专题03 氧化还原反应讲解析版.docx

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专题03氧化还原反应讲解析版

专题03氧化还原反应

1．了解氧化还原反应的本质是电子转移。

2．了解氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物等概念。

3．能够利用得失电子守恒进行有关氧化还原反应的计算。

4．了解常见的氧化剂和还原剂及常见的氧化还原反应。

知识点一、氧化还原反应的基本概念及相互关系

1．氧化还原反应的实质是电子的得失或电子对的偏移，特征是反应前后元素化合价的升降；判断某反应是否属于氧化还原反应可根据反应前后化合价是否发生了变化这一特征。

2．基本概念

（1）氧化反应：

失去电子（化合价升高）的反应。

（2）还原反应：

得到电子（化合价降低）的反应。

（3）氧化剂（被还原）：

得到电子的物质（所含元素化合价降低的物质）。

（4）还原剂（被氧化）：

失去电子的物质（所含元素化合价升高的物质）。

（5）氧化产物：

还原剂失电子后对应的产物（包含化合价升高的元素的产物）。

（6）还原产物：

氧化剂得电子后对应的产物（包含化合价降低的元素的产物）。

3．氧化还原反应的表示方法

（1）双线桥法

箭头必须由反应物指向生成物，且两端对准同种元素。

箭头方向不代表电子转移方向，仅表示电子转移前后的变化。

在“桥”上标明电子的“得”与“失”，且得失电子总数应相等。

（2）单线桥法

箭头必须由还原剂中失电子的元素指向氧化剂中得电子的元素。

箭头方向表示　电子转移的方向　。

在“桥”上标明转移的　电子总数　。

1．氧化还原反应与四种基本反应类型的关系

（1）有单质参加的化合反应一定是氧化还原反应；

（2）有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应；

（3）置换反应一定是氧化还原反应；

（4）复分解反应一定不是氧化还原反应。

2．常见的氧化剂和还原剂

重要的氧化剂一般有以下几类：

（1）活泼的非金属单质，如Cl2、Br2、O2等。

（2）元素（如Mn等）处于高化合价时的氧化物，如MnO2等。

（3）元素（如S、N等）处于高化合价时的含氧酸，如浓H2SO4、HNO3等。

（4）元素（如Mn、Cl、Fe等）处于高化合价时的盐，如KMnO4、KClO3、FeCl3等。

（5）过氧化物，如Na2O2、H2O2等。

重要的还原剂一般有以下几类：

（1）活泼的金属单质，如Na、Al、Zn、Fe等。

（2）某些非金属单质，如H2、C、Si等。

（3）元素（如C、S等）处于低化合价时的氧化物，如CO、SO2等。

（4）元素（如Cl、S等）处于低化合价时的酸，如HCl、H2S等。

（5）元素（如S、Fe等）处于低化合价时的盐，如Na2SO3、FeSO4等。

知识点二、氧化性、还原性及其强弱比较

氧化性→得电子能力，得到电子越容易→氧化性越强。

还原性→失电子能力，失去电子越容易→还原性越强。

物质的氧化性或还原性的强弱只取决于得到或失去电子的　难易程度　，与得失电子的数目无关。

如：

Na、Mg、Al的还原性强弱依次为Na＞Mg＞Al；浓HNO3、稀HNO3的氧化性强弱为浓HNO3＞稀HNO3

1．根据氧化还原反应的方向

氧化性：

氧化剂>氧化产物，氧化剂>还原剂　；

还原性：

还原剂>还原产物，还原剂>氧化剂　。

2．根据元素的化合价

如果物质中某元素具有最高价，该元素只有氧化性；物质中某元素具有最低价，该元素只有还原性；物质中某元素具有中间价态，该元素既有氧化性又有还原性。

3．根据金属活动性顺序表

在金属活动性顺序表中，位置越靠前，其还原性就越强，其阳离子的氧化性就越弱。

4．根据非金属活动性顺序来判断

一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属阴离子越容易，其阴离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。

