高中化學(xué) 第二章 元素與物質(zhì)世界 第3節(jié) 氧化劑和還原劑學(xué)案 魯科版必修1.doc
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第3節(jié) 氧化劑和還原劑 1.氧化還原反應(yīng) (1)化學(xué)反應(yīng)與元素化合價(jià)的變化 在化學(xué)學(xué)習(xí)和日常生活中,我們已經(jīng)認(rèn)識了許多化學(xué)反應(yīng),如銅與氧氣的反應(yīng)、氧化銅與氫氣的反應(yīng)、鐵與CuSO4溶液的反應(yīng)、碳酸鈣高溫下的分解反應(yīng)、NaCl溶液與AgNO3溶液的反應(yīng)等。下面寫出它們的化學(xué)方程式,分析參加反應(yīng)的各種物質(zhì)所含元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后是否發(fā)生了變化?如何變化? ①2Cu+O22CuO ②Fe+CuSO4===FeSO4+Cu ③CuO+H2Cu+H2O ④CaCO3CaO+CO2↑ ⑤NaCl+AgNO3===NaNO3+AgCl↓ 分析:①2+22,銅元素由0價(jià)升為+2價(jià),氧元素由0價(jià)降為-2價(jià)。 ②+SO4===SO4+,鐵元素由0價(jià)升為+2價(jià),銅元素由+2價(jià)降為0價(jià)。 ③O+2+2O,銅元素由+2價(jià)降為0價(jià),氫元素由0價(jià)升為+1價(jià)。 ④3+2↑,反應(yīng)前后各元素的化合價(jià)均沒有發(fā)生變化。 ⑤+3===3+↓,反應(yīng)前后各元素的化合價(jià)均沒有發(fā)生變化。 由以上幾個(gè)反應(yīng)可知:從反應(yīng)過程中元素化合價(jià)有無變化的角度,可以將化學(xué)反應(yīng)分為兩類:一類是有元素化合價(jià)變化的反應(yīng);一類是沒有元素化合價(jià)變化的反應(yīng)。在有元素化合價(jià)變化的化學(xué)反應(yīng)中,既有元素的化合價(jià)升高,又有元素的化合價(jià)降低。 (2)氧化還原反應(yīng) ①氧化還原反應(yīng)的定義 在反應(yīng)過程中有元素化合價(jià)變化的化學(xué)反應(yīng)叫做氧化還原反應(yīng)。在反應(yīng)過程中沒有元素化合價(jià)變化的化學(xué)反應(yīng)叫做非氧化還原反應(yīng)。 談重點(diǎn) 判斷氧化還原反應(yīng)的依據(jù) 判斷一個(gè)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)還是非氧化還原反應(yīng),關(guān)鍵是分析反應(yīng)過程中有無化合價(jià)的變化。 ②氧化反應(yīng)和還原反應(yīng) 在氧化還原反應(yīng)中,反應(yīng)物所含某種或某些元素化合價(jià)升高的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng);反應(yīng)物所含某種或某些元素化合價(jià)降低的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。作為一個(gè)反應(yīng),有化合價(jià)升高,必然有化合價(jià)降低,因而氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)中兩個(gè)對立統(tǒng)一的方面,在同一個(gè)反應(yīng)中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)必然同時(shí)發(fā)生。 【例1】 下列反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng)的是( ) A.3CuS+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O B.6KOH+3Cl25KCl+KClO3+3H2O C.Ba(OH)2+Na2SO4===BaSO4↓+2NaOH D.Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe 解析:判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng),關(guān)鍵是分析反應(yīng)前后元素的化合價(jià)有沒有變化?;瘜W(xué)方程式中,不管有多少種元素,只要能找出其中某一種元素化合價(jià)有變化,這個(gè)反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng);反之,所有元素化合價(jià)都沒有發(fā)生變化的反應(yīng),就是非氧化還原反應(yīng)。 