1氧化还原反应
氧化还原反应位于人教版必修一第二章第三节, 是高中阶段重要的概念性知识。主要的内容有氧化还原反应的特征 (判断依据) 、本质、表示方法、相关计算、氧化性还原性强弱比较、 氧化还原反应的基本规律。该知识作为高考重点考查内容, 与能量变化、电化学基础有很强的关联性, 常与它们一起进行综合考查。也有利用氧化还原反应滴定原理测定物质的组成及有限定条件的氧化还原反应方程式的书写的命题趋势。
2氧化还原反应的理解
2.1为什么要引入氧化还原反应
我们在初三化学学习中根据反应物生成物种类将化学反应分成四大类。 形如A + B = AB的反应为化合反应, 如: H2+ Cl2= HCl ;形如AB = A + B的反应为分解反应, 如: 2KCl O3= 2KCl + 3O2↑;形如AB + C = AC + B的反应为置换反应, 如:Cu O + H2= Cu + H2O ;形如AC + BD = AD + BC的反应为复分解反应, 如:Na OH + HCl = Na Cl + H2O 。根据反应物和生成物种类, Cu O + CO = Cu + CO2属于以上四种的哪一种反应呢?初中除了学习四大反应还学习了氧化反应和还原反应。例如在3Fe + 2O2= Fe3O4中, 铁单质得到氧发生氧化反应。而在Cu O + H2= Cu + H2O中, 氧化铜失去氧发生还原反应。在反应Cu O + CO = Cu + CO2中, 氧化铜失去氧发生还原反应, 一氧化碳得到氧发生氧化反应, 而这里的得氧失氧是同时进行的, 也就是说氧化反应和还原反应也是同时进行的, 这也进一步说明了初中所学的氧化反应和还原反应的分类也是一个片面的分类方法。由此可以发现初中阶段根据反应物产物种类进行分类, 根据得氧失氧进行分类都是片面的, 高中学习的氧化还原反应使反应分类更为完善。
2.2如何理解氧化还原反应的特征和本质
正如前面所述, “氧化还原反应”是一个整体的概念, 氧化反应和还原反应是同时发生的。化合价的升降作为氧化还原反应的判断依据, 也成为氧化还原反应的特征。若进一步细分, 则物质所含元素化合价升高的发生氧化反应, 物质所含元素化合价降低的发生还原反应, 而无化合价升高和降低的化学反应为非氧化还原反应。化合价的升降由元素原子的电子得失 (或共用电子对的偏移) 所决定, 所以氧化还原反应与元素原子电子得失 (或共用电子对的偏移) 之间存在着必然的联系。 失去 (或偏离) 电子的反应叫做氧化反应;得到 (或偏向) 电子的反应叫做还原反应;有电子转移 (得失或偏移) 的反应是氧化还原反应, 没有电子转移 (得失或偏移) 的反应是非氧化还原反应, 这就是氧化还原反应的本质。
2.3氧化还原有哪些规律
氧化还原反应的规律有4个, 即守恒规律、强弱规律、价态规律、转化规律。守恒规律:氧化还原反应中有物质失电子必有物质得电子, 且得电子综述等于失电子总数。或者说氧化还原反应中, 有元素化合价升高必有元素化合价降低, 且化合价降低总值必等于升高总值。强弱规律:氧化性较强的氧化剂与还原性较强的还原剂反应, 生成还原性较弱的还原产物和氧化性较弱的氧化产物。一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时, 与还原性最强的优先发生反应;同理, 一种还原剂同时与多种氧化剂相遇时, 与氧化性最强的优先发生反应。价态规律:氧化还原反应中, 元素相邻价态之间的转化最容易;同种元素不同价态之间发生反应, 元素的化合价只靠近而不交叉;同种元素相邻价态之间不发生氧化还原反应。
3高考中的氧化还原反应
3.1氧化还原反应的概念
例1: (高考组合题) 下列判断正确的是 ( )
A.因为Fe3+具有氧化性, 所以用KSCN溶液可以鉴别Fe3+
B.工业上利用合成氨实现人工固氮不涉及氧化还原反应
C.Na2O2用作呼吸面具的供氧剂不涉及氧化还原反应
D.实验室用NH4Cl和Ca (OH) 2制备NH3不涉及氧化还原反应
参考答案:此题选D。A项, Fe3+与SCN-反应生成Fe (SCN) 显血红色, 与Fe3+的氧化性无关;B项, 工业上合成氨3化合价发生变化, 涉及氧化还原反应;C项, Na2O2与CO2或H2O均发生氧化还原反应。
解析:此题主要考查氧化还原反应的概念, 高考中常已选择题的形式出现。以此种类型出现的知识点有氧化还原反应的特征 (即氧化还原反应的判断依据:元素化合价的升降) ;氧化还原反应的本质 (即电子转移:电子得失或者电子对偏移) ; 常见的氧化剂与还原剂 (需要稍加记忆常见还原剂和氧化剂在不同环境下得到的产物, 如硝酸浓度不同将会得到不同的还原产物) 。
3.2氧化还原反应的表示方法
例2:[2014·安徽理综, 25 (4) ] Cl O2常用于水的净化, 工业上可用Cl2氧化Na Cl O2溶液制取Cl O2。写出该反应的离子方程式, 并标出电子转移的方向和数目____________。
参考答案:
