高中化學(xué)必修1：2.3.3 氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用

高中化學(xué)必修課程PAGEPAGE1第3課時(shí)氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.以H2O2為例，學(xué)會(huì)根據(jù)元素化合價(jià)預(yù)測(cè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的氧化性或還原性，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新的能力。2.了解氧化還原反應(yīng)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法，強(qiáng)化化學(xué)核心素養(yǎng)的“變化觀念”的意識(shí)。一、在研究物質(zhì)性質(zhì)中的應(yīng)用1.H2O2性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究性質(zhì)預(yù)測(cè)氧元素化合價(jià)為－1價(jià)，可升高到0價(jià)，具有還原性氧元素化合價(jià)由－1價(jià)可降低到－2價(jià)，具有氧化性選擇試劑酸性高錳酸鉀溶液KI溶液、淀粉溶液實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象酸性高錳酸鉀溶液紫色褪去，產(chǎn)生無(wú)色無(wú)味氣體，該氣體能使帶火星的木條復(fù)燃淀粉-KI溶液變藍(lán)色實(shí)驗(yàn)結(jié)論H2O2表現(xiàn)還原性，被氧化為氧氣H2O2表現(xiàn)氧化性，被還原為H2O2.H2O2的性質(zhì)(1)在H2O2和KI反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，淀粉是什么作用？在這個(gè)反應(yīng)中，能說(shuō)明H2O2的氧化性強(qiáng)于單質(zhì)碘的氧化性嗎？提示在這個(gè)反應(yīng)中，淀粉做指示劑，遇I2變藍(lán)色，可以指示I2生成。反應(yīng)中H2O2將I－氧化生成I2，說(shuō)明H2O2得電子能力大于I2的得電子能力。(2)H2O2在MnO2作用下分解生成O2和H2O，從電子轉(zhuǎn)移的角度分析，H2O2在反應(yīng)中表現(xiàn)了什么性質(zhì)？提示在反應(yīng)中，H2O2中氧元素化合價(jià)既升高，同時(shí)又降低，故H2O2表現(xiàn)氧化性和還原性。(3)H2O2常用于殺菌消毒，說(shuō)明H2O2具有怎樣的性質(zhì)？提示H2O2具有強(qiáng)氧化性，可殺死細(xì)菌病毒。(1)預(yù)測(cè)物質(zhì)可能有氧化性或還原性，可以根據(jù)物質(zhì)所含元素價(jià)態(tài)來(lái)判斷，如價(jià)態(tài)有升高趨勢(shì)，則可能有還原性，若有降低趨勢(shì)，則可能有氧化性。(2)要證明物質(zhì)有氧化性，則應(yīng)選擇還原劑，驗(yàn)證兩者能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)，相反，若證明物質(zhì)有還原性，則應(yīng)選擇氧化劑，看兩者能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)。二、在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用1.利用氧化還原反應(yīng)冶煉金屬(1)金屬冶煉的本質(zhì)：金屬陽(yáng)離子得電子被還原生成金屬單質(zhì)，Mn＋＋ne－=M。(2)金屬冶煉的方法①電解法：常用于冶煉K、Ca、Na、Mg、Al等活潑金屬，如2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電))4Al＋3O2↑；②熱還原法：常用于冶煉Zn、Fe、Cu等金屬，如Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2；③熱分解法：常用于冶煉Hg、Ag等金屬，如2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；④濕法煉銅：CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4。2.實(shí)驗(yàn)室制氯氣(1)反應(yīng)原理①化學(xué)方程式MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。②該反應(yīng)中的氧化劑是MnO2。濃鹽酸的作用是做還原劑，并起酸的作用。(2)儀器裝置①氣體發(fā)生裝置類型：固＋液eq\o(→,\s\up7(△))氣②發(fā)生裝置所用儀器的名稱為分液漏斗、圓底燒瓶。③裝置C的作用是除去Cl2中少量的HCl氣體。