A中S元素由-2價(jià)變成了0價(jià),同時(shí)也有部分N元素由+5價(jià)變成了+2價(jià);B中Cl元素化合價(jià)反應(yīng)前是0價(jià),反應(yīng)后部分變?yōu)椋?價(jià),部分變成+5價(jià);D中Al元素反應(yīng)前為0價(jià),反應(yīng)后變?yōu)椋?價(jià),同時(shí)Fe元素也由+3價(jià)變成了0價(jià)??梢姡鼈兌紝儆谘趸€原反應(yīng)。C項(xiàng)所有元素化合價(jià)都沒有發(fā)生變化,不屬于氧化還原反應(yīng)。 答案:C 2.氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類型的關(guān)系 (1)二者的關(guān)系可用具體實(shí)例來分析,詳見下表: 氧化還原反應(yīng) 非氧化還原反應(yīng) 有元素化合價(jià)升降的反應(yīng) 沒有元素化合價(jià)升降的反應(yīng) 化合 反應(yīng) +22 2+22 有單質(zhì)參加 CO2+H2O===H2CO3 Na2O+H2O===2NaOH 沒有單質(zhì)參加 分解 反應(yīng) 2K 2K+32↑ 有單質(zhì)生成 CaCO3CaO+CO2↑ 沒有單質(zhì)生成 置換 反應(yīng) +2SO4===SO4+2↑ +SO4===SO4+u 2O+ 2u+ O2↑ 無 復(fù)分解 反應(yīng) 無 2NaOH+H2SO4===Na2SO4+2H2O CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑ Na2CO3+CaCl2===CaCO3↓+2NaCl (2)通過以上表格的分析,不難總結(jié)出氧化還原反應(yīng)和四種基本反應(yīng)類型的圖示關(guān)系,詳見下圖: ①置換反應(yīng)一定屬于氧化還原反應(yīng)。 ②復(fù)分解反應(yīng)一定不屬于氧化還原反應(yīng)。 ③部分化合反應(yīng)和部分分解反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)。 【例2】 下列反應(yīng)都能發(fā)生,其中既是化合反應(yīng),又是氧化還原反應(yīng)的是( ) ①鐵與氯氣的反應(yīng):2Fe+3Cl22FeCl3 ②氯氣通入NaBr溶液:Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2 ③氯化鈉固體與濃硫酸混合加熱: 2NaCl+H2SO4(濃)Na2SO4+2HCl↑ ④二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng): MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O ⑤氧化鈣與水反應(yīng):CaO+H2O===Ca(OH)2 A.只有①② B.只有①③ C.只有①④ D.只有① 解析:根據(jù)反應(yīng)物和生成物的種類可將反應(yīng)分為化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)四種基本反應(yīng)類型;氧化還原反應(yīng)必須有化合價(jià)的變化,題目中②③④不屬于化合反應(yīng),①⑤屬于化合反應(yīng),但⑤不是氧化還原反應(yīng)。 答案:D 3.氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) (1)探究氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) ①應(yīng)用原子結(jié)構(gòu)理論探究氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 已知鈉和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化鈉: 2Na+Cl22NaCl 此反應(yīng)中由于鈉原子最外層只有1個(gè)電子,易失去1個(gè)電子而形成8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu);氯原子最外層有7個(gè)電子,易得到1個(gè)電子而形成8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 當(dāng)Na與Cl2反應(yīng)時(shí),NaNa+(帶一個(gè)單位正電荷),ClCl-(帶一個(gè)單位負(fù)電荷),雙方均達(dá)到8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),形成的Na+、Cl-相互吸引,結(jié)合成了穩(wěn)定的離子化合物NaCl(如圖)。也就是說,這個(gè)氧化還原反應(yīng)是通過電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的。 