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氧化还原反应原理

氧化还原反应的基本概念和规律

知识点一：

氧化还原反应

1．定义：

在反应过程中有元素的化合价升降（外在表现）的化学反应是氧化还原反应。

2．实质（重点）：

反应过程中有电子的得失或共用电子对的偏移（内在原因）。

3．特征：

化合价有升降。

4．与四种基本反应的关系

要点诠释：

①置换反应全部属于氧化还原反应。

②复分解反应全部属于非氧化还原反应。

③有单质参加的化合反应全部是氧化还原反应。

④有单质生成的分解反应全部是氧化还原反应。

⑤有单质参与的化学反应不一定是氧化还原反应，如3O2==2O3；

⑥无单质参与的化合反应也可能是氧化还原反应，如H2O2+SO2==H2SO4。

例1．下列过程中，没有发生氧化还原反应的是（　　）

A．钻木取火B．青铜器生锈

C．燃放烟花爆竹D．利用焰色反应检验Na＋

解析　钻木取火、青铜器生锈、燃放烟花爆竹，都有氧气参与反应，存在元素化合价的变化，故A、B、C项都属于氧化还原反应；焰色反应属于物理变化，不是氧化还原反应。

答案　D

知识点二:

有关氧化还原反应的基本概念（四对）

要点诠释：

1．氧化剂与还原剂

氧化剂：

得到电子（或电子对偏向、化合价降低）的物质。

还原剂：

失去电子（或电子对偏离、化合价升高）的物质。

氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性。

2．氧化反应与还原反应

氧化反应：

失去电子（化合价升高）的反应。

还原反应：

得到电子（化合价降低）的反应。

3．氧化产物与还原产物

氧化产物：

还原剂在反应中失去电子后被氧化形成的生成物。

还原产物：

氧化剂在反应中得到电子后被还原形成的生成物。

4．氧化性与还原性

氧化剂具有的得电子的性质称为氧化性；还原剂具有的失电子的性质称为还原性。

小结：

氧化还原反应中各概念之间的相互关系

上述关系可简记为：

升（化合价升高）、失（电子）、氧（氧化反应）、还（还原剂）

降（化合价降低）、得（电子）、还（还原反应）、氧（氧化剂）

例如，对于反应：

MnO2+4HCl（浓）

MnCl2+Cl2↑+2H2O

①该反应的氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，氧化产物是Cl2，还原产物是MnCl2，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。

②若反应中消耗了8.7gMnO2，则被氧化的HCl的物质的量为0.2mol，产生标准状况下Cl2的体积是2.24L，转移电子的数目为0.2NA。

例2．在下列变化中，按氮元素被还原、被氧化、既被氧化又被还原、既不被氧化又不被还原的顺序排列正确的是（　　）

①大气通过闪电固氮　②硝酸分解　③实验室用氯化铵和消石灰制取氨气　④二氧化氮溶于水中

A．①②③④B．②④①③

C．①③④②D．②①④③

答案　D

例3．（2017·黑龙江哈师大附中高三第一次月考）已知X和Y是两种单质，X＋Y―→X2＋＋Y2－。

下列叙述正确的是（　　）

①X被氧化　②X是氧化剂　③Y2－是还原产物　④X2＋具有氧化性　⑤Y2－具有还原性　⑥Y单质氧化性比X2＋氧化性强

A．①②③B．①②⑥

C．①③④⑤⑥D．①③④⑤

解析　根据X化合价升高被氧化，得X是还原剂，X2＋是氧化产物；Y化合价降低被还原，Y是氧化剂，Y2－是还原产物；氧化剂和氧化产物都有氧化性，还原剂和还原产物都有还原性，正确的是①③④⑤⑥，故C正确。

答案　C

知识点三：

常见的氧化剂和还原剂（高考重点）

1、常见的氧化剂

①泼非金属单质：

F2、Cl2、Br2、I2、O2、O3

②高价氧化物：

MnO2

③高价态酸：

HNO3、浓H2SO4

④高价态盐：

KNO3（H+）、KMnO4（酸性、中性、碱性）、KClO3、FeCl3、K2Cr2O7（酸性）

⑤过氧化物：

H2O2、Na2O2、

⑥其它：

HClO、NaClO、漂白粉、NO2

⑦弱氧化剂：

能电离出H+的物质、银氨溶液、新制的Cu（OH）2

2、常见的还原剂

①金属单质：

IA、IIA、金属活动性顺序表靠前的金属

②非金属单质：

H2、C

③变价元素中元素低价态氧化物：

SO2、CO

④变价元素中元素低价态的酸、阴离子:

H2S、S2－、HBr、Br－、HI、I－、浓HCl、Cl－、H2SO3、SO32－

⑤变价元素中元素低价态化合物:

FeSO4、Fe（OH）2

例4．重铬酸铵[（NH4）2Cr2O7]受热发生氧化还原反应，下列有关重铬酸铵受热分解的判断符合实际的是（　　）

A．分解产物为CrO3＋NH3＋H2O

B．分解产物为Cr2O3＋N2＋H2O

C．反应中－3价N元素被氧化，＋7价Cr元素被还原

D．反应中－3价N元素被还原，＋6价Cr元素被氧化

解析　根据氧化还原反应规律，反应中－3价N元素被氧化，＋6价Cr元素被还原，只有B正确。

答案　B

知识点四：

氧化还原反应电子转移的表示方法（高考重点）

1．双线桥法。

（1）两条桥线从反应物指向生成物，且对准同种元素；

（2）要标明“得”“失”电子，且数目要相等；

（3）箭头不代表电子转移的方向。

如：

一般在线桥上可不标明化合价的升降，如：

2．单线桥法。

（1）一条桥线表示不同元素原子得失电子的情况；

（2）不需标明“得”“失”电子，只标明电子转移的数目；

（3）箭头表示电子转移的方向；

（4）单线桥箭头从还原剂指向氧化剂。

如：

误区警示：

表示方法的易错之处：

①双线桥法表示电子转移不标出箭头的方向或箭头的起点和终点不落在相同的元素上。

②箭头的指向不正确。

③混淆了单线桥、双线桥所需标明的内容。

知识点五：

氧化还原反应的一般规律（高考重点）

1．性质强弱的规律：

 氧化剂＋还原剂→还原产物＋氧化产物

氧化性强弱顺序是：

氧化剂＞氧化产物；

还原性强弱顺序是：

还原剂＞还原产物。

应用：

氧化性、还原性强弱比较

 2．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，化合价升高总数与降低总数相等，失电子总数（或共用电子对偏离）与得电子总数（或共用电子对偏向）相等。

应用：

可进行氧化还原反应方程式配平和有关计算。

3．价态表现性质的规律

元素处于最高价，只有氧化性；元素处于最低价，只有还原性；元素处于中间价态，既有氧化性又有还原性，但主要呈现一种性质；物质若含有多种元素，其性质是这些元素性质的综合体现。

简单表述为“高价氧化低价还，中间价态两头转”。

如：

H2SO4只具有氧化性；H2S只具有还原性；SO2既具有氧化性又具有还原性，但以还原性为主；H2O2既具有氧化性又具有还原性，但以氧化性为主。

应用：

判断元素或物质的氧化性、还原性。

4．转化规律：

氧化还原反应中，以元素相邻价态间的转化最容易；同种元素不同价态之间的氧化反应，化合价的变化遵循“只靠拢，不交叉”（即价态归中）；同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应。

即是:

歧化律——处于中间价态的元素同时升降，例如：

3Cl2+6KOH

KClO3+5KCl+3H2O

归中律——同种元素不同价态反应时，化合价向中间靠拢，且一般符合邻位转化和互不换位规律。

例如：

2Na2S+Na2SO3+6HCl===6NaCl+3S↓+3H2O

同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时，价态的变化见下图：

5．反应先后的一般规律

在浓度相差不大的溶液中，同时含有几种还原剂时，若加入氧化剂，则它首先与溶液中还原性最强的还原剂作用；同理，同时含有几种氧化剂时，若加入还原剂，则它首先与溶液中氧化性最强的氧化剂作用。

例如，FeBr2溶液中通入Cl2时，发生离子反应的先后顺序为：

2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－，2Br－+Cl2==Br2+2Cl－。

应用：

判断物质的稳定性及其反应顺序。

说明：

越易失电子的物质，失后就越难得电子；越易得电子的物质，得后就越难失电子。

例5．根据下列反应判断有关物质还原性由强到弱的顺序是（　　）

①H2SO3＋I2＋H2O===2HI＋H2SO4

②2FeCl3＋2HI===2FeCl2＋2HCl＋I2

③3FeCl2＋4HNO3（稀）===2FeCl3＋NO↑＋2H2O＋Fe（NO3）3

A．H2SO3>I－>Fe2＋>NO

B．I－>Fe2＋>H2SO3>NO

C．Fe2＋>I－>H2SO3>NO

D．NO>Fe2＋>H2SO3>I－

解析　①H2SO3＋I2＋H2O===2HI＋H2SO4中，I元素的化合价降低，S元素的化合价升高，则H2SO3为还原剂，还原性H2SO3>I－，②2FeCl3＋2HI===2FeCl2＋2HCl＋I2中，Fe元素的化合价降低，I元素的化合价升高，则HI为还原剂，还原性I－>Fe2＋，③3FeCl2＋4HNO3（稀）===2FeCl3＋NO↑＋2H2O＋Fe（NO3）3中，N元素的化合价降低，Fe元素的化合价升高，则FeCl2为还原剂，还原性Fe2＋>NO，还原性由强到弱的顺序为H2SO3>I－>Fe2＋>NO，故选A。

