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氧化还原反应的实质与特征

氧化还原反应的实质与特征,氧化剂与还原剂、氧化反应与还原反应、氧化产物与还原产物的判断。

氧化还原反应电子转移的表示方法、物质氧化性与还原性的强弱比较。

常见的氧化剂与还原剂;氧化还原反应方程式的配平、氧化还原反应的相关计算。

[知识回顾一]:

    1.氧化还原反应的判断依据是什么?

氧化还原反应的特征、实质是什么?

    判断某反应是否是氧化还原反应,看反应前后元素的化合价是否有变化。

    氧化还原反应的特征是:

反应前后元素的化合价发生变化,且元素升高的总价数与下降的总价数相等。

    氧化还原反应的实质是:

电子的转移(得失或偏移)。

 

    2.氧化剂具有氧化性、化合价降低、得电子、被还原、发生还原反应,生成的产物是还原产物。

    还原剂具有还原性、化合价升高、失电子、被氧化、发生氧化反应,生成的产物是氧化产物。

 

    3.四种基本类型反应与氧化还原反应的关系:

                               

 

    有机化学反应中,凡是得氧或去氢的反应称为氧化反应;凡是得氢或去氧的反应称为还原反应。

    4.怎样表示氧化还原反应电子转移?

    氧化还原反应中的电子转移的表示方法:

    ⑴双线桥法:

从反应前某变价元素指向反应后的该元素,该方法表示了反应前后元素化合价升降和电子转移的关系。

对于自身氧化还原反应用该方法方法表示较为明了。

    ⑵单线桥法:

从失电子的元素指向得电子的元素   :

[知识回顾二]:

    1.判断氧化性与还原性强弱的方法

    ⑴根据化学反应方程式

    氧化性:

氧化剂>氧化产物  还原性:

还原剂>还原产物

    ⑵根据元素的化合价

    一般价态越高其氧化性越强,价态越低其还原性越强,中间价态既有氧化性又有还原性。

如H2S中的硫有强还原性,浓H2SO4有强氧化性,而S和SO2既有氧化性又有还原性。

若某物质中既有高价元素又有低价元素,则其既有氧化性又有还原性。

如盐酸既有酸的氧化性,又可被KMnO4氧化为Cl2。

    ⑶据与同一物质反应被氧化或被还原的程度不同比较

    如Fe分别与S、Cl2共热生成FeS、FeCl3可知氧化性S

    由Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+  3Zn+2Fe3+=3Zn2++2Fe可知还原性Cu

    ⑷据反应的条件(如温度)、难易程度(或剧烈程度或放热的多少)比较

    如根据与Cu的反应条件和难易程度可知氧化性:

浓HNO3>稀HNO3浓H2SO4>稀H2SO4。

再如金属原子失电子时吸收的能量越少,形成的阴离子越稳定,该金属越易失电子,其还原性越强;非金属原子形成阴离子时,放出能量越多,其阴离子越稳定,则该金属原子越易得电子,其氧化性越强。

    ⑸与浓度、酸碱性等有关(对同一物质而言)

    一般浓度大的氧化性或还原性强,酸性条件下物质的氧化性或还原性强。

    ⑹由元素的金属性和非金属性比较(金属活泼性顺序、金属阳离子的活泼性顺序)

 

    在水溶液中通过实验可发现非金属离子的还原性:

S2—>I—>Br—>Cl—>O2—>F—

    非金属单质的氧化性:

F2>Cl2>O2>Br2>I2>S

    ⑺据元素周期表理论

    同周期元素从左向右,其单质的氧化性渐强而还原性渐弱(其阳离子氧化性渐强而阴离子还原性渐弱);同主族元素从上到下,其单质的氧化性渐弱而还原性渐强(其阳离子氧化性渐弱而阴离子还原性渐强)。

    ⑻电化学法

    在原电池中,负极物质的还原性强于正极的物质;在电解池中,先放电的阳离子的氧化性强,先放电的阴离子还原性强。

 

    2.常见的氧化剂:

    ⑴非金属单质:

F2、Cl2、Br2、I2、O2

    ⑵变价元素中高价态化合物:

KMnO4、K2Cr2O7、HNO3、KClO3、浓H2SO4

    ⑶其他:

H+、HClO及其盐、Na2O2、H2O2、银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液。

    常见的还原剂:

    ⑴活泼金属:

K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe等。

    ⑵某些非金属单质:

H2、C、S等。

    ⑶变价元素低价态的化合物:

 CO、NH3、H2S、SO2及亚硫酸盐、Fe2+盐、Fe(OH)2、Cl—、Br—、I—等。

 

    3.氧化还原方程式的配平:

    ⑴先找出价态变化的元素并标出其价态升降的数目。

    ⑵最小公倍数法使升降化合价相等。

    ⑶先配平价态变化元素,再据原子守恒配平价态未变的元素。

    对于氧化还原反应离子方程式的配平,在上述基础上,要据电荷守恒的方法配平;对于缺项(即未知物的判断),应据原子守恒来确定。

 

    4.氧化还原反应类的计算:

一般据电荷守恒法或变价元素升降价相等。

 

 1.同一元素不同价态的化合物发生氧化还原反应时,化合价不交叉不越位、至多只能相等。

同种元素,相邻价态间不发生氧化还原反应。

    2.整体法氧化还原反应方程式的配平:

氧化还原反应中若某物质中元素的化合价都发生变化,则把它当成一个整体来分析。

    如:

FeS2+O2-Fe2O3+SO2中反应物FeS2两元素的化合价都升高,则把它视为一个整体,Fe由+2升至+3、S由-1升为+4价,两个-1价的S共升高10价,FeS2共升高11价,而O2中的两个氧原子化合价均下降,共降4价,然后再据最小公倍数法配平为4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2。

    再如P+CuSO4+H2O—Cu3P+H3PO4+H2SO4中可把Cu3P视为整体。

 例1.制备氰氨基化钙的化学方程式为:

CaCO3+2HCN=CaCN2+CO+H2+CO2

在该反应中,下列说明正确的是( )

    A.氢元素被氧化,碳元素被还原      B.HCN既是氧化剂又是还原剂

    C.CaCN2是还原产物,H2是氧化产物  D.CO为氧化产物,H2为还原产物

[解析]

    

    HCN中H元素化合价降低,C元素化合价升高,故HCl既是氧化剂又是还原剂。

 

[答案]B

 

    例2.已知常温下,在溶液中可发生.如下两个反应:

Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+  Sn2++2Fe3+=Sn4++2Fe2+

由此可以确定:

Fe2+、Ce3+、Sn2+三种离子的还原性由强到弱的顺序为( )

    A.Sn2+、Fe2+、Ce3+             B.Sn2+、Ce3+、Fe2+

    C.Ce3+、Sn2+  、Fe2+             D.Fe2+、Sn2+、Ce3+

 

[解析]根据氧化剂的氧化性大于氧化产物,还原剂的还原性大于还原产物判断

[答案]A

 

    例3.已知硫酸锰(MnSO4)和过硫酸钾(K2S2O8)两种盐溶液在银离子催化下可发生氧化还原反应,生成高锰酸钾、硫酸钾和硫酸。

    ①请写出并配平上述的化学方程式                                  

    ②此反应的还原剂是          ,它的氧化产物是            

    ③此反应的离子方程式可表示为                                   

    ④若该反应所得的硫酸锰改为氧化锰,当它跟过量的过硫酸钾反应时,除了高锰酸钾、硫酸钾、硫酸生成外其它的生成物还有                   

 

[解析]

    先据电子守恒得2MnSO4~5K2S2O8,再根据质量守恒写出产物及系数;由于氧化能力为S2O82—

>MnO4—>Cl2 所以K将把Cl—氧化为Cl2

[答案]

    ①2MnSO4+5K2S2O8+8H2O 

 2KMnO4+4K2SO4+8H2SO4               

    ②MnSO4、KMnO4

    2Mn2++5S2O82—+8H2O 

2MnO4—+10SO42—+16H+

    ③Cl2(HClO、HClO3)