氯化鈉形成示意圖 在化學(xué)反應(yīng)中,活潑的金屬元素(如Na、K)等易失去電子而達(dá)8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出正化合價(jià),形成陽離子。活潑的非金屬元素原子(如Cl、O、F等)易得電子而達(dá)8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),表現(xiàn)負(fù)化合價(jià),形成陰離子。 ②通過實(shí)驗(yàn)探究氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 原理分析:已知Zn和CuSO4的反應(yīng)方程式為Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu,Zn的化合價(jià)由0價(jià)升到+2價(jià),Cu的化合價(jià)由+2價(jià)降到0價(jià),上述反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì): 按下圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置,觀察電流計(jì)偏轉(zhuǎn)狀況以及石墨電極上發(fā)生的現(xiàn)象。 鋅與CuSO4溶液的反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨電極上附上了紅色的固體。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:紅色固體是Cu,它的生成說明Zn與CuSO4溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng);電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明電路中有電流流過??傊?,在Zn與CuSO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn)移。 (2)結(jié)論 通過以上探究表明,所有的氧化還原反應(yīng)中都存在著電子轉(zhuǎn)移,電子轉(zhuǎn)移是氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。 談重點(diǎn) 氧化還原反應(yīng)中的守恒規(guī)律 元素化合價(jià)升高是由于元素原子失去電子,元素化合價(jià)降低是由于元素原子得到電子,在氧化還原反應(yīng)中得、失電子相等,化合價(jià)升、降相等。 (3)氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移方向與數(shù)目的表示方法 ①雙線橋法。 表明了物質(zhì)中某元素的原子在反應(yīng)前后的電子得失情況。 ②單線橋法。 表明反應(yīng)物之間在反應(yīng)過程中電子的轉(zhuǎn)移情況。 ③單線橋法與雙線橋法的區(qū)別及聯(lián)系見下表: 電子得失法(雙線橋) 電子轉(zhuǎn)移法(單線橋) 表示式(實(shí)例) 分析 同一元素在反應(yīng)中得失電子情況 元素間電子轉(zhuǎn)移的方向和總數(shù) 書寫要領(lǐng) 長箭號從方程式的反應(yīng)物指向生成物,且指在同一種元素上,線橋跨越等號;電子數(shù)前注明得、失;得失電子數(shù)必相等 長箭號只在方程式左邊,即在反應(yīng)物間表示,線橋不跨越等號;長箭號的箭頭與箭尾已表示電子的轉(zhuǎn)移和方向,不能也不必再注明得失 長箭號的含義 箭尾在反應(yīng)物某元素處,箭頭在同一元素形成的生成物處;表示每一種元素得失電子的情況 箭尾在反應(yīng)物中失去電子(或偏離)的元素一方,箭頭指在反應(yīng)物中得到電子(或偏向)的元素一方;表明元素間電子轉(zhuǎn)移的情況(方向和總數(shù)) 【例3】 已知KH和H2O反應(yīng)生成H2和KOH,反應(yīng)中1 mol KH( ) A.失去1 mol電子 B.得到1 mol電子 C.失去2 mol電子 D.沒有電子得失 解析:根據(jù)題干信息,KH和H2O反應(yīng)生成H2和KOH可寫出該反應(yīng)的方程式:KH+H2O===H2↑+KOH(利用觀察法即可配平)。本反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),化合價(jià)發(fā)生變化的只有H元素,KH中H為-1價(jià),H2O中H為+1價(jià),反應(yīng)后變?yōu)镠2中的0價(jià),因此該反應(yīng)中每有1 mol KH參加反應(yīng),氫元素就失去1 mol電子。 答案:A 4.