新高一假期学习资料:氧化还原反应

在中学阶段的基本概念、基础理论知识中,《氧化还原反应》占有极其重要的地位,贯穿于中学化学教材的始终,是中学化学教学的重点和难点之一。在中学化学中要学习许多重要元素及其化合物的知识,凡涉及元素价态变化的反应都是氧化还原反应。只有让学生掌握氧化还原反应的基本概念,才能使他们理解这些反应的实质。把氧化还原反应理论安排在《卤素》这章里讲述,是由于这章介绍的氧化还原反应较多,客观上有从本质上认识氧化还原反应的需要,并能加深对卤素和其他元素化合物性质的理解。氧化还原反应像原子结构、元素周期律等内容一样,历来是进行辩证唯物主义教育的好教材。氧化和还原是一对典型的矛盾,它们既有斗争性,又有统一性,既是相反的,又是相互依存的,有氧化反应发生必然有还原反应发生,它们绝对不可能孤立存在而是统一在氧化还原反应中,化学中的对立统一现象到处可见。

【初三回顾】

1. 化合价:一种元素一定数目的原子跟其他元素一定数目的原子化合的性质,叫做这种元素的化合价。

(1)常见元素及原子团的化合价:

①化合价有正价和负价,化合物中正、负化合价代数和为零。单质中元素的化合价为零。

②共价化合物中,元素化合价数值=该元素一个原子与其它原子形成的共用电子对数,电子对偏向为负,偏离为正。如HCl、NH3H2O。

③离子化合物中,元素化合价数值=该元素一个原子得失电子数,得电子为负,失电子为正。如Na2O  MgO。

④在带电原子团中,正、负化合价代数和不为零,代数和为原子团的化合价。同一元素,在不同的原子团中,可显相同的化合价;如:CrO42—Cr2O72—;同一元素,在结构相同的原子团中,可显不同的化合价;如:KMnO4K2MnO4;同一元素,在同一物质中,可显不同的化合价。如:NH4NO3

(2)一些常见元素的化合价:

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2.基本反应类型:根据反应物和生成物的类别以及反应前后物质种类的多少,把化学反应分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应。

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3.氧化还原反应:一种物质失去氧,被还原,同时另一种物质得到氧,被氧化的反应,叫做氧化还原反应。

 

【新课学习】

1. 氧化还原反应

(1)定义:凡是有电子转移(得失或偏移)的反应都是氧化还原反应,没有电子转移的反应就是非氧化还原反应。

2)实质:有电子转移(得失或偏移)

3)特征:反应前后元素的化合价有变化。在氧化还原反应中,电子转移(得失或偏移)和化合价升降的关系如图所示,由于氧化还原反应与元素化合价的升降有密切相关,元素化合价的升降又是由元素原子得失电子(或共用电子对偏移)所决定的。凡是有元素化合价升降的化学反应就是氧化还原反应。判断的依据就是寻找整个反应过程是否有元素化合价在反应前后发生变化。

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(4)氧化还原反应与化合价的关系:最高价只有氧化性,如Fe3+HNO3分子中+5价的氮元素;最低价只有还原性,如Fe、S2-等;中间价既有氧化性又有还原性,如Fe2+ S、SO2 等。

(5)氧化还原反应与四种基本反应类型的关系:

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2. 氧化剂和还原剂

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(1)氧化剂和还原剂:得到电子(所含某元素化合价降低)的反应物是氧化剂;失去电子(所含某元素化合价升高)的反应物是还原剂。

①常常见的氧化剂:活波的非金属单质:O2Cl2Br2等;含高价金属阳离子的化合物CuCl2等;含某些较高化合价元素的化合物:浓H2SO4、HNO3、KMnO4、MnO2等。

②常见的还原剂:活波或较活波的金属:K、Cu、Na、Al、Mg、Zn等;较低价金属阳离子的化合物:FeCl2等;某些非金属单质:C、H2等;含有较低化合价元素的化合物:HCl、H2S、KI等。

③在含有可变化合价元素的化合物中,具有中间价态的物质既可以做氧化剂,又可以做还原剂,如Cl2S、SO2 H2SO3等。 

(2)氧化产物和还原产物:氧化产物是发生氧化反应的物质的生成物;还原产物是发生还原反应的物质的生成物。

(3)氧化反应和还原反应:失去电子(或元素化合价升高)的反应是氧化反应;得到电子(或元素化合价降低)的反应是还原反应。

(4)氧化性和还原性:物质得到电子的能力或性质是氧化性;物质失去电子的能力或性质是还原性。氧化剂和还原剂均是指反应物,是一种化学物质,而不是指某一种元素;氧化剂具有氧化性,氧化剂本身被还原,即发生还原反应,转化为还原产物;还原剂具有还原性,还原剂本身被氧化,即发生氧化反应,转化为氧化产物(图示如下):

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(5)电子转移的表示方法:

①双线桥法:双箭号从反应物指向生成物,箭号起止所指的均为同一种元素,线上标出得失电子的情况及价的升降、被氧化或被还原等内容。如

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②单桥线法:箭号由还原剂中失电子的元素指向氧化剂中得电子的元素,线上只标出转移电子的总数。如

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3. 氧化还原基本规律

(1)守恒规律:氧化还原反应中,氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等,常用于有关氧化还原反应的计算及配平氧化还原反应方程式。即还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数

(2)强弱规律:氧化还原反应若能进行,一般为较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应,生成弱还原性的还原产物和弱氧化性的氧化产物。

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(3)价态表现性质的规律:元素处于最高价,只有氧化性;元素处于最低价,只有还原性;元素处于中间价态,既有氧化性又有还原性,但主要呈现一种性质;物质若含有多种元素,其性质是这些元素性质的综合体现。简单表述为“高价氧化低价还,中间价态两头转”。

(4)转化规律:氧化还原反应中,以元素相邻价态间的转化最容易;同种元素不同价态之间的氧化反应,化合价的变化遵循“只靠拢,不交叉”(即价态归中);同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应。即是:歧化律——处于中间价态的元素同时升降;归中律——同种元素不同价态反应时,化合价向中间靠拢,且一般符合邻位转化和互不换位规律。

(5)反应先后的一般规律:在浓度相差不大的溶液中,同时含有几种还原剂时,若加入氧剂,则它首先与溶液中还原性最强的还原剂作用;同理,同时含有几种氧化剂时,若加入还原剂,则它首先与溶液中氧化性最强的氧化剂作用。


4. 氧化还原反应方程式的配平

(1)配平依据:化合价升降总数相等或电子转移总数相等。

(2)配平方法:化合价升降法或电子转移法。

(3)配平步骤:

①标价态:标出反应前后化合价有变化的元素的化合价。

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②列变化:列出反应前后化合价的改变情况。

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③求总数:根据化合价升降总数相等求最小公倍数。

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④配关键化学计量数。

2KMnO4+HCl=KCl+2MnCl2+5Cl2↑+H2O

⑤用观察法配平其他物质的化学计量数。

2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

⑥检查两边原子个数和电荷是否守恒。

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