2SO4=2CuI↓+13I2+12K2SO4+12H2O,其中1mol氧化剂在反应中得到的电子为()
A.10molB.11molC.12molD.13mol
【解析】在氧化还原反应中,氧化剂是得到电子的物质,所含元素的化合价降低。
对于该反应中,Cu(IO3)2中铜元素由+2价降低到+1价,碘元素由+5价降低到0价,KI中碘元素由-1价升高到0价,所以Cu(IO3)2为氧化剂,KI为还原剂。
总计1摩尔Cu(IO3)2得到的电子为11mol。
【答案】B。
【考点突破】
考点一 氧化性、还原性强弱的比较
例1.下表是四个反应的有关信息:
序号
①
②
③
④
氧化剂
Cl2
KMnO4
KClO3
KMnO4
还原剂
FeBr2
H2O2
HCl(浓)
HCl(浓)
其他反应物
H2SO4
氧化产物
O2
Cl2
Cl2
还原产物
FeCl3
MnSO4
Cl2
MnCl2
下列结论中正确的是( )
A.第①组反应的氧化产物一定只有FeCl3(实为Fe3+)
B.氧化性比较:
KMnO4>Cl2>Fe3+>Br2>Fe2+
C.还原性比较:
H2O2>Mn2+>Cl-
D.第③组反应的产物还有KCl和H2O
解析:
第①组反应中,若Cl2足量,则其氧化产物是Fe3+和Br2,选项A错误;Br2的氧化性大于Fe3+,选项B错误;第②组反应可知还原性H2O2>Mn2+,由第④组反应可知还原性HCl(Cl-)>Mn2+,选项C错误;第③组的化学反应为:
KClO3+6HCl===KCl+3Cl2↑+3H2O,则第③组反应的产物还有KCl和H2O。
答案:
D
【规律总结】物质氧化性、还原性强弱的判断
物质氧化性、还原性的强弱取决于元素原子得失电子的难易程度,与得失电子的数目无关,常用的判断方法有:
(1)根据反应方程式判断
氧化性:
氧化剂>氧化产物;
还原性:
还原剂>还原产物。
(2)根据物质活动性顺序比较
①金属活动性顺序(常见元素)
(3)根据氧化产物的价态高低判断
当变价的还原剂在相似的条件下作用于不同的氧化剂时,还原剂价态升高越大,氧化剂氧化性越强。
例如:
2Fe+3Cl2
2FeCl3,Fe+S
FeS
可以判断氧化性:
Cl2>S
(4)依据元素周期律进行判断
①金属单质与水或非氧化性酸反应越容易,金属的还原性越强。
②金属最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属的还原性越强。
③非金属气态氢化物越稳定,非金属的氧化性越强。
④非金属单质与氢气化合越容易,非金属的氧化性越强。
⑤非金属最高价氧化物对应含氧酸酸性越强,非金属的氧化性越强。
(5)根据原电池、电解池的电极反应判断
①两种不同的金属构成原电池的两极。
其还原性:
负极>正极。
②用惰性电极电解混合溶液时,在阴极先放电的阳离子的氧化性较强,而在阳极先放电的阴离子的还原性较强。
【变式探究1】已知Co2O3在酸性溶液中易被还原成Co2+,且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
解析:
由于还原性I->Fe2+,Cl2应先氧化I-,故A不可能发生,B可能发生;由于氧化性Fe3+>I2,D可能发生;又因为氧化性Co2O3>Cl2,故C也可能发生。
答案:
A
考点二 氧化还原反应的基本规律及其应用
例2.含有amolFeBr2的溶液中,通入xmolCl2。
下列各项为通Cl2过程中,溶液内发
生反应的离子方程式,其中不正确的是( )
A.x=0.4a,2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
B.x=0.6a,2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
C.x=a,2Fe2++2Br-+2Cl2===Br2+2Fe3++4Cl-
D.x=1.5a,2Fe2++4Br-+3Cl2===2Br2+2Fe3++6Cl-
解析 还原性:
Fe2+>Br-,x=0.4a时,Cl2不能完全氧化Fe2+,只发生反应2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,A正确;当x=0.6a时,Cl2将Fe2+完全氧化后,又能氧化
的Br-,故B错误;x=a时,Cl2氧化Fe2+后又能氧化
的Br-,C正确;x=1.5a时,Cl2将Fe2+、Br-完全氧化,D正确。
答案:
B
名师点拨:
恒规律
转化规律
强弱规律
先后规律
【变式探究2】今有下列三个氧化还原反应:
①2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
②2FeCl2+Cl2===2FeCl3
③2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
