《4.1氧化還原反應》知識清單

《4.1氧化還原反應》知識清單一、氧化還原反應的基本概念（一）氧化反應和還原反應1、**氧化反應**-簡單來說，氧化反應就是物質得到氧的反應。比如說，我們生活中常見的鐵生銹，鐵（Fe）在空氣中和氧氣（O?）發(fā)生反應，鐵得到了氧變成了鐵銹（主要成分是Fe?O?），這就是一個氧化反應。就像我有個朋友，他有一輛很新的自行車，有一段時間放在院子里沒管，結果過了幾個月，車的一些部件就生銹了。這個過程就是鐵發(fā)生了氧化反應，鐵變成了鐵銹，車子也變得不好看了，還影響使用。-在化學方程式中，例如：2Cu+O?=2CuO，銅（Cu）得到氧變成了氧化銅（CuO），這就是銅發(fā)生了氧化反應。2、**還原反應**-還原反應呢，是物質失去氧的反應。比如在實驗室里，我們用氫氣（H?）還原氧化銅（CuO）的實驗。氧化銅失去氧變成了銅，這個過程就是還原反應。我記得在化學實驗課上，老師做這個實驗的時候，我們看到黑色的氧化銅粉末在加熱并且通入氫氣之后，慢慢地變成了紅色的銅，特別神奇。反應方程式是：CuO+H?=Cu+H?O。（二）氧化劑和還原劑1、**氧化劑**-氧化劑是在反應中提供氧的物質，它能使別的物質發(fā)生氧化反應。在前面提到的鐵生銹的例子中，氧氣就是氧化劑，因為它給鐵提供了氧，讓鐵發(fā)生了氧化反應。在化學反應里，氧化劑在反應中本身是被還原的。像在反應2Mg+O?=2MgO中，氧氣（O?）就是氧化劑，它把鎂（Mg）氧化成了氧化鎂（MgO），而氧氣自己被還原了。2、**還原劑**-還原劑是在反應中得到氧的物質，它能使別的物質發(fā)生還原反應。還說氫氣還原氧化銅這個實驗，氫氣就是還原劑。因為氫氣從氧化銅那里得到了氧，讓氧化銅發(fā)生了還原反應。在反應中，還原劑本身是被氧化的。就像我們人在生活中有時候也會扮演“還原劑”的角色，比如在一個團隊合作項目中，有些人可能會為了讓項目中的某個重要環(huán)節(jié)（類似于氧化劑的角色）能夠順利進行，自己承擔更多的工作，犧牲自己的一些利益（就像被氧化了一樣）。（三）氧化產物和還原產物1、**氧化產物**-氧化產物是在氧化反應中得到氧之后生成的物質。比如在2H?S+3O?=2SO?+2H?O這個反應中，硫化氫（H?S）被氧化，生成的二氧化硫（SO?）就是氧化產物。這就好比我們把一個普通的東西（硫化氫）進行了改造（被氧化），得到了一個新的東西（二氧化硫），這個新的東西就是氧化產物。2、**還原產物**-還原產物是在還原反應中失去氧之后生成的物質。在前面氫氣還原氧化銅的反應中，氧化銅被還原，生成的銅就是還原產物。這就像我們把一個復雜的東西（氧化銅）簡化（被還原），得到了一個更單純的東西（銅），這個銅就是還原產物。二、氧化還原反應的特征和實質（一）氧化還原反應的特征-化合價的升降1、**化合價的概念**-化合價就像是元素在化學世界里的“身價”。每個元素都有自己的化合價，它表示原子之間相互化合的數(shù)目。比如說，在氯化鈉（NaCl）中，鈉（Na）的化合價是+1價，氯（Cl）的化合價是-1價。這就好比在一個交易市場里，鈉愿意給出1個電子，氯愿意接受1個電子，這樣它們就達成了“交易”，形成了氯化鈉這個化合物。2、**化合價在氧化還原反應中的變化**-在氧化還原反應中，必然有元素的化合價發(fā)生變化。例如在反應Fe+CuSO?=FeSO?+Cu中，鐵（Fe）的化合價從0價變成了+2價，銅（Cu）的化合價從+2價變成了0價。鐵的化合價升高了，說明鐵發(fā)生了氧化反應；銅的化合價降低了，說明銅發(fā)生了還原反應。這就像兩個人在交換東西，一個人給出去了一些價值（化合價升高，被氧化），另一個人得到了一些價值（化合價降低，被還原）。我曾經觀察過一個類似的現(xiàn)象，在一個游戲里，玩家之間可以互相交換道具，有些道具在交換過程中價值會升高或者降低，就和元素在氧化還原反應中的化合價變化有點相似。（二）氧化還原反應的實質-電子的轉移1、**電子轉移的類型-電子的得失**-在一些氧化還原反應中，元素之間發(fā)生電子的得失。就像前面提到的鈉和氯形成氯化鈉的例子，鈉原子最外層有1個電子，它很容易失去這個電子變成帶+1價的鈉離子（Na?）；氯原子最外層有7個電子，它很容易得到1個電子變成帶-1價的氯離子（Cl?）。這就像一個人把自己的東西（電子）給了另一個人，然后雙方的狀態(tài)（化合價）都發(fā)生了改變。在反應2Na+Cl?=2NaCl中，鈉失去電子，發(fā)生氧化反應，氯得到電子，發(fā)生還原反應。