 

    例4.在氯氧化法处理的含CN—的产物过程中,液氯在碱性条件下,可以将氰化物氧化成氰酸盐(其毒性仅为氰化物的千分之一),氰酸盐进一步氧化成无毒物质

    ①某厂废水中含KCN,其浓度为650mg•L—1,现用氯氰氧化法处理,发生如下反应(其中N均为—3价)KCN+2KOH+Cl2=KOCN+2KCl+H2O被氧化的元素是           

    ②投入过量液氯,可将氰酸盐进一步氧化为氮气,请配平下列化学方程式

KOCN+  KOH+  Cl2––– CO2+  N2+  KCl+  H2O

    ③若处理上述废水20L使KCN完全氧化为无毒物质,至少需要液氯     g

 

[解析]

    ①分析价态,只有碳元素价态升高,故氧化的为碳元素,②照准变价元素,根据电子守恒配平③20L废水含KCN0.2mol,据2KCN––5Cl2求得氯气0.5mol,即35.5g

 

[答案]

    ①碳  ②2KOCN+4KOH+3Cl3=2CO2+N2+6KCl+2H2O  ③35.5

 1.下列反应右,不属于氧化还原反应原是

    A、3CuS+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+3S+4H2O

    B、3Cl2+6KOH=5KCl+KClO3+3H2O

    C、3H2O2+2HCrO2+2KOH=2K2CrO4+4H2O

    D、3CCl4+K2CrO4=2CrO2Cl2+3COCl2+2KCl

 

    2.对于反应XeF4+2CH3-CH=CH2→2CH3CH2CHF2+Xe,下列说法正确的是

    A.XeF4既是氧化剂又是还原剂             B.XeF4被氧化

    C.该反应是非氧化还原反应                D.CH3-CH=CH2是还原剂

 

    3.制备氰氨基化钙的化学方程式为:

CaCO3+2HCN=CaCN2+CO↑+H2↑+CO2↑,在反应中

    A.氢元素被氧化,碳元素被还原    

    B.HCN既是氧化剂又是还原剂

    C.CaCN2是氧化产物,H2是还原产物

    D.CO为氧化产物,H2为还原产物

 

    4.某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物。

当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2:

1时,还原产物是

    A.NO2   B.NO   C.N2O   D.N2

 

    5.在反应Zn+2HNO3+NH4NO3=N2↑+3H2O+Zn(NO3)2中,每溶解1molZn,电子转移了

    A.2mol  B.3mol  C.4mol  D.5mol

 

    6.在含有agHNO3的稀硝酸中,加入bg铁粉,反应生成NO,铁全部溶解。

已知反应中有1/4的HNO3被还原,则a:

b不可能是

    A.4:

1      B.3:

1     C.2:

1      D.9:

2

 

    7.在化合、分解、置换、复分解四类基本类型的反应中,可能生成水的反应有

    A.一类      B.二类      C.三类      D.四类

 

    8.配平下列氧化还原反应方程式

    ① KMnO4+ H2C2O4+ H2SO4— K2SO4+ MnSO4+ CO2+ H2O

    ② (NH4)2PtCl6— Pt+ NH4Cl+ HCl+ N2

    ③ Na2Sx+ NaClO+ NaOH—— Na2SO4+ NaCl+ H2O

    ④ H2O2+ Cr2(SO4)3+_________— K2SO4+ K2CrO4+ H2O

    ⑤ Cr(OH)4—+ OH—+ ClO—— CrO42—+ Cl—+ H2O

    ⑥ CrI3+ Cl2+_______— K2CrO4+KIO4+ KCl+H2O

    ⑦ An+ Bx——— Bm+ Ay—

 

    9.若不慎使用白磷粘在皮肤上,可涂上CuSO4溶液,所发生的化学反应为:

    P+ CuSO4+ H2O—— Cu3P+ H3PO4+ H2SO4,则1molCuSO4能氧化P的质量

    A.12.4g      B.68.2g     C.6.2g      D.10.23g

 

