第二章 元素與物質世界
第3節 氧化劑和還原劑
第1課時 氧化還原反應、氧化劑與還原劑
【學習目標】
1．了解氧化反應、還原反應的概念及實質。
2．理解氧化還原反應的基本概念間的關係。
3．了解氧化還原反應化合價升降和電子轉移的表示方法。
【知識清單】
一、氧化還原反應
1．化學反應與元素化合價的變化。
(1)化合價變化的分析。
(2)從化合價變化的角度認識氧化反應和還原反應。
(3)結論：氧化還原反應是反應過程中有元素化合價變化的化學反應。
氧化還原反應與化合反應、分解反應、置換反應和複分解反應有何關係？
答案：化合反應和分解反應不一定是氧化還原反應，置換反應一定是氧化還原反應，複分解反應一定不是氧化還原反應。
有單質參加或生成的反應一定是氧化還原反應嗎？
答案：不一定，因為同素異形體之間的轉化不屬於氧化還原反應，如2O3==3O2。
2．氧化還原反應的實質。
(1)從電子轉移的角度認識氧化還原反應。
氧化還原反應
失去電子的物質
得到電子的物質
電子轉移的方向
2Na＋Cl2點燃=====2NaCl
Na
Cl2
Na將電子轉移給Cl
Zn＋Cu2＋==Zn2＋＋Cu
Zn
Cu2＋
Zn將電子轉移給Cu2＋
結論：氧化還原反應的實質是電子得失(轉移)。
(2)氧化還原反應與化合價升降及電子轉移的關係。
①氧化反應：元素的原子失去電子，元素化合價升高的反應，物質被氧化。
②還原反應：元素的原子得到電子，元素化合價降低的反應，物質被還原。
③氧化還原反應中電子轉移的總數與化合價升高或降低的總數相等。
(3)電子轉移的表示方法。
3．氧化還原反應的應用。
氧化還原反應對人類的生產和生活有著十分重要的作用。例如：化石燃料的燃燒與利用、金屬材料的冶煉與防腐、食品的加工與保鮮、環境汙染的監測與治理等。
二、氧化劑、還原劑
1．氧化劑、還原劑。
2．氧化性和還原性。
(1)概念。
①氧化性：氧化劑中的某種元素得電子的能力。
②還原性：還原劑中的某種元素失電子的能力。
(2)與元素價態的關係。
元素處於最高價態時只有氧化性；元素處於最低價態時只有還原性；元素處於中間價態時既有氧化性又有還原性。
3．常見的氧化劑和還原劑。
(1)常見的氧化劑。
①活潑的非金屬單質，如Cl2、O2等。
②部分含有較高價態元素的含氧酸，如HNO3、濃硫酸等。
③某些含有較高價態元素的鹽，如KMnO4、KClO3、FeCl3等。
(2)常見的還原劑。
①活潑的金屬單質，如Mg、Fe、Zn等。
②某些非金屬單質，如C、H2等。
③含有較低價態元素的化合物，如CO、SO2、KI、Na2SO3、FeSO4等。
【對點訓練】
1．下列關於氧化還原反應的有關說法中正確的是( )
A．被氧化的物質是氧化劑B．置換反應不一定是氧化還原反應
C．反應中不一定所有元素的化合價都發生變化D．元素由化合態轉化為游離態時，該元素一定被還原
C
2．下列反應中，屬於氧化還原反應，且水只作氧化劑的是( )
A．SO2＋H2O===H2SO3B．Cl2＋H2O===HCl＋HClO
C．2H2O通電=====2H2↑＋O2↑D．3Fe＋4H2O高溫=====Fe3O4＋4H2
D 解析：A不屬於氧化還原反應；B中水既不作氧化劑，也不作還原劑；C中水既作氧化劑，也作還原劑；D水中氫元素化合價降低，作氧化劑。
3．在2Fe＋3Cl2點燃=====2FeCl3反應中，下列說法正確的是( )
A．Fe做還原劑、被還原，Cl2做氧化劑、被氧化B．FeCl3既是氧化產物，又是還原產物
C．1 mol Fe參加反應，電子轉移2NA個D．氧化劑和還原劑的物質的量之比為2∶3
B 解析：n(氧化劑)∶n(還原劑)＝3∶2
【課後練習】
1．下列有關氧化還原反應的敘述中正確的是( )
A．反應中當有一種元素被氧化時，一定有另一種元素被還原
B．反應中不一定所有元素的化合價都發生變化
C．某元素從游離態變為化合態，該元素一定被氧化