5．根据元素周期表

同周期元素，随着核电荷数的递增，氧化性逐渐增强，还原性逐渐减弱；同主族元素，随着核电荷数的递增，氧化性逐渐减弱，还原性逐渐增强。

6．根据反应的难易程度

氧化还原反应越容易进行（表现为反应所需条件越低），则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强。

不同的还原剂（或氧化剂）与同一氧化剂（或还原剂）反应时，条件越易或者氧化剂（或还原剂）被还原（或被氧化）的程度越大，则还原剂（或氧化剂）的还原性（或氧化性）就越强。

7．根据电化学原理判断

a．根据原电池原理判断：

两种不同的金属构成原电池的两极。

负极金属是电子流出的极，正极金属是电子流入的极。

其还原性：

负极>正极。

b．根据电解池原理判断：

用惰性电极电解混合液时，若混合液中存在多种金属阳离子时，在阴极先放电的阳离子的氧化性较强（相应的金属单质的还原性较弱），若混合液中存在多种阴离子，在阳极先放电的阴离子的还原性较强（相应的非金属单质的氧化性较弱）。

8．其他条件

一般溶液的酸性越强或温度越高，则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越　强　，反之则越弱。

氧化性还原性强弱的比较是考试的一个难点，基本考查方式一是比较氧化性还原性的强弱，二是根据氧化性还原性强弱，判断反应能否进行。

总的解题依据是一个氧化还原反应能进行，一般是氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，还原剂的还原性强于还原产物的还原性。

但要考虑到某些特殊情况如符合特定的平衡原理而进行的某些反应。

知识点三、氧化还原反应规律

1．价态变化规律

（1）归中规律：

含同种元素不同价态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。

这里的中间价可以相同（谓之“靠拢”），也可以不同，但此时必是高价转变成较高中间价，低价转变成较低中间价（谓之“不相交”）。

（2）歧化规律：

同一种物质中的同一元素部分化合价升高，另一部分化合价降低，发生自身的氧化还原反应。

2．优先规律

在同一溶液里存在几种不同的还原剂且浓度相差不大时，当加入氧化剂时，还原性　强　的还原剂优先被　氧化　；同时存在几种不同的氧化剂且其浓度相差不大时，当加入还原剂时，氧化性　强　的氧化剂优先被　还原　。

如：

把少量Cl2通入FeBr2溶液中，Fe2＋先失电子；把少量Cl2通入FeI2溶液中，I－先失电子。

3．得失电子守恒规律

在任何氧化还原反应中，氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数一定　相等　。

对于氧化还原反应的计算，利用得失电子守恒规律，抛开烦琐的反应过程，可不写化学方程式，能更快、更便捷地解决有关问题。

2．氧化还原反应方程式的配平

（1）配平原则：

电子守恒、原子守恒、电荷守恒

（2）配平步骤（以高锰酸钾和浓盐酸反应制氯气为例）：

①标出化合价变化了的元素的化合价。

②根据元素存在的实际形式调整发生了氧化还原反应的物质的系数，使之成1︰1的关系。

③调整系数，使化合价升降总数相等。

④根据化合价升降总数相等确定发生氧化还原反应的物质的化学计量数。

⑤利用元素守恒，用观察法配平没有参加氧化还原反应的其他物质的系数。

⑥检查方程式两边各原子的个数是否相等，离子方程式还要检查方程式两边的离子所带的电荷数是否相等。

知识点四、信息型氧化还原反应方程式的书写

（1）根据所学知识和题目所给信息（包括图像、工艺流程图等），找出氧化还原反应中的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。

（2）使化合价升降的总数目相等（得失电子总数相等），确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。

