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第3節(jié) 氧化劑和還原劑 【基礎知識梳理】 一、氧化還原反應 1．元素化合價在化學反應中的變化 （1）化合價：化合價是認識氧化還原的前提與基礎。 Ⅰ規(guī)則： ①在化合物中，正負化合價的代數(shù)和為零；②單質(zhì)中，元素的化合價為零。 Ⅱ本質(zhì)： a化合價的正與負：失去電子或共用電子對偏離呈正價；得到電子或共用電子對偏向呈負價。 b化合價的數(shù)值：化合價的數(shù)值等于得、失電子（或共用電子對）的數(shù)目。 c化合價的變動：元素在氧化還原反應中，得到電子，化合價降低；失去電子，化合價升高。 Ⅲ有關規(guī)律： a金屬元素一般沒有負化合價，除零價外，只顯正價，因為在反應中只能失去電子。 b非金屬元素（除氧、氟外）在反應中既可得到電子，亦可失去電子，故既可呈正價，也能顯負價。 c氧、氟的非金屬性很強，在反應中一般不失去電子，故一般沒有正化合價。 d顯最高化合價的元素，在反應中只能得電子而不能失電子，故發(fā)生氧化還原反應化合價只能降低。相反，顯最低化合價的元素，在反應中化合價只能升高。 （2）基本概念 ①氧化反應和還原反應：反應物所含元素化合價升高（或者說是物質(zhì)失去電子）的反應稱為氧化反應；反應物所含元素化合價降低（或者說是物質(zhì)得到電子）的反應稱為還原反應。 ②氧化還原反應：凡是反應過程中有元素化合價變化（或電子轉移）的化學反應叫做氧化還原反應。 說明：氧化反應和還原反應是一對對立的反應，而又統(tǒng)一存在于一個反應中，不能分割，所以人們把這兩種同時存在的一個化學反應叫做氧化還原反應。 【聯(lián)想·發(fā)散】 四種基本反應類型和氧化還原反應的關系 反應類型 氧化—還原反應 非氧化—還原反應 化合反應 2Na＋Cl2＝2NaCl（有單質(zhì)參加） CaO＋H2O＝Ca(OH)2（沒有單質(zhì)參加） 分解反應 2H2O2＝2H2O＋O2↑（有單質(zhì)生成） H2CO3＝H2O＋CO2↑（沒有單質(zhì)生成） 置換反應 Zn＋2HCl＝ZnCl2＋H2↑ 復分解反應 H2SO4＋Ba(OH)2＝BaSO4↓＋2H2O 2．氧化還原反應的實質(zhì) （1）研究表明，所有的氧化還原反應中都存在著電子的轉移，電子的轉移是氧化還原反應的實質(zhì)。 說明：“轉移”包含兩方面內(nèi)容：電子的得到、失去和電子的偏離、偏向。電子的偏離和偏向又統(tǒng)稱電子的偏移。 （2）認識氧化還原反應概念的三個階段： ①首先是從得到氧和失去氧的視角認識的。 ②接著是從元素的化合價升和降的視角去認識的。 ③最后是從元素原子電子的得到和失去的視角去認識的。 注意：第①種情況只適宜在初中階段使用，因為它解決問題的范圍太狹窄，只局限在有氧參與的反應。第②種情況沒有反映出氧化還原反應產(chǎn)生的本質(zhì)，只是氧化還原反應的一種表象，我們用來作為判斷一個化學反應是否是氧化還原反應的工具。第③種情況才是氧化還原反應的本質(zhì)。 二、 氧化劑和還原劑 1．基本概念 （3）氧化劑和還原劑：在氧化還原反應中，所含元素的化合價降低（或說得到電子）的反應物叫做氧化劑；而所含元素化合價升高（或說失去電子）的反應物，叫做還原劑。 （2）氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物：還原劑失去電子被氧化所得的產(chǎn)物叫氧化產(chǎn)物；氧化劑得到電子被還原所得的產(chǎn)物叫還原產(chǎn)物。 