2023學(xué)年新教材高中化學(xué)物質(zhì)及其變化氧化還原反應(yīng)新人教版必修

第1課時(shí)氧化還原反應(yīng)目標(biāo)素養(yǎng)1.從元素化合價(jià)變化的角度認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng),從原子的微觀結(jié)構(gòu)變化角度了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移,能從宏觀和微觀結(jié)合的角度分析和解決問(wèn)題。2.通過(guò)對(duì)氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)過(guò)程,初步建立氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知模型。3.認(rèn)識(shí)元素在物質(zhì)中可以具有不同的價(jià)態(tài),可通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)同種元素的物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化。4.知道常見(jiàn)的氧化劑和還原劑。了解氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律。5.能從元素價(jià)態(tài)的角度,依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理,預(yù)測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證,并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。6.通過(guò)認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用,感受氧化還原反應(yīng)的價(jià)值,初步形成綠色應(yīng)用的意識(shí),增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。知識(shí)概覽一、氧化還原反應(yīng)1.從得失氧角度認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)。(1)結(jié)合初中所學(xué)知識(shí)分析C還原CuO的反應(yīng),完成下表。(2)結(jié)論:在化學(xué)反應(yīng)中,一種物質(zhì)得到氧發(fā)生

氧化

反應(yīng),同時(shí)必然有另一種物質(zhì)失去氧發(fā)生

還原

反應(yīng)。也就是說(shuō),氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是在同一個(gè)反應(yīng)中

同時(shí)

發(fā)生的,這樣的反應(yīng)稱(chēng)為氧化還原反應(yīng)。

2.從化合價(jià)升降角度認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)。(1)分析C還原CuO的反應(yīng)中元素化合價(jià)的變化情況,并思考與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系,完成下表。(2)結(jié)論:在氧化還原反應(yīng)中一定存在元素化合價(jià)的

升降

,其中,物質(zhì)所含元素化合價(jià)

升高

的反應(yīng)是氧化反應(yīng),物質(zhì)所含元素化合價(jià)

降低

的反應(yīng)是還原反應(yīng)。

(3)分析Fe+CuSO4══FeSO4+Cu的反應(yīng)中元素化合價(jià)的變化情況,判斷該反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)。

氧化還原反應(yīng)是否一定存在氧的得失?如何判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)?提示:氧化還原反應(yīng)并不一定需要有氧的得失,只要存在元素化合價(jià)升降的反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)。判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)只需看是否存在元素化合價(jià)的變化即可。3.從電子轉(zhuǎn)移角度認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)。(1)元素化合價(jià)變化的實(shí)質(zhì)。①寫(xiě)出鈉與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式:

2Na+Cl22NaCl

;在反應(yīng)前后鈉元素和氯元素的化合價(jià)各發(fā)生了怎樣的變化?并根據(jù)它們的原子結(jié)構(gòu),從微觀角度分析討論元素化合價(jià)發(fā)生變化的原因。

分析:鈉原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_(kāi)_______________,氯原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

。鈉原子的最外電子層上有

1

個(gè)電子,易

失去1個(gè)電子

成為具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Na+,鈉元素的化合價(jià)由

0

價(jià)升高為

+1

價(jià)。氯原子的最外電子層上有

7

個(gè)電子,易得到

1

個(gè)電子,成為具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Cl-,氯元素的化合價(jià)由

0

價(jià)降低為

-1

價(jià)。即在這個(gè)反應(yīng)中,氯原子和鈉原子之間發(fā)生了電子的

得失

,分別形成陰離子和陽(yáng)離子,使元素的化合價(jià)發(fā)生了變化。

②寫(xiě)出氫氣與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式:

H2+Cl2

2HCl

;并根據(jù)氫原子和氯原子的結(jié)構(gòu)分析討論它們?cè)诜磻?yīng)前后元素化合價(jià)發(fā)生變化的原因。

分析:氫原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

,氯原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

。氫原子和氯原子都具有

獲得

1個(gè)電子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的傾向,均不易失去電子,兩者只能形成

共用電子對(duì)

,且共用電子對(duì)偏向于吸引力稍強(qiáng)的

氯

原子,偏離于

氫

原子。因此,氫元素的化合價(jià)由

0價(jià)升高到+1價(jià)

,被

氧化

,氫氣發(fā)生了

氧化

反應(yīng);氯元素的化合價(jià)由

0價(jià)降低為-1價(jià)

,被

還原

,氯氣發(fā)生了

還原

反應(yīng)。即該反應(yīng)生成的HCl分子中的共用電子對(duì)發(fā)生了偏移

,使元素的化合價(jià)發(fā)生了變化。

(2)結(jié)論。①反應(yīng)中元素化合價(jià)升降的原因:反應(yīng)中元素化合價(jià)升降的原因是

電子的得失(或電子對(duì)偏移)

。電子的得失(或共用電子對(duì)偏移)的結(jié)果是形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。②氧化還原反應(yīng)的本質(zhì):有

電子轉(zhuǎn)移(得失或偏移)

的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)。元素的原子失去電子(或電子對(duì)偏離),物質(zhì)發(fā)生