氧化劑、還原劑 (1)氧化劑、還原劑 在氧化還原反應(yīng)中,所含的某種元素的化合價(jià)降低的反應(yīng)物,稱為氧化劑,所含的某種元素的化合價(jià)升高的反應(yīng)物,稱為還原劑。 氧化劑反應(yīng)時(shí)本身被還原,具有氧化性;還原劑在反應(yīng)時(shí)本身被氧化,具有還原性。 氧化劑被還原所得到的產(chǎn)物叫做還原產(chǎn)物,還原劑被氧化所得到的產(chǎn)物叫做氧化產(chǎn)物。 氧化還原反應(yīng)中各概念之間的關(guān)系可表示為: 【例4-1】 在泡沫橡膠的制造中,要利用下面反應(yīng)放出氧氣:2H2O22H2O+O2↑,該反應(yīng)中的雙氧水( ) A.僅為氧化劑 B.僅為還原劑 C.既是氧化劑又是還原劑 D.既不是氧化劑又不是還原劑 解析:反應(yīng)物H2O2中氧元素的化合價(jià)為-1價(jià),反應(yīng)后一部分升高為0價(jià)(O2),一部分降低為-2價(jià)(H2O),所以,H2O2既是氧化劑又是還原劑。 答案:C (2)常見的氧化劑和還原劑 【例4-2】 在S+2KNO3+3C===K2S+N2↑+3CO2↑的反應(yīng)中,________元素被氧化,________元素被還原;________元素的原子得到電子,________元素的原子失去電子;________是氧化劑,________是還原劑;________是氧化產(chǎn)物,________是還原產(chǎn)物。 解析:解答有關(guān)氧化還原反應(yīng)的問題,應(yīng)先從化合價(jià)的變化入手,找到電子轉(zhuǎn)移的情況: 碳元素(→)化合價(jià)升高,失電子,被氧化,C是還原劑,CO2是氧化產(chǎn)物;硫元素(→)、氮元素(→),化合價(jià)均降低,得電子,被還原,S、KNO3是氧化劑,K2S、N2是還原產(chǎn)物。 答案:C S、N S、N C S、KNO3 C CO2 K2S、N2 5.探究鐵及其化合物的氧化性或還原性 (1)鐵元素的存在 鐵元素在地殼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.65%,僅次于氧、硅和鋁。它在自然界里有單質(zhì)形態(tài)(如隕鐵)存在,更多的則是以+2價(jià)和+3價(jià)的化合態(tài)存在。鐵的化合物在自然界中主要以礦石的形式存在,如黃鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦等。 (2)鐵的氧化物 化學(xué)式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 — 鐵紅 磁性氧化鐵 色態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體 鐵的價(jià)態(tài) +2價(jià) +3價(jià) 的+2價(jià), 的+3價(jià) 水溶性 不溶 不溶 不溶 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定,在空氣里加熱迅速被氧化 穩(wěn)定 穩(wěn)定 與稀硫 酸反應(yīng) FeO+2H+===Fe2++H2O Fe2O3+6H+=== 2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O 共性 高溫時(shí),都能被C、CO、H2、Al等還原劑還原,還原過程中鐵的化合價(jià)逐漸降低,最終都生成單質(zhì)鐵 (3)鐵的氫氧化物 鐵的氫氧化物有兩種:Fe(OH)2、Fe(OH)3,它們都是不溶性弱堿。一般是通過可溶性的亞鐵鹽和鐵鹽分別與堿反應(yīng)制得的。如: FeCl2+2NaOH===Fe(OH)2↓+2NaCl FeCl3+3NaOH===Fe(OH)3↓+3NaCl Fe(OH)2與Fe(OH)3的比較 Fe(OH)3 Fe(OH)2 顏色、狀態(tài) 紅褐色固體 白色固體 酸堿性 弱堿性 弱堿性 對熱的 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 不穩(wěn)定 Fe(OH)2FeO+H2O 與非氧化 性酸反應(yīng) Fe(OH)3+3HCl===FeCl3+3H2O Fe(OH)2+2HCl===FeCl2+2H2O(現(xiàn)象:沉淀由白色→灰綠色→紅褐色) 與氧氣反應(yīng) — 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 制備 鹽溶液與堿溶液反應(yīng) Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ Fe3++3NH3H2O=== Fe(OH)3↓+3NH Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ Fe2++2NH3H2O===Fe(OH)2↓+2NH 【例5-1】 在如圖所示裝置中,用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備白色的Fe(OH)2沉淀。 (1)在試管Ⅰ里加入的試劑是 ________________________________________________________________________。 (2)在試管Ⅱ里加入的試劑是 ________________________________________________________________________。 (3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀,在試管Ⅰ和Ⅱ中加入試劑,打開止水夾,塞緊塞子后的實(shí)驗(yàn)步驟是__________________________________________________________________。 (4)這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時(shí)間保持白色,其理由是____________ ___________________________________________________________。 解析:試管Ⅱ是開口式,無法用產(chǎn)生的氣體將溶液壓入試管Ⅰ中,所以制取FeSO4應(yīng)放在試管Ⅰ中,而在試管Ⅱ中加入不含O2的NaOH溶液。當(dāng)Fe與稀H2SO4放入試管Ⅰ后,產(chǎn)生的H2可通過短管將試管Ⅰ內(nèi)的空氣排出,經(jīng)過打開的止水夾通入試管Ⅱ中,再排盡試管Ⅱ內(nèi)的空氣。然后關(guān)閉止水夾,試管Ⅰ內(nèi)產(chǎn)生的H2無法逸出,H2產(chǎn)生的壓強(qiáng)將試管Ⅰ內(nèi)的FeSO4溶液通過長導(dǎo)管壓入試管Ⅱ內(nèi)。在壓液過程中,液體都處于H2環(huán)境中,從而避免了被空氣中的O2氧化,使得Fe(OH)2能保存較長時(shí)間。 答案:(1)稀H2SO4、鐵屑 (2)NaOH溶液 (3)檢驗(yàn)試管Ⅱ出口處排出的H2的純度,當(dāng)排出的H2純凈時(shí),再夾緊止水夾 (4)試管Ⅰ中反應(yīng)生成的H2充滿了試管Ⅰ和試管Ⅱ,使外界空氣不容易進(jìn)入 (4)鐵及其化合物的氧化性和還原性 ①實(shí)驗(yàn)試劑:鐵粉、稀硫酸、FeCl3溶液、FeCl2溶液、氯水、稀硝酸、KSCN溶液、鋅片、銅片。 ②原理分析:鐵元素的化合價(jià)有0、+2、+3三種價(jià)態(tài),0價(jià)鐵(即鐵單質(zhì))只有還原性,在與弱氧化劑(稀硫酸、FeCl3溶液)反應(yīng)時(shí),可被氧化為Fe2+;+3價(jià)鐵(即Fe3+)只有氧化性,在與還原劑(鐵粉、鋅片、銅片)反應(yīng)時(shí),可被還原為Fe2+;Fe2+既有氧化性又有還原性,因而Fe2+既可被氧化為Fe3+,也可被還原為Fe。 ③實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象: 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 化學(xué)反應(yīng)方程式 鐵與稀鹽酸、稀硝酸、氯水的反應(yīng) (1)用3支試管分別取少量鐵粉 (2)分別加入5 mL稀鹽酸、稀硝酸、氯水 鐵與稀鹽酸的反應(yīng),溶液顯淺綠色,有氣體產(chǎn)生 鐵與稀硝酸、氯水的反應(yīng),溶液顯黃色,有氣體產(chǎn)生 Fe+2HCl===FeCl2+H2↑ Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+ NO↑+2H2O(不要求掌握) Fe+2HCl===FeCl2+H2↑ 2FeCl2+Cl2===2FeCl3 FeCl2與稀硝酸、氯水的反應(yīng) (1)用2支試管分別取FeCl2溶液5 mL (2)分別加入5 mL稀硝酸、氯水 反應(yīng)后溶液顯黃色,加入KSCN后溶液顯血紅色 3FeCl2+4HNO3(稀)===2FeCl3+ Fe(NO3)3+NO↑+2H2O(不要求掌握) 2FeCl2+Cl2===2FeCl3 FeCl2與鋅的反應(yīng) (1)用1支試管取少量鋅 (2)加入FeCl2溶液5 mL 溶液顏色由淺綠色退為接近無色 FeCl2+Zn===ZnCl2+Fe FeCl3與鋅、鐵、銅的反應(yīng) (1)用3支試管分別取少量鋅、鐵、銅 (2)分別加入FeCl3溶液5 mL 反應(yīng)后溶液加入KSCN后溶液不再顯示血紅色 2FeCl3+Fe===3FeCl2 2FeCl3+Zn===ZnCl2+2FeCl2 2FeCl3+Cu===CuCl2+2FeCl2 ④實(shí)驗(yàn)結(jié)果:Fe粉只具有還原性;FeCl2既具有氧化性又具有還原性;FeCl3只具有氧化性。通過實(shí)驗(yàn)可歸納整理如下: (5)Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)方法 ①Fe3+的檢驗(yàn): 方法一:可以通過溶液呈棕黃色來基本判定含有Fe3+。 