④裝置D的作用是干燥氯氣(或除去氯氣中的水蒸氣)。(3)收集方法①向上排空氣法(氯氣密度大于空氣)。②排飽和食鹽水法(氯氣在飽和氯化鈉溶液中的溶解度很小，用此法可除去實(shí)驗(yàn)中揮發(fā)產(chǎn)生的氯化氫氣體)。(4)驗(yàn)滿方法①將濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙靠近盛氯氣的瓶口，觀察到試紙立即變藍(lán)，則證明已集滿。②將濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙靠近盛氯氣的瓶口，觀察到試紙立即發(fā)生先變紅后褪色的變化，則證明已集滿。(5)尾氣處理①儀器裝置圖中燒杯F中盛放的液體是NaOH溶液。②該液體的作用是吸收過(guò)量的氯氣，防止污染環(huán)境。反應(yīng)的方程式為：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，該反應(yīng)中氯氣表現(xiàn)的性質(zhì)是既有氧化性又有還原性。(1)一定量的濃鹽酸與足量的二氧化錳反應(yīng)，鹽酸是否能完全參與反應(yīng)？為什么？提示不能，因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，濃鹽酸逐漸變?yōu)橄←}酸，不再與二氧化錳反應(yīng)。(2)實(shí)驗(yàn)室制取氯氣時(shí)，需要加熱，加熱溫度是否越高越好？提示不是。為了減少制得的Cl2中HCl的含量，所以加熱溫度不宜過(guò)高，以減少HCl的揮發(fā)。(3)已知高錳酸鉀和濃鹽酸在常溫下可以反應(yīng)制取Cl2，試寫(xiě)出化學(xué)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移。提示(1)實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的反應(yīng)原理是選用氧化劑(如MnO2、KMnO4等)將鹽酸中的部分氯離子氧化而得到氯氣。(2)制取的氯氣有毒，且在加熱時(shí)容易逸出，所以應(yīng)選用分液漏斗，而不用長(zhǎng)頸漏斗。(3)尾氣處理時(shí)，不能用澄清石灰水吸收氯氣，因?yàn)槌吻迨宜蠧a(OH)2含量少，吸收不完全。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先使反應(yīng)停止并排出裝置中殘留的氯氣，再拆卸裝置，避免污染空氣。3.利用氧化還原反應(yīng)獲取能量1.下列生產(chǎn)和生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象沒(méi)有發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)是()A.食品腐敗 B.鋼鐵生銹C.煤氣燃燒 D.食醋除去水垢[答案]D[解析]食醋除去水垢為復(fù)分解反應(yīng)。2.H2O2是一種“綠色氧化劑”，在下列反應(yīng)中，H2O2沒(méi)有表現(xiàn)氧化性的是()A.H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2OB.3H2O2＋2MnOeq\o\al(－,4)=2MnO2↓＋3O2↑＋2OH－＋2H2OC.3H2O2＋2NaCrO2＋2NaOH=2Na2CrO4＋4H2OD.H2O2＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O[答案]B[解析]A項(xiàng)，H2O2中的O由－1價(jià)降到－2價(jià)，表現(xiàn)氧化性；B項(xiàng)，H2O2中的O由－1價(jià)升到0價(jià)，表現(xiàn)還原性，Mn由＋7價(jià)降到＋4價(jià)，MnOeq\o\al(－,4)表現(xiàn)氧化性；C項(xiàng)，H2O2中的O由－1價(jià)降到－2價(jià)，表現(xiàn)氧化性，Cr由＋3價(jià)升到＋6價(jià)，NaCrO2表現(xiàn)還原性；D項(xiàng)，H2O2中的O由－1價(jià)降到－2價(jià)，表現(xiàn)氧化性，F(xiàn)e由＋2價(jià)升到＋3價(jià)，F(xiàn)e2＋表現(xiàn)還原性。3.Mg、Al、Fe、Cu四種金屬在生產(chǎn)生活中應(yīng)用非常廣泛，下列關(guān)于這些金屬的冶煉，說(shuō)法正確的是()A.用金屬鈉可以從CuSO4溶液中置換出CuB.工業(yè)上，可以通過(guò)電解熔融的氧化鋁生產(chǎn)單質(zhì)鋁C.利用H2的還原性，可用H2還原MgO來(lái)生產(chǎn)鎂D.