（3）观察方程式两边离子所带电荷数是否相等，若不等，则要使电荷守恒，根据反应是在何种环境（酸性、碱性）中进行的补充H＋或OH－。

若在酸性环境中，一边加a个H＋（电荷守恒），另一边加b个H2O（原子守恒）；若在碱性环境中，一边加m个OH－（电荷守恒），另一边加n个H2O（原子守恒）。

【易错警示】

（1）根据题目的信息找出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物是解决这类问题的前提

（2）正确标出变价元素前后的化合价，特别要注意发生化合价变化的原子个数

（3）在确定无价态变化的其它反应物与产物时，除了利用电荷守恒与原子守恒外，还要重点关注反应发生的环境，是酸性或碱性

高频考点一　氧化还原反应概念辨析

例1．[2019北京]下列除杂试剂选用正确且除杂过程不涉及氧化还原反应的是

物质（括号内为杂质）

除杂试剂

A

FeCl2溶液（FeCl3）

Fe粉

B

NaCl溶液（MgCl2）

NaOH溶液、稀HCl

C

Cl2（HCl）

H2O、浓H2SO4

D

NO（NO2）

H2O、无水CaCl2

【答案】B

【解析】FeCl3与Fe反应生成FeCl2，FeCl3+Fe=2FeCl2，此过程中Fe的化合价发生变化，涉及到了氧化还原法应，故A不符合题意；MgCl2与NaOH溶液发生复分解反应MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2+2NaCl，过量的NaOH溶液可用HCl除去HCl+NaOH=NaCl+H2O，此过程中没有元素化合价发生变化，未涉及氧化还原反应，故B符合题意；部分氯气与H2O发生反应生成氯化氢和次氯酸，反应过程中氯元素化合价变化，涉及到了氧化还原法应，故C不符合题意；NO2与水反应生成硝酸和NO。

反应过程中氮元素化合价发生变化，涉及到了氧化还原法应，故D不符合题意；综上所述，本题应选B。

【举一反三】（2018年北京卷）下列实验中的颜色变化，与氧化还原反应无关的是（）

A

B

C

D

实验

NaOH溶液滴入FeSO4溶液中

石蕊溶液滴入氯水中

Na2S溶液滴入AgCl浊液中

热铜丝插入稀硝酸中

现象

产生白色沉淀，随后变为红褐色

溶液变红，随后迅速褪色

沉淀由白色逐渐变为黑色

产生无色气体，随后变为红棕色

A.AB.BC.CD.D

【答案】C

【解析】A项，NaOH溶液滴入FeSO4溶液中产生白色Fe（OH）2沉淀，白色沉淀变为红褐色沉淀时的反应为4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，该反应前后元素化合价有升降，为氧化还原反应；B项，氯水中存在反应Cl2+H2O

HCl+HClO，由于氯水呈酸性，石蕊溶液滴入后溶液先变红，红色褪色是HClO表现强氧化性，与有色物质发生氧化还原反应；C项，白色沉淀变为黑色时的反应为2AgCl+Na2S=Ag2S+2NaCl，反应前后元素化合价不变，不是氧化还原反应；D项，Cu与稀HNO3反应生成Cu（NO3）2、NO气体和H2O，气体由无色变为红棕色时的反应为2NO+O2=2NO2，反应前后元素化合价有升降，为氧化还原反应；与氧化还原反应无关的是C项，答案选C。

【变式探究】【2017天津卷】下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是（）

A．硅

太阳能电池工作时，光能转化成电能

B．锂离子电池放电时，化学能转化成电能

C．电解质溶液导电时，电能转化成化学能

D．葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能

【答案】A

【解析】硅太阳能电池主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，与氧化还原反应无关；锂离子电池工作时，涉及到氧化还原反应；电解质溶液导电实质是电解的过程，与氧化还原反应有关；葡萄糖供能时，涉及到生理氧化过程。