    10.将NO3—+Zn+OH—+H2O→NH3+Zn(OH)42—配平后,离子方程式中H2O的系数是

    A.2   B.4   C.6   D.8   

 

    11.R2O8n—离子在一定条件下能把Mn2+氧化为MnO4—,若反应后R2O8n—转化为RO42—。

又知反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为5:

2,有关叙述正确的是

    A.n值为2                B.n值为3  

    C.氧化剂与氧化产物的物质的量之比为2:

    D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:

5

 

    12.化合物BrFX与水按物质的量之比3:

5发生反应,其产物为溴酸、氢氟酸、单质溴和氧气。

    ⑴、BrFX中,x=_____。

    ⑵、该反应的化学方程式是:

___________________________。

    ⑶、此反应中的氧化剂和还原剂各是什么?

 

    13.KClO3和浓盐酸在一定温度下反应会生成绿黄色的易爆物二氧化氯。

其变化可表述为:

口KClO3+口HCl(浓)一口KCl+口ClO2↑+口Cl2↑+口

   

(1)请完成该化学方程式并配平(未知物化学式和系数填人框内)。

   

(2)浓盐酸在反应中显示出来的性质是_______(填写编号,多选倒扣)。

   ①只有还原性   ②还原性和酸性

   ③只有氧化性   ④氧化性和酸性

    (3)产生0.1molCl2,则转移的电子的物质的量为_____mol。

    (4)ClO2具有很强的氧化性,因此常被用作消毒剂,其消毒的效率(以单位质量得到的电子数表示)是Cl2的_______倍

 

    14.已知NaBiO3是黄色不溶于水的固体,Bi3+为无色离子。

将NaBiO3加入用稀硫酸酸化的硫酸锰溶液中,加热,得到紫色的混合溶液。

试完成此反应的离子方程式:

______________________。

 

    15.高锰酸钾和氢溴酸溶液可以发生如下反应:

KMnO4+HBr→Br2+MnBr2+KBr+H2O其中还原剂是_______。

若消耗0.1mol氧化剂,则被氧化的还原剂的物质的量是________mol。

    16.下列叙述中正确的是

    A、含最高价元素的化合物,一定具有强氧化性

    B、阳离子只有氧化性,阴离子只有还原性

    C、失电子越多,还原性越强

    D、金属阳离子被还原不一定得到金属单质

 

    17.某温度下,将Cl2通人NaOH溶液中,反应得到NaCl、NaClO、NaClO3的混合液,经测定ClO—与ClO3—的浓度之比为1:

3,则Cl2与NaOH溶液反应时被还原的氯元素与被氧化的氯元素的物质的量之比为

    A.21:

5   B.11:

3   C.3:

1   D.4:

1

 

    18.24ml浓度为0.05mol/L的Na2SO3溶液恰好与20ml浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应,则Cr元素在还原产物中的化合价是

    A.+6   B.+3   C.+2   D.0

答案

1.D

7.D

 

 

 

2.D

 

 

 

 

3.BC

 

 

 

 

4.C

 

 

 

 

5.D

 

 

 

 

6.C

 

 

 

 

8.

⑴.2 5 3 1 2 10 8

⑵.3 3 2 16 2                   

⑶.1 3x+1 2x-2 x 3x+1 x-1

⑷.3 1 10KOH 3 2 8            

⑸.2 2 3 2 3 5           

⑹.2 27 64KOH 2 6 54 32      

⑺.mx mny ny mnx。

9.C 

10.C 

11.AD 

12.

⑴3 ⑵3BrF3+5H2O=HBrO3+9HF+Br2+O2↑ ⑶BrF3 H2O和BrF3

13.

⑴2 4 2 2 1 2H2O ⑵② ⑶0.2 ⑷2.63 

14.5NaBiO3+14H++2Mn2+=5Na++5Bi3++7H2O+2MnO4— 

15.HBr 0.5 

16.D

17.D 

18.B

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