【領悟·整合】 氧化還原反應的有關概念是互相獨立，又互相依存的，其關系如下： 氧化劑（具有氧化性）——得電子——被還原——發(fā)生還原反應——還原產(chǎn)物； 還原劑（具有還原性）——失電子——被氧化——發(fā)生氧化反應——氧化產(chǎn)物。 2．常見的氧化劑和還原劑 常見的氧化劑： （1）非金屬單質(zhì)X2、O2、S等； （2）高價金屬陽離子Cu2+、Fe3+；高價或較高價含氧化合物H2SO4(濃)、MnO2、HClO、KMnO4、K2Cr2O7、HNO3、HClO3等。 常見的還原劑： （1）活潑或較活潑的金屬K、Na、Mg、Al、Zn、Fe等； （2）低價金屬陽離子Fe2+； （3）非金屬陰離子Cl－、Br－、I－、S2－等； （4）含較低價元素的化合物CO、SO2、H2SO3、Na2SO3、NH3等。 說明：在含有變價元素的化合物中，具有中間價態(tài)元素的物質(zhì)（單質(zhì)或化合物）既可做氧化劑，又可做還原劑。例如：Cl2、H2O2、Fe2+、SO2、H2SO3等既有氧化性有又還原性。 3．氧化還原反應中各個基本概念間的關系 【知識·鏈接】 氧化還原反應的表示方法 1．雙線橋法：表示的是同一元素在反應物轉化為生成物時電子轉移的結果，反映了化學反應的本質(zhì)及參加反應的各物質(zhì)間的氧化還原關系。 雙線橋法分析氧化還原反應的步驟：①標出有化合價變化的元素的化合價；②在反應物到生成物之間畫一個箭頭，箭頭出發(fā)和指向的是有化合價變化的同一元素；③分析化合價的變化，找出反應中得失電子的總數(shù)(有價態(tài)變化元素的一個原子轉移電子數(shù)×發(fā)生價態(tài)變化的原子個數(shù))；④將轉移電子數(shù)標在線上； 2．單線橋法：表示的是電子轉移的情況，反映了化學反應的本質(zhì)。 單線橋法分析氧化還原反應的步驟：①標出有化合價變化的元素的化合價；②用線橋將反應物中失電子的元素和得電子的元素連接起來，箭尾是失電子的元素，箭頭是得電子的元素。注意：橋線只在反應物中，不跨越“＝”與生成物相連。③在橋線上注明電子轉移的數(shù)目，注意：只寫數(shù)目，不標得失。 運用氧化性、還原性概括物質(zhì)的化學性質(zhì) 所謂氧化性是指氧化劑具有的一種能得到電子的能力，表現(xiàn)在反應中是化合價有降低趨勢的一種表現(xiàn)能力；還原性是指還原劑具有的一種失去電子的能力，表現(xiàn)在反應中是化合價有升高趨勢的一種表現(xiàn)能力。我們運用氧化性、還原性概括物質(zhì)的化學性質(zhì)，下面舉例說明： 上一章學了氯氣和金屬鈉的化學性質(zhì)，氯氣跟金屬單質(zhì)（鈉、鐵、銅等）、非金屬單質(zhì)（氫氣等）的反應中都是得電子，化合價降低被還原，做氧化劑，因此氯氣具有強氧化性；但氯氣也有還原性，如氯氣跟水、堿溶液所發(fā)生歧化反應。其中有一部分氯即是表現(xiàn)了還原性。而鈉非金屬單質(zhì)（氯氣、氧氣等）、水的反應中都是失電子，化合價升高被氧化，做還原劑，因此鈉具有強還原性。 鹽酸是既有氧化性又有還原性的。如在鹽酸跟鎂、鋁、鋅等較活潑金屬發(fā)生的置換反應中，鹽酸表現(xiàn)了氧化性。在濃鹽酸跟二氧化錳反應制取氯氣時，鹽酸表現(xiàn)了還原性。由于鹽酸的氧化性實質(zhì)上是H+的氧化性，屬于酸的通性，即絕大多數(shù)酸所具有的共同性質(zhì)，因此不能把鹽酸稱為氧化性酸。但濃硫酸是強氧化性酸，其氧化性是指H2SO4分子中＋6價的硫元素表現(xiàn)的一種很強的得電子的能力。稀硫酸或硫酸鹽中的SO42－中的硫元素雖然也是＋6價，但沒有強氧化性。