故选A。

【变式探究】O2F2可以发生反应：

H2S＋4O2F2→SF6＋2HF＋4O2，下列说法正确的是（　　）

A．氧气是氧化产物

B．O2F2既是氧化剂又是还原剂

C．若生成4.48LHF，则转移0.8mol电子

D．还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶4

【答案】D

【解析】O元素的化合价由反应前的＋1价变为反应后的0价，化合价降低，获得电子，所以氧气是还原产物，A错误；在反应中O2F2中的O元素的化合价降低，获得电子，所以该物质是氧化剂，而H2S中的S元素的化合价是－2价，反应后变为SF6中的＋6价，所以H2S是还原剂，B错误；外界条件不明确，不能确定HF的物质的量，所以不能确定转移电子的数目，C错误；根据方程式可知还原剂H2S与氧化剂O2F2的物质的量的比是1∶4，D正确。

高频考点二　氧化还原反应的规律及其应用

例2．【2017北京卷】下列变化中，气体被还原的是（）

A．二氧化碳使Na2O2固体变白B．氯气使KBr溶液变黄

C．乙烯使Br2的四氯化碳溶液褪色D．氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀

【答案】B

【解析】二氧化碳使Na2O2固体变白，发生反应2CO2+2Na2O2=O2+2Na2CO3，CO2的化合价没有发生改变，过氧化钠既是氧化剂，也是还原剂，A错误；氯气使KBr溶液变黄，发生反应2KBr+Cl2=2KCl+Br2，Cl元素化合价降低，被还原，B正确；乙烯使Br2的四氯化碳溶液褪色，是乙烯与溴发生了加成反应，Br元素化合价降低，Br2被还原，乙烯被氧化，C错误；氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀氢氧化铝，反应过程中NH3化合价没有改变，不是氧化还原反应，D错误。

【变式探究】在含等物质的量浓度的Na2S和NaBr的溶液中缓慢通入氯气，下列离子方程式不符合实际情况的是（　　）

A．S2－＋Cl2===S↓＋2Cl－

B．S2－＋2Br－＋2Cl2===S↓＋Br2＋4Cl－

C．2S2－＋2Br－＋3Cl2===2S↓＋Br2＋6Cl－

D．3S2－＋2Br－＋4Cl2===3S↓＋Br2＋8Cl－

【答案】B

【解析】依题意，n（Na2S）＝n（NaBr）。

还原性：

S2－＞Br－。

A项符合实际情况，只有S2－被氧化；B项不符合实际情况，不符合氧化还原反应的优先规律，当S2－没有被氧化完时，Br－不会被氧化；C项符合实际情况，S2－和Br－都完全被氧化；D项符合实际情况，S2－完全被氧化，Br－部分被氧化。

【变式探究】Cu2S与一定浓度的HNO3反应，生成Cu（NO3）2、CuSO4、NO2、NO和H2O，当NO2和NO的物质的量之比为2∶1时，实际参加反应的Cu2S与HNO3的物质的量之比为（　　）

A．1∶10B．1∶8

C．1∶6D．1∶5

【答案】B

【解析】参加反应的HNO3可分为两部分，一部分起酸性作用，生成Cu（NO3）2，可通过Cu2＋的物质的量确定；另一部分作氧化剂，被还原为NO2与NO，可以通过与Cu2S得失电子相等确定。

NO2与NO物质的量之比为2∶1时，平均每个HNO3分子得到

＝

个电子，当有一个Cu2S参与反应失去2×1＋8＝10个电子，则被还原的HNO3为：

10÷

＝6个，根据生成的Cu（NO3）2计算起酸性作用的HNO3：

1×2＝2个，所以有1个Cu2S参加反应，则有8个HNO3反应，物质的量之比为1∶8，选项B符合要求。

高频考点三　氧化还原反应的综合应用

例3、[2019浙江4月选考]反应8NH3＋3Cl2

N2＋6NH4Cl，被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为（）

A．2∶3B．8∶3C．6∶3D．3∶2

【答案】A

【解析】该氧化还原反应用双线桥表示为

，可知实际升价的N原子为2个，所以2个NH3被氧化，同时Cl2全部被还原，观察计量数，Cl2为3个，因而被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为2：