2、**電子轉移的類型-電子的偏移**-除了電子的得失，還有電子的偏移這種情況。在共價化合物中，比如氯化氫（HCl），氫原子和氯原子共用一對電子。但是氯原子吸引電子的能力比氫原子強，所以這對電子會偏向氯原子，使得氯原子略顯負電性，氫原子略顯正電性。這就像兩個人一起拉一個東西（電子對），但是其中一個人力氣大一點（吸引電子能力強），這個東西就會偏向他那邊。在這個過程中，雖然沒有電子的完全得失，但是也發(fā)生了電子的偏移，這也是氧化還原反應的一種情況。三、氧化還原反應與四種基本反應類型的關系（一）化合反應與氧化還原反應1、**部分化合反應是氧化還原反應**-化合反應是指兩種或兩種以上的物質生成一種物質的反應。有些化合反應是氧化還原反應，比如2H?+O?=2H?O，這個反應中氫和氧反應生成水，氫的化合價從0價升高到+1價，氧的化合價從0價降低到-2價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應。這就像幾個人合作（化合）去做一件事，在這個過程中大家的角色（化合價）發(fā)生了變化，有的變得更重要（化合價升高），有的變得不那么重要（化合價降低）。2、**部分化合反應不是氧化還原反應**-像CaO+H?O=Ca(OH)?這個反應，反應前后各元素的化合價都沒有變化，所以它不是氧化還原反應。這就好比幾個人一起合作做一件事，但是大家在這個過程中的地位（化合價）都沒有改變。（二）分解反應與氧化還原反應1、**部分分解反應是氧化還原反應**-分解反應是一種物質生成兩種或兩種以上物質的反應。例如2KClO?=2KCl+3O?↑，在這個反應中，氯酸鉀（KClO?）分解成氯化鉀（KCl）和氧氣（O?），氯元素的化合價從+5價降低到-1價，氧元素的化合價從-2價升高到0價，有化合價的升降，是氧化還原反應。這就像一個團隊（氯酸鉀）解散了，里面的成員（元素）各自去做不同的事情，而且在這個過程中大家的身份（化合價）發(fā)生了變化。2、**部分分解反應不是氧化還原反應**-像CaCO?=CaO+CO?↑這個反應，反應前后各元素的化合價都沒有變化，所以不是氧化還原反應。這就好比一個群體（碳酸鈣）分開成幾個小群體（氧化鈣和二氧化碳），但是每個小群體里面成員的地位（化合價）都沒有改變。（三）置換反應與氧化還原反應1、**置換反應都是氧化還原反應**-置換反應是一種單質和一種化合物反應生成另一種單質和另一種化合物的反應。例如Zn+H?SO?=ZnSO?+H?↑，鋅（Zn）的化合價從0價升高到+2價，氫（H）的化合價從+1價降低到0價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應。這就像兩個人交換工作崗位（單質和化合物中的元素交換位置），在這個交換過程中，大家的報酬（化合價）發(fā)生了變化。（四）復分解反應與氧化還原反應1、**復分解反應都不是氧化還原反應**-復分解反應是兩種化合物互相交換成分生成另外兩種化合物的反應。例如HCl+NaOH=NaCl+H?O，反應前后各元素的化合價都沒有變化，所以不是氧化還原反應。這就像兩個人互相交換手中的東西（化合物中的離子），但是交換前后大家的價值（化合價）都沒有改變。四、氧化還原反應方程式的配平（一）配平的原則1、**得失電子守恒**-氧化還原反應中，氧化劑得到的電子總數(shù)等于還原劑失去的電子總數(shù)。這就好比在一場交易中，總的收支要平衡。比如說在配平反應Cu+HNO?→Cu(NO?)?+NO+H?O這個反應時，銅從0價變成+2價，失去2個電子；氮從+5價變成+2價，得到3個電子。為了讓得失電子守恒，我們要找到合適的系數(shù)，讓失去的電子數(shù)和得到的電子數(shù)相等。2、**質量守恒**-反應前后原子的種類和數(shù)目不變。這就像我們搭積木，不管怎么搭（反應），積木的塊數(shù)（原子數(shù)目）和種類都不能變。在配平氧化還原反應方程式時，要保證方程式兩邊各種原子的數(shù)目是一樣的。3、**電荷守恒（對于離子方程式）**-如果是離子方程式，反應前后離子的電荷總數(shù)要相等。這就像在一個有電荷的環(huán)境里，進來的電荷和出去的電荷要一樣多，不然就會不平衡。（二）配平的方法-化合價升降法1、**步驟一：標價態(tài)**-先寫出反應的反應物和生成物，然后標明各元素的化合價。比如在反應KMnO?+HCl→KCl+MnCl?+Cl?+H?O中，我們先把反應式寫出來，然后標明高錳酸鉀（KMnO?）