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【高考化学】必考点:氧化还原反应

2023-11-11 15:13| 来源: 网络整理| 查看: 265

HCl + NaOH == NaCl + H2O.

③化合反应和分解反应

而化合反应和分解反应既可能是氧化还原反应,如:

C + O2 =点燃= CO2;

2H2O2 =(MnO2)= 2H2O + O2↑;

又可能是非氧化还原反应,如:

CaO + H2O == Ca(OH)2 ;

2NaHCO3 =△= Na2CO3 + H2O + CO2↑.

④当然,我们可以将上述关系用Venn图表示:

氧化还原反应与四种基本反应关系图

4.有关氧化还原的判断

①判断氧化性和还原性

I. 元素处于最高价态时,只有氧化性;

II. 元素处于最低价态时,只有还原性;

特殊地,金属的最低价态为0价,没有负价,故金属单质只有还原性;

III.元素处于中间价态时,既有氧化性又有还原性。

②判断氧化剂和还原剂

I. 常见的氧化剂及其对应的还原产物

i. 活泼非金属单质

X2 → X-(X表示F、Cl、Br、I等卤素) O2 → O2- / OH- / H2O

ii. 具有处于高价态元素的化合物

MnO2 → Mn2+ H2SO4 → SO2 / S HNO3 → NO / NO2 KMnO4(酸性条件) → Mn2+ FeCl3 → Fe2+ / Fe

iii.其他

H2O2 → H2O

II. 常见的还原剂及其对应的氧化产物

i. 活泼的金属单质

Na → Na+ Al → Al3+

ii. 活泼的非金属单质

H2 → H2O C → CO / CO2

iii.具有处于低价态元素的化合物

CO → CO2 SO2 → SO3 / SO42- H2S → S / SO2 HI → I2 Na2SO3 → SO42- FeCl2 → Fe3+

III.特殊情况

i. 在氧化还原反应中,氧化剂和还原剂可能是同一种物质,氧化产物和还原产物也可能是同一种物质,如歧化反应和部分归中反应。

歧化反应:在反应中,若氧化作用和还原作用发生在同一分子内部处于同一氧化态的元素上,使该元素的原子(或离子)一部分被氧化,另一部分被还原,那么我们称这种自身的氧化还原反应为歧化反应。 如氯气和氢氧化钠的反应(氯既做氧化剂又做还原剂):

Cl2 + 2NaOH == NaCl + NaClO + H2O

归中反应:在反应中,同种元素组成的不同物质中元素的两种化合价向中间靠拢,那么我们称这种氧化还原反应为归中反应。 部分归中反应可以使同种元素的不同化合价达到相同价态,如铁和氯化铁溶液的反应:

Fe + 2FeCl3 == 3FeCl2

也有部分归中反应会使同种元素的化合价彼此接近但不能达到相同价态,但是不存在价态交叉现象,如下图:

归中反应发生规律图

为了更加直观的理解什么叫做“不能价态交叉”,我们来看二氧化硫和硫酸反应的方程式进行理解:

H2S + H2SO4 == S↓ + SO2 + 2H2O

我们很容易看出硫化氢的S为-2价,硫酸的S为+6价;硫单质的S为0价,二氧化硫的S为+4价。那么请看下图:

二氧化硫和硫酸反应变价分析图

那么由此我们得知,硫化氢是还原剂,硫酸是氧化剂;硫单质是氧化产物,二氧化硫是还原产物。

ii. 大多数物质在反应中做氧化剂还是还原剂并不是一成不变的(包括上述列举也是如此)。通常取决于其与其他物质性质的关系。

如上述常见氧化剂中的过氧化氢(氧为-1价处于中间价态),在酸性条件下可以被高锰酸钾氧化:

2KMnO4 + 5H2O2 + 2H2SO4 == K2SO4 + MnSO4 + 5O2↑ + 2H2O

iii.同一种氧化剂对应的还原产物不是一成不变的,同理,同一种还原剂对应的氧化产物也不是一成不变的。通常会受反应浓度、反应酸碱度等因素影响。

如铜(还原剂)和硝酸(氧化剂)反应。当硝酸为浓硝酸,反应的还原产物是二氧化氮;当硝酸为稀硝酸,反应的还原产物为一氧化氮。 氧化剂高锰酸钾在酸性条件下的还原产物通常为锰离子,而在中性或碱性条件下的还原产物通常为锰酸钾或二氧化锰。

5.电子转移的表示方法

①单线桥法

箭头由还原剂中被氧化的元素指向氧化剂中被还原的元素,箭头方向为电子转移方向。 在桥上标明转移电子总数。

②双线桥法

箭头分别由氧化剂指向还原产物,由还原剂指向氧化产物;箭头两端所指元素相同;箭头不表示电子转移方向,仅表示电子转移前后的变化。 在桥上标明得失电子数量;得失电子总数相等。