答案　A

知识点六：

氧化性、还原性的强弱判断方法

说明：

氧化性、还原性的强弱取决于得、失电子的难易程度，与得、失电子数目的多少无关。

如：

Na－ｅ－→Na+,Al－3ｅ－→Al3＋，但Na比Al活泼，失去电子的能力强，所以Na比Al的还原性强。

1．根据反应方程式

氧化剂+还原剂==还原产物+氧化产物

氧化性：

氧化剂＞氧化产物

还原性：

还原剂＞还原产物

示例：

根据2Fe3++2I－==2Fe2++I2，Br2+2Fe2+==2Br－+2Fe3+，可以判断Fe3+、Br2、I2氧化性由强到弱的顺序是Br2＞Fe3+＞I2，I－、Fe2+、Br－还原性由强到弱的顺序是I－＞Fe2+＞Br－。

2．依据金属、非金属活动性顺序

（1）依据金属活动性顺序

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu

还原性逐渐减弱

K+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+（H+）Cu2+（Fe3+）Hg2+Ag+

氧化性逐渐增强

（2）依据非金属活动性顺序

F2O2Cl2Br2I2SF―O2―Cl―Br―I―S2―

氧化性逐渐减弱还原性逐渐增强

3．依据元素周期表

（1）同周期从左到右，金属元素的金属性逐渐减弱，对应阳离子的氧化性逐渐增强；非金属元素的非金属性逐渐增强，对应阴离子的还原性逐渐减弱。

（2）同主族从上到下，金属元素的金属性逐渐增强，对应阳离子的氧化性逐渐减弱；非金属元素的非金属性逐渐减弱，对应阴离子的还原性逐渐增强。

4．依据反应条件及反应的剧烈程度

反应条件要求越低，反应越剧烈，对应物质的氧化性或还原性越强，如是否加热、有无催化剂及反应温度高低等。

例如：

下面三个均为HCl被氧化生成Cl2的反应：

2KMnO4+16HCl（浓）==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

MnO2+4HCl（浓）

MnCl2+Cl2↑+2H2O

4HCl+O2

2H2O+2Cl2

由上述反应条件由易到难，可判断反应中氧化剂的氧化性由强到弱的顺序为：

KMnO4＞MnO2＞O2。

5．根据氧化还原反应的程度

当有变价的还原剂在相似的条件下作用于不同的氧化剂时，可根据氧化产物价态的高低来判断氧化剂氧化性的强弱。

如：

2Fe+3Cl2

2FeCl3，Fe+S

FeS，可以判断氧化性：

Cl2＞S。

6．依据电化学原理

原电池中，负极物质的还原性一般强于正极物质；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强，在阳极先放电的阴离子的还原性强。

7．依据物质的浓度及溶液酸碱性

（1）具有氧化性（或还原性）的物质的浓度越大，其氧化性（或还原性）越强；反之，其氧化性（或还原性）越弱。

例如：

氧化性：

HNO3（浓）＞HNO3（稀）；

还原性：

HCl（浓）＞HCl（稀）。

（2）溶液的酸碱性对物质的氧化性、还原性强弱亦有影响，KMnO4在酸性、中性、碱性溶液中的氧化性依次减弱。

在酸性环境中，KMnO4的还原产物为Mn2＋；在中性环境中，KMnO4的还原产物为MnO2；在碱性环境中，KMnO4的还原产物为K2MnO4。

在使用高锰酸钾作为氧化剂检验或除杂一些还原性物质时，为了现象明显，反应快速，往往使用酸性高锰酸钾溶液。

8．依据温度

一般来说温度升高，氧化剂的氧化性增强，还原剂的还原性也增强。

浓H2SO4具有强氧化性，如热的浓H2SO4的氧化性比冷的浓H2SO4的氧化性强。

例7．下列有关说法正确的是（　　）

A．1molCl2参加反应转移电子数一定为2NA

B．在反应KIO3＋6HI===KI＋3I2＋3H2O中，每生成3molI2转移的电子数为6NA

C．根据反应中HNO3（稀）

NO，而HNO3（浓）

NO2可知，氧化性：

HNO3（稀）>HNO3（浓）

D．含有大量NO

的溶液中，不能同时大量存在H＋、Fe2＋、Cl－

解析　在Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O的反应中，1molCl2参加反应转移电子数为NA，则A项错误；在反应KIO3＋6HI===KI＋3I2＋3H2O中，每生成3molI2转移的电子数为5NA，B项错误；不能根据还原产物的价态确定氧化剂氧化性的强弱，实际上氧化性：