方法二:滴加KSCN溶液,若溶液變?yōu)檠t色,說明Fe3+存在。 Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3(紅色) 方法三:滴加NaOH溶液,若產(chǎn)生紅褐色沉淀,說明有Fe3+存在。 Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(紅褐色) ②Fe2+的檢驗(yàn): 方法一:可以通過溶液呈淺綠色來基本判定含有Fe2+。 方法二:滴加KSCN溶液,無明顯現(xiàn)象,再加入新制氯水,溶液立即變成血紅色,說明原溶液中有Fe2+存在。 方法三:滴加NaOH溶液,若滴入堿液后立即生成白色沉淀,迅速變成灰綠色,最終變?yōu)榧t褐色,則原溶液中含F(xiàn)e2+。 【例5-2】 要證明某溶液中不含F(xiàn)e3+而可能含有Fe2+,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作時(shí)最佳順序?yàn)? ) ①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液?、奂尤肷倭縆SCN溶液 A.①③ B.③② C.③① D.①②③ 解析:先加入少量KSCN溶液,若溶液不變紅,則證明無Fe3+;再加入氯水,如有Fe2+則被氧化為Fe3+,與KSCN反應(yīng)生成血紅色物質(zhì)。KMnO4溶液也能氧化Fe2+,但其本身是紫色,使顏色變化不易觀察。 答案:C 談重點(diǎn) 檢驗(yàn)Fe2+的注意點(diǎn) (1)試劑加入的先后順序,防止Fe2+被氧化成Fe3+而干擾檢驗(yàn)。 待測液不變色紅色 (2)防止加入強(qiáng)氧化性物質(zhì)將Fe2+氧化,如酸性的NO、酸性的ClO-等。 (3)防止加入一些有色溶液,如KMnO4溶液。 6.Fe、Fe2+、Fe3+的關(guān)系(“鐵三角”關(guān)系) 將單質(zhì)Fe、亞鐵鹽(Fe2+)、鐵鹽(Fe3+)之間的相互轉(zhuǎn)化稱為“鐵三角”關(guān)系。“鐵三角”關(guān)系是鐵及其化合物的知識的核心,是考試的重點(diǎn)之一。單質(zhì)鐵只有還原性,F(xiàn)e2+既有氧化性,又有還原性,但以還原性為主;Fe3+有較強(qiáng)的氧化性。 當(dāng)Fe、Fe2+遇到較強(qiáng)的氧化劑時(shí)轉(zhuǎn)化成Fe3+,當(dāng)Fe遇較弱氧化劑時(shí),轉(zhuǎn)化成Fe2+,當(dāng)Fe3+遇較強(qiáng)還原劑時(shí),轉(zhuǎn)化成Fe2+或Fe。 有關(guān)反應(yīng)方程式為: ①Fe―→Fe2+:Fe+SFeS,F(xiàn)e+I(xiàn)2FeI2,Cu2++Fe===Cu+Fe2+,2H++Fe===Fe2++H2↑,2Fe3++Fe===3Fe2+。 ②Fe―→Fe3+:2Fe+3Cl22FeCl3,2Fe+3Br22FeBr3,3Fe+2O2Fe3O4,F(xiàn)e+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O。 ③Fe2+―→Fe3+:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-,4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O,2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,5Fe2++MnO+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O。 ④Fe3+―→Fe2+:2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,2Fe3++Zn===2Fe2++Zn2+(若Zn過量,則發(fā)生反應(yīng):Fe2++Zn===Fe+Zn2+),2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+,2Fe3++2I-===2Fe2++I(xiàn)2,2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SO+4H+。 ⑤Fe2+、Fe3+―→Fe:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,F(xiàn)e2++Zn===Fe+Zn2+。 【例6】鐵有如下變化:隔絕空氣加熱鐵粉與硫粉的混合物可發(fā)生反應(yīng)①,得到黑色的硫化亞鐵A;把A投入稀鹽酸中,可發(fā)生反應(yīng)②,放出無色有臭雞蛋氣味的H2S,得到淺綠色溶液B;向B中加入足量的NaOH溶液,迅速發(fā)生反應(yīng)③,并得到白色沉淀C,此白色沉淀C在空氣中極不穩(wěn)定,會(huì)被O2氧化(發(fā)生反應(yīng)④)而迅速變?yōu)榛揖G色,且顏色逐漸加深,最終變?yōu)榧t褐色物質(zhì)D;D溶于鹽酸發(fā)生反應(yīng)⑤,得到棕黃色溶液E。 (1)寫出反應(yīng)①~⑤的化學(xué)方程式。 (2)上述反應(yīng)①~⑤中,屬于氧化還原反應(yīng)的有________,其中鐵元素被氧化的是________。 解析:根據(jù)鐵及其化合物的性質(zhì)判斷A、B、C、D、E的成分,完成化學(xué)方程式,然后根據(jù)元素化合價(jià)的變化做出相應(yīng)解答。由“白色沉淀C在空氣中變?yōu)榛揖G色且顏色逐漸加深,最終變?yōu)榧t褐色D”知C為Fe(OH)2,D為Fe(OH)3,而C是由B+NaOH反應(yīng)而來,AB+H2S↑,則B為FeCl2,A為FeS,F(xiàn)e(OH)3+3HCl===FeCl3+3H2O,則E為FeCl3,至此①~⑤的化學(xué)方程式便可輕松寫出: ①Fe+SFeS ②FeS+2HCl===FeCl2+H2S↑ ③FeCl2+2NaOH===Fe(OH)2↓+2NaCl ④4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 ⑤Fe(OH)3+3HCl===FeCl3+3H2O 逐一分析5個(gè)化學(xué)方程式中元素的化合價(jià): ②③⑤無元素化合價(jià)變化。 答案:(1)①Fe+SFeS ②FeS+2HCl===FeCl2+H2S↑ ③FeCl2+2NaOH===Fe(OH)2↓+2NaCl ④4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 ⑤Fe(OH)3+3HCl===FeCl3+3H2O (2)①④?、佗? 7.判斷物質(zhì)的氧化性、還原性相對強(qiáng)弱的依據(jù) (1)概念 氧化性:物質(zhì)具有得到電子的性質(zhì)或具有化合價(jià)降低的性質(zhì)。 還原性:物質(zhì)具有失去電子的性質(zhì)或具有化合價(jià)升高的性質(zhì)。 (2)元素的價(jià)態(tài)與氧化性、還原性的關(guān)系 ①處于最高價(jià)態(tài)的元素對應(yīng)的物質(zhì),只有氧化性,但氧化性不一定強(qiáng)。 ②處于最低價(jià)態(tài)的元素對應(yīng)的物質(zhì),只有還原性,但還原性不一定強(qiáng)。 ③處于中間價(jià)態(tài)的元素對應(yīng)的物質(zhì)既有氧化性,又有還原性。 析規(guī)律 價(jià)態(tài)規(guī)律 以上幾點(diǎn),我們可以用一句話來概括,以幫助記憶:“高價(jià)氧化、低價(jià)還、中間價(jià)態(tài)兩性全”。 (3)物質(zhì)氧化性、還原性強(qiáng)弱的判斷依據(jù) ①根據(jù)金屬活動(dòng)性順序進(jìn)行判斷 說明:Fe對應(yīng)的陽離子為Fe2+,F(xiàn)e3+的氧化性介于Ag+和Hg2+之間,即氧化性:Hg2+<Fe3+<Ag+,單質(zhì)的還原性減弱指原子失電子能力減弱,而該原子對應(yīng)的陽離子得電子能力增強(qiáng),所以上述規(guī)律可總結(jié)為“難失易得”,稱為“難易律”。由此可推廣:易得電子的非金屬原子得到電子變成陰離子后,難失電子;難得電子的非金屬原子得到電子變成陰離子后,易失電子。 ②根據(jù)非金屬活動(dòng)性順序進(jìn)行判斷 ③根據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式判斷 a.氧化還原反應(yīng)總是遵循以下規(guī)律(簡稱“強(qiáng)弱律”) 氧化性:氧化劑>氧化產(chǎn)物;還原性:還原劑>還原產(chǎn)物。 上述規(guī)律可總結(jié)為:比什么性,找什么劑,產(chǎn)物之性小于劑。 b.可根據(jù)同一反應(yīng)中的氧化劑、還原劑判斷 例如:S+O2SO2,氧化性:O2>S ④根據(jù)被氧化或被還原的程度判斷 例如:2Fe+3Cl22FeCl3,F(xiàn)e+SFeS Cl2能將Fe氧化到+3價(jià),而S只能將Fe氧化到+2價(jià); 因此,氧化性:Cl2>S ⑤根據(jù)反應(yīng)條件判斷 不同的氧化劑與同一種還原劑反應(yīng),反應(yīng)越容易,說明氧化劑的氧化性越強(qiáng);不同的還原劑與同一種氧化劑反應(yīng),反應(yīng)越容易,說明還原劑的還原性越強(qiáng)。 例如MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O 2KMnO4+16HCl(濃)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 同是將濃鹽酸氧化為Cl2,MnO2必須在加熱的條件下才能進(jìn)行,而KMnO4在常溫下即可進(jìn)行,說明氧化性:KMnO4>MnO2。 ⑥根據(jù)濃度大小判斷 如氧化性:濃硫酸強(qiáng)于稀硫酸,濃硝酸強(qiáng)于稀硝酸。 【例7-1】 根據(jù)下列反應(yīng)判斷有關(guān)物質(zhì)還原性由強(qiáng)到弱的順序是( ) ①H2SO3+I(xiàn)2+H2O===2HI+H2SO4 ②2FeCl3+2HI===2FeCl2+2HCl+I(xiàn)2 ③3FeCl2+4HNO3===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:氧化還原反應(yīng)一般可以概括成如下形式: 氧化劑+還原劑===還原得到ne-產(chǎn)物+氧化失去ne-產(chǎn)物 這樣,根據(jù)反應(yīng)①得物質(zhì)的還原性H2SO3>I-,由反應(yīng)②得知物質(zhì)的還原性I->Fe2+,由反應(yīng)③得知物質(zhì)的還原性Fe2+>NO。由此得出這四種還原劑的還原性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篐2SO3>I->Fe2+>NO。 答案:A 【例7-2】 已知Co2O3在酸性溶液中易被還原成Co2+,Co2O3、Cl2、FeCl3、I2的氧化性依次減弱。下列反應(yīng)在水溶液中不可能發(fā)生的是( ) A.3Cl2+6FeI2===2FeCl3+4FeI3 B.Cl2+FeI2===FeCl2+I(xiàn)2 C.Co2O3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+3H2O D.2Fe3++2I-===2Fe2++I(xiàn)2 解析:由于Fe3+氧化性強(qiáng)于I2,所以FeI3不存在,A中反應(yīng)不可能發(fā)生。B、C、D中反應(yīng)符合氧化還原反應(yīng)規(guī)律,所以可以發(fā)生。例n(Cl2)∶n(FeI2)=1∶1時(shí),即發(fā)生B項(xiàng)的反應(yīng)。 答案:A 【例7-3】 已知X和Y是兩種單質(zhì),它們之間發(fā)生反應(yīng):X+Y===X2++Y2-?,F(xiàn)有下列敘述,其中正確的是( ) ①X發(fā)生氧化反應(yīng)?、赬是氧化劑?、踄2-是還原產(chǎn)物?、躕2+具有氧化性 ⑤Y2-具有還原性?、轞單質(zhì)氧化性比X2+強(qiáng) A.①②③ B.①②⑥ C.①③④⑤⑥ D.①②④⑤ 解析:由反應(yīng)方程式可知:X→X2+,Y→Y2-,所以X元素化合價(jià)升高,發(fā)生了氧化反應(yīng),被氧化生成X2+,故X是還原劑,具有還原性,X2+是氧化產(chǎn)物,具有氧化性;同理,Y元素化合價(jià)降低,發(fā)生了還原反應(yīng),被還原生成Y2-,故Y是氧化劑,具有氧化性,Y2-是還原產(chǎn)物,具有還原性。氧化劑(Y)的氧化性強(qiáng)于氧化產(chǎn)物(X2+)的氧化性。 答案:C 【例7-4】 某反應(yīng)中反應(yīng)物與生成物有:AsH3、H2SO4、KBrO3、K2SO4、H3AsO4、H2O和一種未知物質(zhì)X。 (1)已知KBrO3在反應(yīng)中得到電子,則該反應(yīng)的還原劑是______________。 (2)已知0.2 mol KBrO3在反應(yīng)中得到1 mol電子生成X,則X的化學(xué)式為____________。 (3)根據(jù)上述反應(yīng)可推知__________。 a.氧化性:KBrO3>H3AsO4 b.氧化性:H3AsO4>KBrO3 c.還原性:AsH3>X d.還原性:X>AsH3 (4)將氧化劑和還原劑的化學(xué)式及其配平后的系數(shù)填入下列方框中,并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目: 解析:(1)KBrO3在反應(yīng)中得到電子,則另外一種化合價(jià)變化的元素在反應(yīng)中失去電子被氧化,所給物質(zhì)中As元素化合價(jià)發(fā)生了變化,低價(jià)態(tài)的AsH3是還原劑。 (2)0.2 mol KBrO3得到1 mol電子,說明Br元素在反應(yīng)中降低了5價(jià),所以X的化學(xué)式為Br2。 (4)利用氧化還原反應(yīng)中電子得失相等的規(guī)律可配平該方程式為 +4H2SO4===4K2SO4+4Br2+5H3AsO4+4H2O 答案:(1)AsH3 (2)Br2 (3)ac (4)- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 高中化學(xué) 第二章 元素與物質(zhì)世界 第3節(jié) 氧化劑和還原劑學(xué)案 魯科版必修1 第二 元素 物質(zhì) 世界 氧化劑 還原劑 魯科版 必修
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