稀硫酸也有氧化性，是其中的H＋所表現(xiàn)的。濃硫酸分子中＋6價的硫元素得電子的能力遠強于其中的＋1價的氫。 金屬元素只能失電子，所以金屬單質(zhì)只有還原性；非金屬元素既能得電子表現(xiàn)負價，又能失（偏離）電子表現(xiàn)正價，所以非金屬單質(zhì)多數(shù)既有氧化性又有還原性。 三、 探究鐵及其化合物的氧化性和還原性 1、鐵元素的存在形態(tài)： 游離態(tài)：隕鐵 化合態(tài)：鐵元素主要以＋2價和＋3價的化合態(tài)存在。在地殼中的質(zhì)量分數(shù)為4.65％，處于第四位，僅次于氧、硅和鋁。 2、按不同標準給鐵及其化合物分類 （1）按單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽給上述物質(zhì)分類。 單質(zhì)：鐵；氧化物：FeO、Fe2O3、Fe3O4；堿： Fe(OH)2、Fe(OH)3；鹽：FeCl2、FeCl3、FeSO4、Fe2(SO4)3 （2）按鐵元素的化合價給上述物質(zhì)分類。 0價：Fe；+2價：FeO、FeCl2、FeSO4、Fe(OH)2；+3價：Fe2O3、FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(OH)3 3、鐵在氧化物——FeO、Fe2O3、Fe3O4性質(zhì)的比較 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 —— 鐵紅 磁性氧化鐵 色態(tài) 黑色粉末 紅棕色粉末 黑色晶體 水溶性 難溶 難溶 難溶 化合價 ＋2 ＋3 ＋2、＋3 與CO、H2反應 FeO＋CO Fe＋CO2 FeO＋H2Fe＋H2O Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 Fe2O3＋3H22Fe＋3H2O Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O 與稀硫酸反應 FeO＋H2SO4＝FeSO4＋H2O Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O Fe3O4＋4H2SO4＝Fe2(SO4)3＋FeSO4＋4H2O 4．鐵的氫氧化物——4Fe(OH)2和4Fe(OH)3性質(zhì)的比較 （1）氫氧化亞鐵： 制備：FeCl2＋2NaOH＝Fe(OH)2↓＋2NaCl 物理性質(zhì)：白色難溶的弱堿 化學性質(zhì)：①與強酸反應 ②還原性：易被氧化劑所氧化。如：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3 思考：實驗室在制備Fe(OH)2時，為防止被氧化，可以采取哪些措施？ 提示：實驗室制備氫氧化亞鐵時，因氫氧化亞鐵在空氣中極易與氧氣、水反應生成氫氧化鐵，更要注意隔絕空氣。其方法是：①亞鐵鹽需新制（用足量鐵與稀硫酸反應或還原氯化鐵溶液）；②將所用氫氧化鈉溶液煮沸以趕盡溶于其中的空氣（O2）；③使用長滴管吸入氫氧化鈉溶液后將滴管伸至氯化亞鐵溶液的液面以下，慢慢擠壓乳膠頭使氫氧化鈉與氯化亞鐵接觸。 （2）氫氧化鐵： 制備：FeCl3＋3NaOH＝Fe(OH)3↓＋3NaCl 物理性質(zhì)：紅褐色難溶固體 化學性質(zhì)：與強酸反應。Fe(OH)3＋ 3H2SO4＝ Fe2(SO4)3＋3H2O 5、探究鐵及其化合物的氧化性和還原性 預測：鐵元素顯0價時，只有還原性；顯+3價時，只有氧化性；顯+2價時，既有氧化性，又有還原性。 （1）Fe的還原性：與H+、Cu2+、Fe3+、Cl2等反應 Fe＋2H+ ＝ Fe2+＋H2↑、Fe＋Cu2+ ＝ Fe2+＋Cu、2Fe3+＋ Fe ＝3Fe2+、2Fe＋3Cl2 2FeCl3 （2）Fe3+的氧化性：與Fe、Cu、Zn反應 2Fe3+＋ Fe ＝3Fe2+、2Fe3+＋Cu ＝ 2Fe2+＋Cu2+、3Zn＋2Fe3+ ＝ 3Zn2+＋2Fe （3）Fe2+的氧化性： 與鋅反應 Zn＋Fe2+ ＝ Zn2+＋Fe （4）Fe2+的還原性：與氯水等反應 2Fe2+＋Cl2 ＝ 2Fe3+＝2Cl－ （5）鐵及其化合物的相互轉化示意圖 【聯(lián)想·發(fā)散】 Fe2+與Fe3+的鑒別 （1）直接觀察顏色：Fe2+的溶液呈淺綠色，F(xiàn)e3+的溶液呈棕黃色。 （2）利用顯色反應： Fe2+的溶液＋KSCN或NH4SCN溶液，溶液不呈紅色；Fe3+的溶液+KSCN或NH4SCN溶液，溶液呈血紅色。 有關離子方程式：Fe3+＋SCN－＝［Fe(SCN)］2+ （3）利用鐵化合物沉淀的顏色： Fe2+的溶液＋NaOH溶液，出現(xiàn)白色沉淀，迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色；Fe3+的溶液＋NaOH溶液，出現(xiàn)紅褐色沉淀。 有關反應式：Fe2+＋2OH－＝Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3； Fe3+＋3OH－＝Fe(OH)3↓ （4）利用Fe3+的氧化性： ①Fe2+的溶液＋Cu片，無明顯現(xiàn)象；Fe3+的溶液＋Cu片，銅被腐蝕，溶液變?yōu)樗{綠色。 有關離子方程式：2Fe3+＋Cu＝2Fe2+＝Cu2+ ②Fe2+的溶液＋淀粉KI試紙，試紙不變藍；Fe3+的溶液＋淀粉KI試紙，試紙變藍。 有關離子方程式：2Fe3+＋2I－＝2Fe2+＋I2 （5）利用Fe2+的還原性： ①Fe2+的溶液＋酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色褪去；Fe3+的溶液＋酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色不褪。 ②Fe2+的溶液＋氯水，溶液變?yōu)樽攸S色； Fe3+的溶液＋氯水，無明顯現(xiàn)象。 有關離子反應式：2Fe2+＋Cl2＝2Fe3+＋2Cl－ 注意：以上方法以KSCN溶液鑒別最常用。 層析法認識氧化還原反應與電子轉移之間的關系 （1）以反應2Na+Cl22NaCl為例分析： 在Na與Cl2反應前后，元素化合價的升降情況為： 化合價降低2×1 化合價升高1×2 2 Na ＋ Cl2 ＝ 2 NaCl 0 0 +1 -1 失去2×e－ 2 Na ＋ Cl2 ＝ 2 NaCl 0 0 +1 -1 得到2×e－ 元素原子之間得失電子情況為 由此可知，在由單質(zhì)Na和Cl2生成離子化合物NaCl的反應里，元素化合價的升降與元素原子之間的電子轉移之間有著密切關系.元素原子失去(或得到)電子，元素的化合價就升高(或下降)，并且元素原子失去(或得到)的電子數(shù)與元素化合價升高(或降低)的數(shù)相等.電子得失，屬于電子轉移. （2）以反應H2+Cl22HCl為例分析 化合價降低2×1 化合價升高2×1 H2 ＋ Cl2 ＝ 2 HCl 0 0 +1 -1 在H2與Cl2反應前后，元素化合價的升降情況為： 電子偏出2×e－ H2 ＋ Cl2 ＝ 2 HCl 0 0 +1 -1 電子偏入2×e－ 元素原子之間電子偏移情況為： 由上可知，在像由單質(zhì)H2和Cl2生成共價化合物HCl的反應里，元素化合價的升降與元素原子之間的共用電子對的偏移有著密切關系.