3。

故答案选A。

【举一反三】【2017海南】在酸性条件下，可发生如下反应：

+2M3++4H2O=

+Cl－+8H+，

中M的化合价是（）

A.+4B.+5C.+6D.+7

【答案】C

【解析】根据离子反应方程式中，反应前后所带电荷数相等，即6－1=8－n－1，解得n=2，从而得出M2O7n－中M的化合价为+6价，故C正确。

【变式探究】二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂。

回答下列问题：

（1）工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。

（2）实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：

①电解时发生反应的化学方程式为________________。

②溶液X中大量存在的阴离子有________。

③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是________（填标号）。

a．水　　　　　　　　b．碱石灰

c．浓硫酸d．饱和食盐水

（3）用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。

若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是________（填标号）。

a．明矾b．碘化钾

c．盐酸d．硫酸亚铁

【解析】

（1）该反应中Cl由＋5价降低为＋4价，S由＋4价升高为＋6价，则KClO3为氧化剂，Na2SO3为还原剂。

根据氧化还原反应中电子得失守恒可得：

n（KClO3）×（5－4）＝n（Na2SO3）×（6－4），则有n（KClO3）/n（Na2SO3）＝2∶1。

（2）①由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl

3H2↑＋NCl3。

②由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由＋3价降低为－3价，NaClO2中Cl由＋3价升高到＋4价，生成ClO2，Cl－未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH，溶液呈碱性，故溶液X中含有大量的阴离子为Cl－和OH－。

③ClO2是酸性气体，NH3是碱性气体，除去ClO2中的NH3可选用酸性干燥剂，如浓H2SO4等。

（3）利用亚氯酸盐的氧化性及FeSO4的还原性除去含有的亚氯酸盐。

【答案】

（1）2∶1

（2）①NH4Cl＋2HCl

3H2↑＋NCl3

②Cl－、OH－

③c

（3）d

高频考点四信息氧化还原反应方程式的书写

例4.