HNO3（浓）>HNO3（稀），C项错误；NO

＋H＋具有强氧化性，能氧化Fe2＋，D项正确。

答案　D

例8．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（　　）

A．2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO

＋4H＋

B．H2O2＋H2SO4===SO2↑＋O2↑＋2H2O

C．I2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HI

D．2Fe3＋＋H2O2===2Fe2＋＋O2↑＋2H＋

解析　根据还原性的强弱顺序为Fe2＋＜H2O2＜I－＜SO2，且还原剂的还原性大于还原产物的还原性可知，A、C、D项反应能够发生，B项反应不能发生。

答案　B

例9．已知下列反应：

Co2O3＋6HCl（浓）===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O　（Ⅰ）；5Cl2＋I2＋6H2O===10HCl＋2HIO3　（Ⅱ）。

下列说法正确的是（　　）

A．反应（Ⅰ）中HCl是氧化剂

B．反应（Ⅱ）中Cl2发生氧化反应

C．还原性：

CoCl2＞HCl＞I2

D．氧化性：

Co2O3＞Cl2＞HIO3

解析　反应（Ⅰ）中，Cl－失去电子，HCl作还原剂，选项A错误；反应（Ⅱ）中，Cl2得到电子变为Cl－，发生还原反应，选项B错误；根据反应（Ⅰ）可知，Co2O3（氧化剂）的氧化性强于Cl2（氧化产物），HCl（还原剂）的还原性强于CoCl2（还原产物），根据反应（Ⅱ）可知，Cl2的氧化性强于HIO3，I2的还原性强于HCl，故选项D正确、选项C错误。

答案　D

知识点七：

氧化还原反应方程式的配平

（1）电子守恒：

氧化还原反应过程中，氧化剂得电子总数目等于还原剂失电子总数目，即：

“电子得失数相等”“化合价升降数相等”。

（2）质量守恒：

反应前后各元素的原子个数相等。

（3）电荷守恒：

对于离子方程式，等式两边“电荷总数相等”。

2．配平的思路

一般分两部分:

第一部分是氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物之间的配平—化合价升降相等或电子得失数相等；第二部分是用观察法配平其他物质的化学计量数。

3．常见配平方法——化合价升降法（即电子得失法或氧化数法）

知识点八:

陌生氧化还原反应方程式的书写策略（同离子反应）

近年来我们发现高考中有区分度的题目一般都会涉及陌生氧化还原反应方程式的书写，而且常以离子反应的形式出现，题目中会伴随陌生度较高的新信息和新情境，灵活度较高，是对考生能力的一种考查方式。

攻克这一难题不能单纯靠背诵书上出现的反应方程式，须在平时学习中注重积累书写陌生氧化还原离子方程式的经验和方法，从而具备“得一法解若干题”的能力，才能在高考中拿到关键分，取得理想成绩。

如何正确掌握氧化还原反应类离子方程式，一般应注意以下几点：

1．根据题干的表述列出相关物质的化合价的变化，分清氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物；2．要满足电子守恒；3．要满足电荷守恒；4．注意溶液的酸碱性，调整反应介质；5．满足原子守恒。

例10．Ⅰ.某实验小组为探究ClO－、I2、SO

在酸性条件下的氧化性强弱，设计实验如下：

实验①：

在淀粉－碘化钾溶液中加入少量次氯酸钠溶液，并加入少量的稀硫酸，溶液立即变蓝；

实验②：

向实验①的溶液中加入4mL0.5mol·L－1的亚硫酸钠溶液，蓝色恰好完全褪去。

（1）写出实验①中发生反应的离子方程式：

_________________________________________________________________________________________。

（2）实验②的化学反应中转移电子的物质的量是________________________________________________________________________________。