共用電子對偏出（或偏入），元素的化合價就升高（或降低），并且元素原子偏出（或偏入）的電子數(shù)與元素化合價升高(或降低)的數(shù)相等.電子偏出偏入，也屬于電子轉移。 （3）綜上結論可知，元素化合價的升降既與氧化還原反應之間有著密切的關系，又與元素原子之間的電子轉移有密切關系.物質(zhì)失去電子的反應是氧化反應，物質(zhì)得到電子的反應是還原反應，凡是有電子轉移（得失或偏移）的反應都是氧化還原反應。 學習鐵及其化合物性質(zhì)的方法 （1）抓價態(tài)：從鐵元素三種價態(tài)的相互轉化（鐵三角關系）去認識鐵及其化合物間的氧化還原反應規(guī)律。 ①Fe2+和Fe3+的性質(zhì)：a．Fe2+既有氧化性，又有還原性，主要表現(xiàn)還原性；Fe3+具有較強的氧化性。b．Fe2+和Fe3+都是典型的弱堿陽離子，與OH－離子在溶液中可以發(fā)生反應。 ②亞鐵鹽的存放方法：加入少量鐵屑以防止Fe2+被氧化。 （2）想屬類：如鐵是一種比較活潑的過渡金屬，氧化亞鐵、氧化鐵為堿性氧化物，氫氧化亞鐵、氫氧化鐵為不溶性弱堿，氯化鐵為強酸弱堿鹽，由此去分析理解它們各自所具有的性質(zhì)。 （3）作比較：列表比較鐵的氧化物、鐵的氫氧化物和Fe2+與Fe3+的鑒別方法。 【專題放送】 氧化還原反應中的有關判斷 1．氧化還原反應中基本概念的判斷 氧化還原反應的實質(zhì)是電子的轉移，特征是反應前后元素的化合價發(fā)生了變化。我們判斷某反應是否為氧化還原反應可根據(jù)反應前后元素的化合價是否發(fā)生了變化這一特征。在氧化還原反應中，物質(zhì)所含元素化合價升高（意味著失電子或電子對偏離），就是發(fā)生了氧化反應（或被氧化），此物質(zhì)是還原劑，具有還原性。物質(zhì)所含元素化合價降低（意味著得電子或電子對偏向），就是發(fā)生了還原反應（或被還原），此物質(zhì)是氧化劑，具有氧化性?？筛爬椋? 升——失——氧——還；降——得——還——氧 2．氧化性、還原性強弱的判斷 （1）根據(jù)元素的化合價 物質(zhì)中元素具有最高價態(tài)，該元素只有氧化性；物質(zhì)中元素具有最低價態(tài)，該元素只有還原性；物質(zhì)中元素具有中間價態(tài)，該元素既有氧化性又有還原性。對于同一種元素，價態(tài)越高，其氧化性就越強；價態(tài)越低，其還原性就越強。 （2）根據(jù)氧化還原反應方程式 在同一氧化還原反應中，氧化性：氧化劑>氧化產(chǎn)物；還原性：還原劑>還原產(chǎn)物。 氧化劑的氧化性越強，則其對應的還原產(chǎn)物的還原性就越弱；還原劑的還原性越強，則其對應的氧化產(chǎn)物的氧化性就越弱。 （3）根據(jù)金屬活動性順序表 在金屬活動性順序表中，金屬的位置越靠前，其還原性就越強；金屬的位置越靠后，其陽離子的氧化性就越強。 （4）根據(jù)反應的難易程度 氧化還原反應越容易進行（表現(xiàn)為反應所需條件越低），則氧化劑的氧化性和還原劑的還原性就越強。 （5）其它條件 一般溶液的酸性越強或溫度越高，則氧化劑的氧化性和還原劑的還原性就越強，反之則越弱。 注意：① 氧化還原性的強弱只與該原子得失電子的難易程度有關，而與得失電子數(shù)目的多少無關。得電子能力越強，其氧化性就越強；失電子能力越強，其還原性就越強。 ② 同一元素相鄰價態(tài)間不發(fā)生氧