二、氧化性还原性的强弱规律

1.氧化性还原性与元素周期表的关系

同一周期从左到右,电子层数相同,原子核电荷数逐渐增加,原子核对最外层电子引力逐渐增强,原子半径逐渐减小。得电子能力逐渐增强,元素的非金属性逐渐增强,对应单质的氧化性逐渐增强;失电子能力逐渐减弱,元素的金属性逐渐减弱,对应单质的还原性逐渐减弱。 同一主族从上到下,最外层电子数相同,原子层数逐渐增加,原子核对最外层电子引力逐渐减弱,原子半径逐渐增大。得电子能力逐渐减弱,元素的非金属性逐渐减弱,对应单质的氧化性逐渐减弱;失电子能力逐渐增强,元素的金属性逐渐增强,对应单质的还原性逐渐增强。

2.氧化性还原性与金属活动性的关系

金属活动性越强,对应单质的还原性越强,对应离子的氧化性越弱。

3.氧化还原反应规律

在一个反应中:

氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。 还原剂的还原性大于还原产物的还原性。 若含有多种氧化剂(还原剂),氧化性(还原性)强的物质优先参与反应。

4.氧化还原表

氧化还原反应表如下图所示,表中含有部分常见的氧化剂和还原剂供查表使用。

①表格特性

深蓝底色部分表示还原剂,从左到右还原性依次递减;浅蓝底色部分表示氧化剂,从左到右氧化性逐渐递增。表中任一还原剂可被其正下方及正下方右侧所有氧化剂氧化;任一氧化剂可以氧化其正上方及正上方左侧所有还原剂(如下图,溴可以氧化所有黄色底色的还原剂)。

②表格用途

判断氧化还原反应能否发生 在依量反应中判断反应先后

③样例

问题1:硝酸能否氧化氯离子?

回答1:查表知硝酸可以氧化其正上方及正上方左侧所有还原剂,氯离子不在该范围,故硝酸不能将其氧化。

问题2:碘化亚铁和少量氯气的反应方程式为?

回答2:显然碘离子和亚铁离子均可以被氯气氧化,查表知碘离子的还原性高于亚铁离子,故当氯气不足时,碘离子优先与氯气反应。故反应方程式为:

Cl2 + 2I- == 2Cl- + I2 .

三、氧化还原反应方程式的配平

1.正向配平

此处我们使用氨的催化氧化的反应作为例子进行讲解:

①写出反应物和生成物的化学式,并标出变价元素的化合价

②列出反应前后同种元素化合价的升降变化

N的化合价由-3价变至+2价,故上升5价 O的化合价由0价降至-2价,每个O2含2个O. 故下降2×2=4价

③根据升降价求最小公倍数,使化合价升降总数相等

④观察法,根据已配平的物质将其他物质配平

⑤根据原子守恒检查无误后完成配平

2.逆向配平

当遇到歧化反应时,正向配平似乎并不容易。于是我们采取逆向思维,原理和正向配平完全一致。此处我们使用氯气和氢氧化钠的反应作为例子:

3.整体配平

当遇到一种物质中有两种元素变价时,可以进行整体配平。此处我们使用硫化亚铜和硝酸的反应作为例子:

①和正向配平一样,写出反应物和生成物的化学式,并标出变价元素的化合价;列出反应前后同种元素化合价的升降变化;根据升降价求最小公倍数,使化合价升降总数相等

②观察法,根据已配平的物质将其他物质配平

此处注意:由于产物硝酸铜的硝酸根直接来自于硝酸并未变价,故①中已配平的10个硝酸不含硝酸铜中的硝酸根。换言之,硝酸铜中的硝酸根需要额外增加硝酸来提供!于是配平如下:

③根据原子守恒检查无误后完成配平

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高考考点

考纲解读:

围绕考纲我们应掌握如下要点:

①氧化还原反应的基本概念;

②氧化剂、氧化产物、还原剂、还原产物的判断

③氧化—还原反应中电子得失情况的表示方法;

④氧化性、还原性强弱的比较;

⑤氧化还原反应方程式的配平;⑥能根据质量守恒定律正确书写化学方程式,并能进行有关计算

命题方向:

氧化还原反应是高考的必考考点,近年来呈现如下命题趋势,以典型物质或社会实际问题为载体,考查学科内知识的综合运用能力。氧化性、还原性强弱的判断方法高考题中可能加了一句信息,增加了题目难度。这提示大家读题要细致,千万不要只凭经验!氧化还原反应的计算是高考的重点也是高考的难点,做这种类型的题时,要抓住氧化还原反应的本质和特征;得失电子守恒,即得失电子总数相等或化合价升降总数相等。

总之一句话

哪儿有氧(化)还(原)反应,哪儿有得失(电子)守恒。

一、 氧化还原反应的规律及应用

同种元素具有多种价态时,一般处于最高价态时只具有氧化性、处于最低价态时只具有还原性、处于中间可变价时既具有氧化性又具有还原性。

例1、 已知:①向KMnO4晶体滴加浓盐酸,产生黄绿色气体;②向FeCl2溶液中通入少量实验①产生的气体,溶液变黄色;③取实验②生成的溶液滴在淀粉KI试纸上,试纸变蓝色。下列判断正确的是( )