解析:此题考查氧化还原反应中的电子转移的表示方法, 主要以填空题的形式出现。氧化还原反应中的电子转移的表示方法有两种:双线桥法与单线桥法。双线桥法是表示同一元素的原子间得到或失去电子 (或共用电子对偏移) 的方法。基本步骤为:标价态、连双线、注得失 (含数目) 。单线桥法是表示不同种元素的原子间电子转移 (或共用电子对偏移) 的方法。 高考考题中很少会限定采用何种表示方法, 但作为学习者两种方法都需要掌握, 参考答案中给出的是高考中能够适当节约时间而常用的单线桥法。
3.3氧化还原反应的规律
例3: (高考经典题) 现有下列三个氧化还原反应:
(3) 2KMn O4+16HCl (浓) = 2KCl+2Mn Cl2+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. KMn O4C. Fe Cl3D. HCl
参考答案:C。本题是寻找一种氧化剂, 其氧化性应大于I2的氧化性, 而小于Cl2和Fe3+的氧化性 (也可等于Fe3+的氧化性) 。由1知氧化性Fe3+>I2, 还原性I~>Fe2+;由2知氧化性Cl2> Fe3+, 还原性Fe2+> Cl-;由3知氧化性Mn O4-> Cl2, 还原性Cl-> Mn2+;由此推知氧化性强弱顺序KMn O4> Cl2> Fe Cl3> I2, 还原性强弱顺序为I~>Fe2+> Cl->Mn2+。所以KMn O4可氧化Cl-、Fe2 +及I~, Cl2可氧化Fe2 +及I~, Fe Cl3只能氧化I~。
解析:此题主要考查对氧化还原反应规律中的氧化剂 (还原剂) 强弱比较, 氧化还原反应规律的考查形式也多种多样, 有给出化学反应比较氧化性或还原性的强弱, 也有借助得失电子的守恒进行产物等计算, 还有在不同的条件下得到不同的氧化产物 (或还原产物) 。在利用价态规律解题时需要注意高价氧化低价还, 中间价态两边转;歧化反应和归中反应化合价只靠拢不交叉。
3.4氧化还原反应方程式的书写与配平
例4:[2014·天津理综, 9 (7) ] Na2S2O3还原性较强, 在溶液中易被Cl2氧化成SO42-, 常用作脱氯剂, 该反应的离子方程式为______________。
参考答案:S2O32 -+ 4Cl2+ 5H2O = 2SO42-+ 8Cl-+ 10H+。
解析:此题考查氧化还原反应方程式的书写和配平, 考查形式为填空题为主 (少数涉及到选择题的判断方程式书写正误的选项) 。氧化还原反应方程式书写需要先找准反应物和生成物, 尤其需要结合题意考虑反应后得到的氧化产物或还原产物是否会与反应物所处的介质发生进一步反应。配平的步骤为: 一标 (标价态) 、二等 (化合价升降相等) 、三定 (确定变化元素的化学计量数) 、四平 (观察法平衡各物质化学计量数) 、五查 (检查反应前后原子、电子、电荷师范守恒) 。在配平时需要特别注意歧化反应和归中反应。在遇到缺项配平时, 先确定含有化合价发生变化的元素的物质的化学计量数, 然后根据原子守恒或电荷守恒确定缺项物质, 最后确定其他物质的化学计量数。遇到计算题时, 始终需要把握电子得失守恒或价态升降守恒的关系, 结合方程式和原子守恒式进行求解。
3.5氧化还原反应方程式的相关计算
例5: (高考经典题) 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1.68 L O2 (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5 mol ·L-1Na OH溶液至Cu2+恰好完全沉淀, 则消耗Na OH溶液的体积是 ( )
A.60m L B.45Ml C.30m L D.15m L
解析:此题考查氧化还原反应方程式的相关计算, 考查形式有选择题也有填空题, 形式多样。在氧化还原反应的计算中首先要能够正确的书写化学反应方程式, 只有方程式正确书写并配平才能进行相关计算, 计算过程中始终把握电子得失守恒或价态升降守恒的关系, 结合方程式和原子守恒式进行求解。 有一类题目是已知参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比, 确定产物。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。
氧化还原反应虽然是一节概念性的知识, 但学习起来也是有章可循的, 只要在平时的学习中多下点功夫, 深入理解概念及其规律, 配合适当的联系, 定能顺利攻克氧化还原反应。
摘要：氧化还原反应是高中阶段的重点和难点, 位于人教版必修一第二章第三节。其主要内容有氧化还原反应的概念, 特征和本质, 规律;其出题的形式多种多样, 难度系数也可高可低。本文在分析氧化还原反应的概念, 特征和本质, 规律的基础上, 选取常见高考试题进行解析, 帮助同学们理解和掌握氧化还原反应。
关键词：氧化还原反应,概念,化合价升降,电子得失