氧化反應(yīng)

,元素的原子得到電子(或電子對(duì)偏向),物質(zhì)發(fā)生

還原反應(yīng)

。二、氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類(lèi)型之間的關(guān)系根據(jù)已學(xué)習(xí)過(guò)的四種基本反應(yīng)類(lèi)型和氧化還原反應(yīng)的有關(guān)知識(shí)內(nèi)容,完成下表。

氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類(lèi)型的關(guān)系如何?提示:①化合反應(yīng):有單質(zhì)參加的是氧化還原反應(yīng)。②分解反應(yīng):有單質(zhì)生成的是氧化還原反應(yīng)。③置換反應(yīng):全部是氧化還原反應(yīng)。④復(fù)分解反應(yīng):都不是氧化還原反應(yīng)。一

氧化還原反應(yīng)

重難歸納1.氧化還原反應(yīng)的特征是存在元素化合價(jià)的升降,可以根據(jù)反應(yīng)中元素化合價(jià)是否改變判斷某反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是存在電子的轉(zhuǎn)移(電子得失或電子對(duì)偏移)。在反應(yīng)中,元素的原子失電子(或電子對(duì)偏離),元素的化合價(jià)升高,物質(zhì)被氧化,發(fā)生氧化反應(yīng);元素的原子得電子(或電子對(duì)偏向),元素的化合價(jià)降低,物質(zhì)被還原,發(fā)生還原反應(yīng)。在一個(gè)反應(yīng)中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)一定同時(shí)存在。2.氧化還原反應(yīng)中粒子間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

3.氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類(lèi)型之間的關(guān)系。

(1)兩個(gè)可能,即化合反應(yīng)和分解反應(yīng)可能是氧化還原反應(yīng);兩個(gè)一定,即所有的置換反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng),所有的復(fù)分解反應(yīng)一定不是氧化還原反應(yīng)。(2)值得注意的是,四種基本反應(yīng)類(lèi)型不包括所有的反應(yīng),例如:4HCl(濃)+MnO2MnCl2+Cl2↑+2H2O不屬于四種基本反應(yīng)類(lèi)型中的任何一種反應(yīng)類(lèi)型,但屬于氧化還原反應(yīng)。(1)在氧化還原反應(yīng)中,是否一定是一種元素被氧化,另一種元素被還原?反應(yīng)中所有元素的化合價(jià)均改變嗎?提示:在氧化還原反應(yīng)中,一定存在元素化合價(jià)的改變,化合價(jià)的升降同時(shí)存在,但不一定是一種元素化合價(jià)升高,另一種元素化合價(jià)降低,也可能化合價(jià)改變存在于同一種元素中,如Cl2+H2O══HCl+HClO中Cl元素的化合價(jià)一部分升高,一部分降低,而H元素和O元素的化合價(jià)均未發(fā)生改變。(2)某元素由化合態(tài)(以化合物形式存在)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)(以單質(zhì)形式存在)一定是被還原嗎?為什么?提示:不一定。由化合態(tài)(以化合物形式存在)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)(以單質(zhì)形式存在)可能是被還原,也可能被氧化。如在C+2CuO2Cu+CO2↑中,Cu元素由CuO中的+2價(jià)變?yōu)镃u中的0價(jià),CuO被還原;而在H2O2分解為H2O和O2的過(guò)程中,O元素化合價(jià)一部分升高,一部分降低,H2O2有一部分被氧化,有一部分被還原。典例剖析下列反應(yīng)中,一定發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的是(

)。答案:B解析:發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng),判斷反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)的關(guān)鍵是分析反應(yīng)前后元素的化合價(jià)是否發(fā)生變化。B項(xiàng),錳元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+6價(jià)和+4價(jià),氧元素的化合價(jià)由-2價(jià)升高為0價(jià),發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移,其他選項(xiàng)中元素的化合價(jià)均無(wú)變化。 (1)元素化合價(jià)的升降是氧化還原反應(yīng)的外在特征,電子轉(zhuǎn)移才是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。(2)電子轉(zhuǎn)移無(wú)法直接判斷,化合價(jià)的變化則比較直觀,可直接進(jìn)行判斷,故元素化合價(jià)的變化可作為判斷氧化還原反應(yīng)的“抓手”。得電子的原子對(duì)應(yīng)元素的化合價(jià)降低,失電子的原子對(duì)應(yīng)元素的化合價(jià)升高。學(xué)以致用1.(雙選)下列反應(yīng)中,一定沒(méi)有發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的是(

)。答案:CD解析:沒(méi)有發(fā)生電子轉(zhuǎn)移則不屬于氧化還原反應(yīng),一定不存在元素化合價(jià)的升降,A、B兩項(xiàng)中均有元素化合價(jià)的改變,屬于氧化還原反應(yīng),有電子轉(zhuǎn)移。2.關(guān)于氮元素的變化如圖所示。其中氮元素被還原的是