A.上述实验证明氧化性:MnO4->Cl2>Fe3+>I2

B.上述实验中,共有两个氧化还原反应

C.实验①生成的气体不能使湿润的淀粉KI试纸变蓝

D.实验②证明Fe2+既有氧化性又有还原性

【解析】本题特别关注D选项。题中的有关反应为①2KMnO4+16HCl====2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O(生成的黄绿色气体为Cl2);②Cl2+2FeCl2====2FeCl3(FeCl3溶液为黄色);③2FeCl3+2KI====2FeCl2+2KCl+I2(I2遇淀粉变蓝色)。以上三个反应都属于氧化还原反应,根据氧化性:氧化剂>氧化产物的规律,可知A正确、B错误、C错误。实验②只能证明Fe2+具有还原性,D错误。

【答案】A

2. 性质强弱规律

氧化性:氧化剂>还原剂 还原性:还原剂>还原产物

例2、 常温下,往H2O2溶液中滴加少量FeSO4溶液,可发生如下两个反应:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 2Fe3++H2O2=2Fe2++O2↑+2H+下列说法正确的是

A.H2O2的氧化性比Fe3+强,其还原性比Fe2+弱

B.在H2O2分解过程中,溶液的pH逐渐下降

C.在H2O2分解过程中, Fe2+和Fe3+的总量保持不变

D.H2O2生产过程要严格避免混入Fe2+

【解析】结合A、B两个方程式根据 氧化性、还原性强弱比较规律:得 H2O2的氧化性>Fe3+的氧化性, H2O2的还原性>Fe2+的还原性,A错;2H2O2=2H2O+O2↑,分解过程中,Fe2+作催化剂,溶液pH值不变,B错,H2O2分解Fe3+或Fe2+作催化剂,所以总量不变。因为Fe2+可导致H2O2分解,所以H2O2生产过程要避免混入Fe2+,D正确。【答案】CD

3. 反应先后规律

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,则它首先与溶液中最强的还原剂作用;同理,在浓度相差不大的溶液中,同时含有几种氧化剂时,若加入还原剂,则它首先与溶液中最强的氧化剂作用。例如,向含有FeBr2溶液中通入Cl2,首先被氧化的是Fe2+。

例3、(09全国卷Ⅱ13) 含有a mol FeBr2的溶液中,通入x mol Cl2。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-

【解析】由于Fe2+的还原性强于Br-,故根据氧化还原反应的先后顺序知,Cl2先氧化Fe2+,然后再氧化Br-。2Fe2+ + Cl2 =2Fe3+ + 2Cl-,2Br-+ Cl2 =Br2 + 2Cl-,2FeBr2 + 3Cl2 =2FeCl3 + 2Br2 。当x/a ≤0.5时,Cl2仅氧化Fe2+,故A项正确。

当x/a ≥1.5时,Fe2+和Br-合部被氧化,D当介于两者之间时,则要分步书写方程式,然后进行叠加得总反应。如B项,当x=0.5a时,Cl2刚好把Fe2+全部氧化,而当x=0.6a,显然Cl2还要氧化,而选项中没有表示,故错。

【答案】B

4. 价态归中规律

含不同价态同种元素的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化一定遵循“高价+低价→中间价”的规律。

5. 电子守恒规律

在任何氧化—还原反应中,氧化剂得电子(或共用电子对偏向)总数与还原剂失电子(或共用电子对偏离)总数一定相等。

例4、 (09全国卷Ⅱ6) 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. 1:4 B.1:5 C. 2:3 D.2:5

【解析】设2molZn参与反应,因Zn无剩余,则最终生成了2molZn(NO3)2,显然含有4molNO3-,这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3,根据得失电子守恒有:2×n(Zn)=n(HNO3)×4,则n(HNO3)=1mol,即有1molHNO3被还原。

【答案】A

二、氧化还原方程式的配平

主要依据化合价升降法:在氧化还原反应中升高的价数=降低的价数。其实质是得失电子的守恒。

例5.(08全国Ⅱ卷)(NH4)2SO4在高温下分解,产物是SO2、H2O、N2和NH3。在该反应的化学方程式中,化学计量数由小到大的产物分子依次是( )

A.SO2、H2O、N2、NH3

B.N2、SO2、H2O、NH3

C.N2、SO2、NH3、H2O

D.H2O、NH3、SO2、N2

【解析】此题实际上是考查化学方程式的配平,(NH4)2SO4----NH3+N2+SO2+H2O,反应中:N:-3→0,化合价变化总数为6,S:+6→+4,化合价变化数为2,根据化合价升高和降低的总数相等,所以应在SO2前配3,(NH4)2SO4前面配3,NH3前面配4,H2O前面配6,最后计算反应前后的O原子个数相等。配平后的化学方程式为:3(NH4)2SO4=4NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O。

【答案】C

来源:网络

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