高爐煉鐵的反應(yīng)中，發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)，同時(shí)也是置換反應(yīng)[答案]B[解析]Na的還原性非常強(qiáng)，在CuSO4溶液中，Na首先和水反應(yīng)，生成NaOH和H2，而不能和CuSO4反應(yīng)生成單質(zhì)Cu，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；Al的還原性很強(qiáng)，只能通過(guò)電解法制得，方程式為2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電))4Al＋3O2↑，故B項(xiàng)正確；H2的還原性弱于Mg，故H2不能將Mg還原出來(lái)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；高爐煉鐵發(fā)生的反應(yīng)為Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，為氧化還原反應(yīng)，但不為置換反應(yīng)。4.(2019·北京八中烏蘭察布分校調(diào)研)鈦(Ti)被稱為鐵、鋁之后的第三金屬，以下是由TiO2制Ti的主要反應(yīng)：①TiO2＋2Cl2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))TiCl4＋2CO②TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(高溫))2MgCl2＋Ti下列說(shuō)法正確的是()A.反應(yīng)①是置換反應(yīng)B.反應(yīng)②是復(fù)分解反應(yīng)C.反應(yīng)①中TiO2被氧化D.反應(yīng)②中金屬鎂被氧化[答案]D[解析]①TiO2＋2Cl2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))TiCl4＋2CO和②TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(高溫))2MgCl2＋Ti都屬于氧化還原反應(yīng)，①中鈦元素和氧元素的化合價(jià)沒(méi)有發(fā)生變化，所以TiO2不可能被氧化。②中Mg的化合價(jià)升高，被氧化，D項(xiàng)正確。5.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制取Cl2的反應(yīng)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.還原劑是HCl，氧化劑是MnO2B.每生成1molCl2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2molC.每消耗1molMnO2，起還原作用的HCl為4molD.生成的Cl2中，除含有一些水蒸氣以外，還含有HCl雜質(zhì)[答案]C[解析]實(shí)驗(yàn)室用MnO2和濃鹽酸反應(yīng)制取Cl2：MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，每消耗1molMnO2，參加反應(yīng)的HCl為4mol，其中起還原作用的HCl為2mol。－→FeOeq\o\al(2－,4)＋Cl－＋H2O(未配平)，下列敘述正確的是()A.ClO－是還原劑B.1molFe(OH)3得到3mol電子C.反應(yīng)配平后，H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為4D.用高鐵酸鉀處理水時(shí)，用到了其強(qiáng)氧化性，且其還原產(chǎn)物在水中能產(chǎn)生具有強(qiáng)吸附能力的Fe(OH)3膠體[答案]D[解析]Cl元素化合價(jià)降低，則ClO－是氧化劑，故A錯(cuò)誤；Fe元素的化合價(jià)升高，則1molFe(OH)3失去3mol電子，故B錯(cuò)誤；由電子得失守恒、電荷守恒可配平方程式：2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋3Cl－＋5H2O，H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為5，故C錯(cuò)誤；用高鐵酸鉀處理水時(shí)，用到了其強(qiáng)氧化性可殺菌消毒，且其還原產(chǎn)物(Fe3＋)在溶液中可形成強(qiáng)吸附性的Fe(OH)3膠體，故可吸附水中懸浮雜質(zhì)，故D正確。7.H2O2是在醫(yī)療、化工方面應(yīng)用廣泛的化學(xué)試劑。(1)Na2O2、CaO2以及BaO2都可與酸反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)上述某種過(guò)氧化物與適量稀硫酸反應(yīng)，過(guò)濾后即可制得較純凈的H2O2溶液，則應(yīng)選擇的過(guò)氧化物是________。(2)實(shí)驗(yàn)室可用H2O2與次氯酸鈉反應(yīng)制氧氣，其中還原劑是________，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________________________________________________________________