（3）以上实验说明，在酸性条件下ClO－、I2、SO

的氧化性由弱到强的顺序是______________________________________________________________。

Ⅱ.（4）Cl2、H2O2、ClO2（还原产物为Cl－）、O3（1molO3转化为1molO2和1molH2O）等物质常被用作消毒剂。

等物质的量的上述物质消毒效率最高的是________（填序号）。

A．Cl2　　　B．H2O2　　　

C．ClO2　　　D．O3

（5）“84”消毒液（主要成分是NaClO）和洁厕剂（主要成分是浓盐酸）不能混用，原因是_______________________（用离子方程式表示）。

解析　

（1）在酸性环境中，ClO－具有强氧化性，能将I－氧化为I2，同时生成Cl－和H2O；ClO－＋2I－＋2H＋===I2＋Cl－＋H2O。

（2）实验①中生成的I2具有氧化性，将SO

氧化为SO

，根据SO

～2e－～SO

，0.002molNa2SO3失去电子（转移电子）的物质的量＝2×0.002mol＝0.004mol，（3）根据实验①知氧化性：

ClO－>I2，根据实验②知氧化性：

I2>SO

，故氧化性：

ClO－>I2>SO

。

（4）1molCl2（发生的反应为Cl2＋H2OHCl＋HClO）、H2O2、ClO2、O3分别消毒时，转移电子依次为1mol、2mol、5mol、2mol，等物质的量的上述物质反应，ClO2转移的电子数最多，消毒效率最高。

（5）ClO－与Cl－在酸性条件下会生成有毒的Cl2。

答案　

（1）ClO－＋2I－＋2H＋===I2＋Cl－＋H2O

（2）0.004mol

（3）SO

（5）ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O

知识点九;氧化还原反应方程式的计算（高考重点）

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——反应中氧化剂得到电子总数与还原剂失去电子总数相等，即得失电子守恒，列出守恒关系式求解。

其解题的一般步骤为：

（1）找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。

（2）找准一种原子或离子得失电子数。

（注意化学式中离子的个数）

（3）根据题中物质的物质的量和电子守恒列出等式：

得电子总数=失电子总数

（4）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电子没有损耗，可直接找出起始反应物和最终产物，删去中间产物，建立二者之间的守恒关系，快速求解。

例11．将1.95g锌粉加入200mL0.1mol·L－1的MO

溶液中，恰好完全反应，其他物质忽略，则还原产物可能是（　　）

A．M2＋　　　B．M　　　

C．M3＋　　　D．MO2＋

解析　恰好完全反应时，1.95g（0.03mol）Zn失去0.06mol电子，则0.02molMO

得到0.06mol电子，设还原产物中M元素的化合价为＋n，则0.02×（5－n）＝0.06，解得n＝2，A项符合题意。

答案　A

例12．（2016·西安一中模拟）将一定量的铁粉加入到一定浓度的稀硝酸中，金属恰好完全溶解，反应后溶液中存在：

c（Fe2＋）∶c（Fe3＋）＝3∶2，则参加反应的Fe和HNO3的物质的量之比为（　　）

A．1∶1　　　B．5∶16　　　

C．2∶3　　　D．3∶2

解析　设反应中生成3molFe2＋、2molFe3＋，则转移电子的物质的量为3mol×2＋2mol×3＝12mol，根据得失电子守恒，由4H＋＋NO

＋3e－===NO↑＋2H2O可知，反应中被还原的HNO3是4mol，与Fe2＋、Fe3＋结合的NO

的物质的量为3mol×2＋2mol×3＝12mol，所以参加反应的n（Fe）＝5mol，参加反应的n（HNO3）＝16mol，故本题选B。

答案　B

随堂练习

一、选择题：

（每题有1-2个选项符合题意）

1．Cl2通入70℃的氢氧化钠水溶液中，能同时发生两个自身氧化还原反应：

NaOH+Cl2→NaCl+NaClO+H2O，

NaOH+Cl2→NaCl+NaClO3+H2O。

反应完成后测得溶液中NaClO与NaClO3的数目之比为4∶1，则该溶液中NaCl与NaClO的数目之比为

　　A．9∶4　　　B．5∶4　　　C．14∶5　　D．1∶1

2．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

3．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－

4．铁和某浓度的硝酸反应时，消耗铁和硝酸的物质的量之比为8：

25，且铁转化为等物质的量的Fe2+和Fe3+，则硝酸的唯一还原产物可能为

　　A．N2O　　　　B．NO　　　　C．N2　　　D．NH4NO3

5．24mL浓度为0.05mol/LNa2SO3溶液，恰好与20mL浓度与0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应，则元素Cr在被还原的产物中的化合价是

A+6B+3C+2D0

6．R2O8n-离子在一定条件下可把Mn2＋氧化成MnO4-，若反应后R2O8n-变成RO42-，又知反应中氧化剂与还原剂的离子个数比为5：

2，则R2O8n-中R元素的化合价为

　　A．+3　　　　　B．+5　　　　C．+6　　　　　D．+7

7．根据表中信息判断，下列选项不正确的是

序号

反应物

产物