D．氧化還原反應中的反應物不是氧化劑，就一定是還原劑
B 解析：同種元素之間也可以發生氧化還原反應，A錯；陰離子被氧化――→游離態被還原――→陽離子，C錯；氧化還原反應中氧化劑和還原劑可以是同種物質，也可以是不同種物質，D錯。
2．氫化鈣可作為生氫劑，反應的化學方程式為CaH2＋2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑，下列說法錯誤的是( )
A．CaH2既是氧化劑，又是還原劑B．H2既是氧化產物，又是還原產物
C．CaH2是還原劑，H2O是氧化劑D．氧化產物與還原產物的質量比為1∶1
A 解析：CaH－12 ＋2H＋12 O===Ca(OH)2＋2H02 化合價升高，被氧化，生成氧化產物化合價降低，被還原，生成還原產物↑，由反應前後元素的化合價變化可知：CaH2是還原劑，H2O是氧化劑，H2既是氧化產物又是還原產物，且來源於CaH2和H2O中氫原子的物質的量相等，即氧化產物與還原產物之比為1∶1。
3．在Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O反應中，下列說法不正確的是( )
A．Cl2做氧化劑，NaOH做還原劑B．氧化性強弱：Cl2>NaClO
C．反應中每消耗1 mol Cl2，電子轉移NA個D．氧化劑和還原劑的質量相等
A 解析：Cl2＋2NaOH===Na－1Cl (得e－)＋NaCl＋1O (失e－)＋H2O，通過化合價變化知Cl2既做氧化劑，又做還原劑，NaCl為還原產物，NaClO為氧化產物。氧化性：Cl2>NaClO。反應中每消耗1 mol Cl2，電子轉移為1 mol，其中1 mol Cl原子做氧化劑，1 mol Cl原子做還原劑。
4．(雙選)在一定條件下，KClO3與I2發生下列反應：2KClO3＋I2===2KIO3＋Cl2↑，下列推斷正確的是( )
A．該反應屬於置換反應B．氧化性I2>KClO3
C．還原性KClO3>I2D．還原劑為I2，氧化劑為KClO3
AD 解析：該反應屬於置換反應，A正確。2KClO＋53 ＋ 0I2===2KIO＋53 ＋ 0Cl2，氧化劑 還原劑 氧化產物 還原產物
氧化性：KClO3>I2，KClO3>KIO3，還原性：I2>KClO3。I2>Cl2，
5．(雙選)下列變化中，需要加入氧化劑的是( )
A．SO2―→SO3 B．HCl―→H2 C．FeCl2―→FeCl3 D．Fe2O3―→Fe
AC 解析：反應需加入氧化劑，則物質轉化是還原劑氧化劑――→氧化產物。
6．已知氧化性：Br2>Fe3＋>I2，還原性：I－>Fe2＋>Br－，則下列反應不能發生的是( )
A．Br2＋2I－===2Br－＋I2B．Br2＋2Fe2＋===2Br－＋2Fe3＋
C．2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2D．2Fe3＋＋2Br－===2Fe2＋＋Br2
D 解析：在氧化還原反應中氧化劑的氧化性大於氧化產物的氧化性，D項不符合，不能發生。
7．化學反應按照不同的分類方法，可以分為化合反應、分解反應、置換反應、複分解反應，也可分為氧化還原反應和非氧化還原反應。有下列一組反應：
①CO2＋C高溫=====2CO②Cu2(OH)2CO3△=====2CuO＋H2O＋CO2↑③2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
④2CO＋O2點燃=====2CO2⑤3Fe＋4H2O(g)高溫=====Fe3O4＋4H2⑥CuO＋CO△=====Cu＋CO2
⑦4NH3＋3O2點燃=====2N2＋6H2O⑧2H2O通電=====2H2↑＋O2↑⑨2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