中錳（Mn）的化合價是+7價，鹽酸（HCl）中氯（Cl）的化合價是-1價，氯化鉀（KCl）中氯是-1價，氯化錳（MnCl?）中錳是+2價，氯氣（Cl?）中氯是0價。2、**步驟二：找變化**-找出化合價發(fā)生變化的元素，計算出化合價升高和降低的數(shù)值。在這個反應中，錳元素的化合價從+7價降低到+2價，降低了5；氯元素的化合價從-1價升高到0價，升高了1。但是生成1個氯氣分子需要2個氯原子，所以氯元素化合價升高總數(shù)是2。3、**步驟三：求最小公倍數(shù)**-根據化合價升高和降低的數(shù)值，求出它們的最小公倍數(shù)。在這里，5和2的最小公倍數(shù)是10。4、**步驟四：配系數(shù)**-根據最小公倍數(shù)，確定氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物的系數(shù)。為了讓錳元素化合價降低總數(shù)是10，高錳酸鉀的系數(shù)是2；為了讓氯元素化合價升高總數(shù)是10，氯氣的系數(shù)是5。然后再根據質量守恒定律，配平其他物質的系數(shù)，得到2KMnO?+16HCl=2KCl+2MnCl?+5Cl?+8H?O。五、典型問題1、如何判斷一個反應是否為氧化還原反應？-答案：看反應中是否有元素化合價的升降。如果有元素的化合價發(fā)生了變化，那么這個反應就是氧化還原反應；如果反應前后各元素的化合價都沒有變化，就不是氧化還原反應。例如，反應CaO+H?O=Ca(OH)?，反應前后鈣（Ca）、氫（H）、氧（O）的化合價都沒有變化，所以這個反應不是氧化還原反應；而反應2Na+Cl?=2NaCl中，鈉（Na）的化合價從0價變?yōu)?1價，氯（Cl）的化合價從0價變?yōu)?1價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應。2、在氧化還原反應中，氧化劑和還原劑的物質的量之比如何確定？-答案：首先要確定氧化劑和還原劑在反應中的化合價變化情況，然后根據得失電子守恒來確定它們的物質的量之比。例如在反應3Cu+8HNO?=3Cu(NO?)?+2NO+4H?O中，銅（Cu）是還原劑，硝酸（HNO?）部分作氧化劑。銅從0價變?yōu)?2價，1個銅原子失去2個電子；硝酸中的氮從+5價變?yōu)?2價，1個氮原子得到3個電子。根據得失電子守恒，3個銅原子失去6個電子，2個氮原子得到6個電子，所以氧化劑（硝酸中作氧化劑的部分）和還原劑（銅）的物質的量之比為2:3。3、氧化還原反應方程式配平有哪些易錯點？-答案：-一是化合價標錯。比如在一些復雜化合物中元素化合價的判斷錯誤。例如在Fe?O?中，鐵元素的化合價既有+2價又有+3價，如果錯誤地認為鐵元素只有一種化合價，就會導致配平錯誤。-二是在計算化合價升降總數(shù)時計算錯誤。比如在反應中涉及多個原子化合價變化時，沒有準確計算總的化合價升降數(shù)值。像在反應2KClO?=2KCl+3O?↑中，如果只考慮氯酸鉀（KClO?）中氯元素的化合價變化，而忘記氧元素化合價的變化，就會導致配平出現(xiàn)問題。-三是在根據最小公倍數(shù)確定系數(shù)后，沒有正確運用質量守恒定律來配平其他物質的系數(shù)。例如在配平一些有多種產物或反應物的反應時，只關注了化合價變化的物質，而忽略了其他物質系數(shù)的調整。氧化還原反應習題一、基礎題1、下列反應中，屬于氧化還原反應的是（）-A.CaCO?+2HCl=CaCl?+H?O+CO?↑-B.CaO+H?O=Ca(OH)?-C.2KMnO?=K?MnO?+MnO?+O?↑-D.Cu(OH)?=CuO+H?O-答案：C。在反應2KMnO?=K?MnO?+MnO?+O?↑中，錳元素的化合價從+7價變?yōu)?6價和+4價，氧元素的化合價從-2價變?yōu)?價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應；而A、B、D選項中的反應，反應前后各元素的化合價都沒有變化，不是氧化還原反應。2、在反應2FeCl?+Cu=2FeCl?+CuCl?中，氧化劑是（），還原劑是（），氧化產物是（），還原產物是（）。-答案：氧化劑是FeCl?，因為鐵元素的化合價從+3價降低到+2價；還原劑是Cu，因為銅元素的化合價從0價升高到+2價；氧化產物是CuCl?，因為銅被氧化得到它；還原產物是FeCl?，因為鐵被還