(填序號(hào),下同),被氧化的是

,既不被氧化又不被還原的是

。

答案:①④

③

②

二

氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的表示方法重難歸納1.雙線橋法。雙線橋法表示反應(yīng)前后同一元素原子的電子得失數(shù)目或同一元素的化合價(jià)變化,反映了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)及參加反應(yīng)的各物質(zhì)之間的氧化還原關(guān)系。(1)書(shū)寫(xiě)的基本步驟:

注得失—標(biāo)出“失去”或“得到”電子的總數(shù)

(2)表示方法舉例:

注意:上圖得失電子使用了m×ne-的形式進(jìn)行表示,其中m代表得失電子的原子個(gè)數(shù),n代表每個(gè)原子得失的電子數(shù)(當(dāng)m或n為1時(shí)要省略)。在用雙線橋法表示電子得失時(shí),也可只標(biāo)電子轉(zhuǎn)移情況,不寫(xiě)化合價(jià)升降及被氧化(還原)等內(nèi)容。記憶口訣:先標(biāo)化合價(jià),再看價(jià)變化;起止同元素,橋上標(biāo)變化。2.單線橋法。單線橋法表示反應(yīng)物中元素原子之間的電子轉(zhuǎn)移情況,即電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。(1)書(shū)寫(xiě)的基本步驟:注數(shù)目—標(biāo)出轉(zhuǎn)移電子的總數(shù)

(2)表示方法舉例:注意:用單線橋法表示電子轉(zhuǎn)移時(shí),應(yīng)標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的實(shí)際情況,箭頭從失電子的元素原子指向得電子的元素原子。在線橋上注明電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目時(shí),只寫(xiě)數(shù)目,不標(biāo)得失。記憶口訣:先確定變價(jià)元素,再計(jì)算價(jià)態(tài)變化;橋上標(biāo)明電子數(shù),箭頭失去到得到。(1)雙線橋法和單線橋法均可表示氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移情況,兩者有何區(qū)別?在用雙線橋法表示電子轉(zhuǎn)移情況時(shí),兩個(gè)線橋上表示的電子總數(shù)有何關(guān)系?提示:雙線橋法的線橋從反應(yīng)物到產(chǎn)物,單線橋法的線橋只連反應(yīng)物。雙線橋法的線橋上下方需標(biāo)明“得到”“失去”電子情況,而單線橋法中不需標(biāo)明電子“得到”“失去”。表示氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移、化合價(jià)升降、物質(zhì)被氧化或被還原的關(guān)系時(shí),用雙線橋法較方便;只表示電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目時(shí),用單線橋法較方便。在用雙線橋法表示電子轉(zhuǎn)移情況時(shí),兩個(gè)線橋上電子總數(shù)相等。(2)下列用雙線橋法表示反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移情況中,Mg共失去4e-,O2得到4e-,因此反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為8e-,對(duì)嗎?為什么?提示:錯(cuò)誤。在氧化還原反應(yīng)中,轉(zhuǎn)移電子總數(shù)=得電子數(shù)=失電子數(shù)。在題述反應(yīng)中,O2得到的電子即為Mg失去的電子,也就是在反應(yīng)中Mg把電子轉(zhuǎn)移給O2,因此反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為4e-。典例剖析(1)在汽車(chē)尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器,可有效降低NOx的排放,當(dāng)尾氣中空氣不足時(shí),NOx在催化轉(zhuǎn)化器中被還原成N2排出。寫(xiě)出NO被CO還原的化學(xué)方程式:

。

(2)實(shí)驗(yàn)室里迅速制備少量氯氣可利用以下反應(yīng):2KMnO4+16HCl(濃)══2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。①用雙線橋法標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。②用單線橋法標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。③該反應(yīng)中氧化劑是

,發(fā)生氧化反應(yīng)的是

。③KMnO4

HCl解析:(1)根據(jù)題目信息可知NO被CO還原為N2,而CO被氧化成CO2,化學(xué)方程式為2NO+2CON2+2CO2。(2)反應(yīng)中錳元素化合價(jià)由+7價(jià)降低到+2價(jià),氯元素由-1價(jià)升高到氯氣中的0價(jià),高錳酸鉀是氧化劑,發(fā)生還原反應(yīng),鹽酸是還原劑,發(fā)生氧化反應(yīng),結(jié)合氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的兩種表示方法畫(huà)出雙線橋和單線橋。學(xué)以致用1.下列氧化還原反應(yīng)中,電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目均正確的是(

)。B2.寫(xiě)出鋁粉與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式并用單線橋法標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。1.判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是(

)。A.是不是有氧元素參加反應(yīng)B.是不是置換反應(yīng)C.同一元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后是不是發(fā)生變化D.是不是化合反應(yīng)或分解反應(yīng)答案:C解析:氧化還原反應(yīng)的特征是存在元素化合價(jià)的變化。2.古詩(shī)詞是古人為我們留下的寶貴精神財(cái)富。下列詩(shī)句中不涉及氧化還原反應(yīng)的是(

)。A.野火燒不盡,春風(fēng)吹又生B.春蠶到死絲方盡,蠟炬成灰淚始干C.粉身碎骨渾不怕,要留清白在人間D.爆竹聲中一歲除