（1）草酸钪[Sc2（C2O4）3]在空气中“灼烧”生成Sc2O3的化学方程式为___________________________

____________________________________________________________。

（2）从某废催化剂（含ZnO、CuO、Fe2O3、石墨及MnO2等）中回收金属并制取活性氧化锌的工艺流程如下（已知：

Zn及其氧化物、氢氧化物的性质与Al及其相应化合物性质类似）：

“氧化”时Mn2＋被氧化的离子方程式为______________________________________________。

“中和、沉淀”时，若pH过高，则碱式碳酸锌的产率偏小。

写出其反应的离子方程式（任写一个即可）：

_______________________________________________________________________________。

【解析】

（1）在空气中“灼烧”，空气中有O2，故C2O

可被空气中的O2氧化，产物只能为CO2。

（2）由工艺流程图可知反应物为Mn2＋、（NH4）2S2O8，生成物为MnO（OH）2、（NH4）2SO4故反应的离子方程式为Mn2＋＋S2O

―→MnO（OH）2＋2SO

，由环境知滤液呈酸性，故应在右侧补H＋，左侧补水，Mn2＋＋S2O

＋3H2O===MnO（OH）2＋2SO

＋4H＋。

【答案】

（1）2Sc2（C2O4）3＋3O2

2Sc2O3＋12CO2

（2）Mn2＋＋S2O

＋3H2O===MnO（OH）2↓＋2SO

＋4H＋　Zn（OH）2＋2OH－===ZnO

＋2H2O

【方法技巧】信息氧化还原反应方程式书写思维流程

析题干信息与流程图确定反应物、生成物

（1）由流程图知氧化剂为NaClO3，由CoCl2·6H2O知Co2＋未被氧化，还原剂为Fe2＋。

由化合价知识可知还原产物为Cl－，氧化产物为Fe3＋。

（2）由流程图可知氧化剂H2O2―→H2O，由题干信息知还原剂为[AsCl5]2－―→As2O5（胶体）。

析化合价，确定氧化剂还原剂得失电子数

C

O

―→C

－得6e－

F

2＋―→F

3＋失e－

H2

2―→H2

得2e－

[A

Cl5]2－―→A

2O5失2e－

据守恒律确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的计量系数

6Fe2＋＋ClO

——6Fe3＋＋Cl－

2H2O2＋2[AsCl5]2－——As2O5（胶体）＋10Cl－

据电荷守恒确定可能缺补物质

右边正电荷多，为使两边电荷总数相等，缺补方式可能为H＋、H2O或H2O、OH－

右边负电荷多，为使两边电荷总数相等，缺补方式可能为OH－、H2O或H2O、H＋

析介质或共存确定缺补物质

浸出液中含盐酸，故缺补物质为H＋、H2O

浸出液中含氨水，故缺补物质为NH3·H2O、NH

据元素守恒配平方程式

6Fe2＋＋ClO

＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O

2H2O2＋2[AsCl5]2－＋6NH3·H2O===As2O5（胶体）＋6NH

＋10Cl－＋5H2O

【变式探究】亚铁氰化钾的化学式为K4[Fe（CN）6]，一种用含NaCN废水合成该化合物的主要工艺流程如下：

（1）请依据工艺流程图中的信息，回答下列问题：

①在“除杂”步骤中弃渣的主要成分为________（填化学式）。

②在“反应器”中发生的主要反应的化学方程式为______________________________________

____________________________________________________________。

③相同温度下溶解度：

Na4[Fe（CN）6]________K4[Fe（CN）6]（填“＞”“＜”或“＝”）。

（2）氰化钠（NaCN）是一种白色结晶颗粒，剧毒，易溶于水，水溶液呈碱性，易水解生成氰化氢。

NaCN的电子式为________；实验室用NaCN固体配制NaCN溶液时，应先将其溶于氢氧化钠溶液中，再用蒸馏水稀释。

NaCN用双氧水处理后，产生一种酸式盐和一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，该反应的离子方程式是_________________________________________________________________________。

（3）K4[Fe（CN）6]与KMnO4溶液反应，其方程式为K4[Fe（CN）6]＋KMnO4＋H2SO4―→KHSO4＋Fe2（SO4）3＋MnSO4＋HNO3＋CO2↑＋H2O（未配平），若1molK4[Fe（CN）6]被高锰酸钾氧化时，消耗KMnO4的物质的量为________mol。

【解析】由流程图可知，在反应器中发生反应6NaCN＋FeSO4＋CaCl2===CaSO4↓＋Na4[Fe（CN）6]＋2NaCl，过滤后除去硫酸钙，向滤液中加入碳酸钠溶液，把溶液中的钙离子转化为碳酸钙除去，再向滤液中加入氯化钾溶液与Na4[Fe（CN）6]发生复分解反应生成溶解度更小的K4[Fe（CN）6]，过滤、洗涤、干燥得到K4[Fe（CN）6]。

（1）①在“除杂”步骤中弃渣的主要成分为CaCO3。

②在“反应器”中发生的主要反应的化学方程式为6NaCN＋FeSO4＋CaCl2===CaSO4↓＋Na4[Fe（CN）6]＋2NaCl；③相同温度下溶解度：

Na4[Fe（CN）6]＞K4[Fe（CN）6]。

（2）NaCN的电子式为Na＋[∶C⋮⋮N∶]－；NaCN用双氧水处理后，产生一种酸式盐和一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，则该酸式盐为NaHCO3，该气体为NH3，该反应的离子方程式是CN－＋H2O2＋H2O===HCO

＋NH3↑。

（3）K4[Fe（CN）6]与高锰酸钾溶液反应，其方程式为K4[Fe（CN）6]＋KMn