若某溶液中有Fe2+、I-、Cl-共存,要除去I-而不影响Fe2+、Cl-,则可加入的试剂是( )
A.Cl2B.KMnO4C.FeCl3D.HCl
答案:
C
考点三 氧化还原反应综合应用
例3.物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是()
A.1∶4B.1∶5C.2∶3D.2∶5
解析:
2molZn与稀硝酸反应转移4mole-,1molHNO3被还原为N2O转移4mole-,故被还原的硝酸为1mol,未被还原的HNO3为4mol,两者比为1∶4。
答案:
A
【名师点拨】氧化还原反应的相关计算
(1)基本方法——得失电子守恒法
对于氧化还原反应的计算,关键是根据氧化还原反应的实质——得失电子守恒,列出守恒关系式求解,即n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值。
(2)特殊题型
对于多步连续进行的氧化还原反应,只要中间各步反应过程中电子无损耗,可直接根据起始物和最终产物得失电子相等,删去中间产物,建立二者之间的守恒关系,迅速求解。
例如:
Cu
NOx
HNO3,则Cu失去电子的物质的量等于H2O2得电子的物质的量,忽略HNO3参与反应过程。
【变式探究3】向盛有KI溶液的试管中加入少许CCl4后滴加氯水,CCl4层变成紫色。
如果继续向试管中滴加氯水,振荡,CCl4层会逐渐变浅,最后变成无色。
完成下列填空:
(1)写出并配平CCl4层由紫色变成无色的化学反应方程式(如果系数是1,不用填写):
____
+____
+____
―→____
+____
(2)整个过程中的还原剂是________________。
(3)把KI换成KBr,则CCl4层变成________色,继续滴加氯水,CCl4层的颜色没有变
化。
Cl2、HIO3、HBrO3氧化性由强到弱的顺序是_______________________________。
(4)加碘盐中含碘量为20mg~50mg/kg。
制取加碘盐(含KIO3的食盐)1000kg,若用KI与Cl2反应制KIO3,至少需要消耗Cl2______L(标准状况,保留2位小数)。
解析:
(2)根据题意,反应过程中Cl2首先氧化KI生成单质碘,Cl2过量时I2继续被氧化生成HIO3,因此整个过程中还原剂为KI和I2。
(3)Cl2与KBr反应生成单质溴,溴溶于CCl4呈红棕色。
Cl2不能继续氧化溴生成HBrO3,因此氧化性HBrO3>Cl2;又因Cl2氧化I2生成HIO3,则氧化性Cl2>HIO3,因此氧化性由强到弱的顺序为HBrO3>Cl2>HIO3。
(4)根据题意,发生反应为:
2KI+Cl2===2KCl+I2,I2+5Cl2+6H2O===2HIO3+10HCl。
因此存在关系式:
3Cl2→HIO3→KIO3→I。
3Cl2 ~ I
3×22.4L 127g
V(Cl2) 1000kg×20×10-3g/kg
则
=
,
解得V(Cl2)=10.58L。
答案:
(1)I2+5Cl2+6H2O===2HIO3+10HCl
(2)KI、I2(3)红棕 HBrO3>Cl2>HIO3
(4)10.58
【高考失分警示】
1.含有最高价态元素的化合物不一定有强氧化性,如稀H2SO4为非氧化性酸。
2.在氧化还原反应中一种元素被氧化,不一定有另一种元素被还原。
如Cl2+H2OHCl+HClO中被氧化和被还原的都是氯元素。
3.得电子难的元素不一定易失电子。
如碳元素、稀有气体元素。
4.氧化还原反应中同一种元素的价态“只靠拢,不交叉”。
如
5.元素由化合态变为游离态不一定被氧化,如HCl→Cl2氯元素被氧化,CuO→Cu铜元素被还原。
6.NO
只有在酸性条件下才有强氧化性,而ClO-无论在酸性还是在碱性条件下都有强氧化性。
考点4 氧化还原反应的概念及其原理
【例4】下列类型的反应,一定发生电子转移的是( )
A.化合反应B.分解反应C.置换反应D.复分解反应
思维点拨:
A项,化合反应不一定是氧化还原反应,如NH3+HCl===NH4Cl,该反应中无电子转移;B项,分解反应不一定是氧化还原反应,如CaCO3CaO+CO2↑,该反应中无电子转移;C项,置换反应一定是氧化还原反应,一定发生电子转移;D项,复分解反应都不是氧化还原反应,无电子转移。
答案:
C
要点提醒——画龙点睛 触类旁通
解答氧化还原反应概念题的两个关键
1.要理清知识线索,即价升高→失电子→失电子→还原剂→氧化反应→氧化产物(或价降低→得电子→氧化剂→还原反应→还原产物)。
2.要明确解题的方法思路:
理解概念抓实质,解题应用靠特征,即从氧化还原反应的实质——电子转移,去分析理解有关的概念,而在实际解题过程中,应从分析元素化合价有无变化这一氧化还原反应的特征入手。
具体方法思路是:
找变价、判类型、分升降、定其他。
其中“找变价”是非常关键的一步,特别是反应物中含有同