⑩CO2＋H2O===H2CO3
(1)其中屬於化合反應的有________，屬於置換反應的有________。
(2)在化學反應前後元素的化合價沒有變化的是________。
(3)上述反應中，既是分解反應，又是氧化還原反應的是________。
(4)上述反應中，既是溶液中的離子反應，又是氧化還原反應的是________。
(5)根據你的理解，氧化還原反應的實質是()
A．分子中的原子重新組合B．氧元素的得失
C．電子的得失或共用電子對的偏移D．化合價的改變
解析：化學反應所在的基本類型中，複分解反應不是氧化還原反應；置換反應一定是氧化還原反應；化合反應和分解反應若元素化合價有變化則是氧化還原反應，若無變化則不是氧化還原反應。離子反應是否屬於氧化還原反應也要根據元素的化合價在反應前後是否有變化來判斷。
答案：(1)①④⑩⑤⑦(2)②⑩(3)⑧(4)③⑨(5)C
8．實驗室裡迅速製備少量氯氣可利用如下反應：2KMnO4＋16HCl(濃)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，此反應不需加熱，常溫下就可以迅速進行，而且對鹽酸的濃度要求不高。
(1)該反應中，氧化劑是________，還原劑是______。
(2)當參加反應的氧化劑的物質的量是1 mol時，被氧化的還原劑的物質的量是________，產生的氯氣在標準狀況下的體積為________，電子轉移數目為________。
(3)氯化氫在該反應過程中表現出的化學性質有()
A．酸性 B．還原性 C．氧化性 D．揮發性
解析：2KMnO ＋16H－1Cl (濃)===2KCl＋2MnCl＋22 得2×5c－＋5Cl02 失10×c－↑＋8H2O，由元素化合價變化可知，KMnO4做氧化劑，HCl做還原劑，而且n(氧化劑)∶n(還原劑)＝2∶10＝1∶5。當n(KMnO4)＝1 mol時，生成n(Cl2)＝2.5 mol，在標準狀況下體積為V(Cl2)＝2.5 mol×22.4 L/mol＝56 L。轉移的電子數為5NA。由化學方程式可知，16 mol HCl參加反應，只有10 mol 做還原劑。所以，HCl在反應中既表現還原性，又表現酸性。
答案：(1)KMnO4HCl(2)5 mol56 L5NA(3)AB
【綜合提升】
9．當溶液中X2O72－與SO32－數目之比為1∶3時正好完全發生氧化還原反應，X在還原產物中的化合價為( )
A．＋1價 B．＋2價 C．＋3價 D．＋4價
C
10．現有中學化學中常見的幾種物質：
①O2②Mg③CO④WO3⑤W⑥CO2
請回答下列問題：
(1)①、②、③、④四種物質中常用作還原劑的有___________________________________________________________________(填序號)。
(2)請將③、④、⑤、⑥對應物質填入下列橫線上，以組成一個氧化還原反應方程式：
________＋________△=====________＋________。
(3)隨著人們環保意識的增強，許多汽車都已經裝上了如圖所示的尾氣處理裝置。在催化劑的作用下，尾氣中兩種主要的有毒氣體反應生成兩種無害氣體，兩種無害氣體均為空氣中的成分，寫出該反應的化學方程式：__________________________________________________________________________________________________。該反應中________是氧化劑。
解析：(1)金屬單質和低價氧化物通常做還原劑，故②和③做還原劑；(2)CO做還原劑，能將WO3還原為W單質；(3)汽車尾氣的主要成分是CO和NO，相互反應生成N2和CO2, NO中N元素化合價降低，NO做氧化劑。
答案：(1)②③(2)3COWO3W3CO2(3)2CO＋2NO催化劑=====N2＋2CO2NO