《4.1氧化還原反應(yīng)》知識清單

《4.1氧化還原反應(yīng)》知識清單一、氧化還原反應(yīng)的基本概念（一）氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)1、**氧化反應(yīng)**-簡單來說，氧化反應(yīng)就是物質(zhì)得到氧的反應(yīng)。比如說，我們生活中常見的鐵生銹，鐵（Fe）在空氣中和氧氣（O?）發(fā)生反應(yīng)，鐵得到了氧變成了鐵銹（主要成分是Fe?O?），這就是一個氧化反應(yīng)。就像我有個朋友，他有一輛很新的自行車，有一段時間放在院子里沒管，結(jié)果過了幾個月，車的一些部件就生銹了。這個過程就是鐵發(fā)生了氧化反應(yīng)，鐵變成了鐵銹，車子也變得不好看了，還影響使用。-在化學(xué)方程式中，例如：2Cu+O?=2CuO，銅（Cu）得到氧變成了氧化銅（CuO），這就是銅發(fā)生了氧化反應(yīng)。2、**還原反應(yīng)**-還原反應(yīng)呢，是物質(zhì)失去氧的反應(yīng)。比如在實(shí)驗(yàn)室里，我們用氫氣（H?）還原氧化銅（CuO）的實(shí)驗(yàn)。氧化銅失去氧變成了銅，這個過程就是還原反應(yīng)。我記得在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上，老師做這個實(shí)驗(yàn)的時候，我們看到黑色的氧化銅粉末在加熱并且通入氫氣之后，慢慢地變成了紅色的銅，特別神奇。反應(yīng)方程式是：CuO+H?=Cu+H?O。（二）氧化劑和還原劑1、**氧化劑**-氧化劑是在反應(yīng)中提供氧的物質(zhì)，它能使別的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。在前面提到的鐵生銹的例子中，氧氣就是氧化劑，因?yàn)樗o鐵提供了氧，讓鐵發(fā)生了氧化反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)里，氧化劑在反應(yīng)中本身是被還原的。像在反應(yīng)2Mg+O?=2MgO中，氧氣（O?）就是氧化劑，它把鎂（Mg）氧化成了氧化鎂（MgO），而氧氣自己被還原了。2、**還原劑**-還原劑是在反應(yīng)中得到氧的物質(zhì)，它能使別的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)。還說氫氣還原氧化銅這個實(shí)驗(yàn)，氫氣就是還原劑。因?yàn)闅錃鈴难趸~那里得到了氧，讓氧化銅發(fā)生了還原反應(yīng)。在反應(yīng)中，還原劑本身是被氧化的。就像我們?nèi)嗽谏钪杏袝r候也會扮演“還原劑”的角色，比如在一個團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目中，有些人可能會為了讓項(xiàng)目中的某個重要環(huán)節(jié)（類似于氧化劑的角色）能夠順利進(jìn)行，自己承擔(dān)更多的工作，犧牲自己的一些利益（就像被氧化了一樣）。（三）氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物1、**氧化產(chǎn)物**-氧化產(chǎn)物是在氧化反應(yīng)中得到氧之后生成的物質(zhì)。比如在2H?S+3O?=2SO?+2H?O這個反應(yīng)中，硫化氫（H?S）被氧化，生成的二氧化硫（SO?）就是氧化產(chǎn)物。這就好比我們把一個普通的東西（硫化氫）進(jìn)行了改造（被氧化），得到了一個新的東西（二氧化硫），這個新的東西就是氧化產(chǎn)物。2、**還原產(chǎn)物**-還原產(chǎn)物是在還原反應(yīng)中失去氧之后生成的物質(zhì)。在前面氫氣還原氧化銅的反應(yīng)中，氧化銅被還原，生成的銅就是還原產(chǎn)物。這就像我們把一個復(fù)雜的東西（氧化銅）簡化（被還原），得到了一個更單純的東西（銅），這個銅就是還原產(chǎn)物。二、氧化還原反應(yīng)的特征和實(shí)質(zhì)（一）氧化還原反應(yīng)的特征-化合價的升降1、**化合價的概念**-化合價就像是元素在化學(xué)世界里的“身價”。每個元素都有自己的化合價，它表示原子之間相互化合的數(shù)目。比如說，在氯化鈉（NaCl）中，鈉（Na）的化合價是+1價，氯（Cl）的化合價是-1價。這就好比在一個交易市場里，鈉愿意給出1個電子，氯愿意接受1個電子，這樣它們就達(dá)成了“交易”，形成了氯化鈉這個化合物。2、**化合價在氧化還原反應(yīng)中的變化**-在氧化還原反應(yīng)中，必然有元素的化合價發(fā)生變化。例如在反應(yīng)Fe+CuSO?=FeSO?+Cu中，鐵（Fe）的化合價從0價變成了+2價，銅（Cu）的化合價從+2價變成了0價。鐵的化合價升高了，說明鐵發(fā)生了氧化反應(yīng)；銅的化合價降低了，說明銅發(fā)生了還原反應(yīng)。這就像兩個人在交換東西，一個人給出去了一些價值（化合價升高，被氧化），另一個人得到了一些價值（化合價降低，被還原）。我曾經(jīng)觀察過一個類似的現(xiàn)象，在一個游戲里，玩家之間可以互相交換道具，有些道具在交換過程中價值會升高或者降低，就和元素在氧化還原反應(yīng)中的化合價變化有點(diǎn)相似。（二）氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)-電子的轉(zhuǎn)移1、**電子轉(zhuǎn)移的類型-電子的得失**-在一些氧化還原反應(yīng)中，元素之間發(fā)生電子的得失。就像前面提到的鈉和氯形成氯化鈉的例子，鈉原子最外層有1個電子，它很容易失去這個電子變成帶+1價的鈉離子（Na?）；氯原子最外層有7個電子，它很容易得到1個電子變成帶-1價的氯離子（Cl?）。這就像一個人把自己的東西（電子）給了另一個人，然后雙方的狀態(tài)（化合價）都發(fā)生了改變。在反應(yīng)2Na+Cl?=2NaCl中，鈉失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，氯得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。2、**電子轉(zhuǎn)移的類型-電子的偏移**-除了電子的得失，還有電子的偏移這種情況。在共價化合物中，比如氯化氫（HCl），氫原子和氯原子共用一對電子。但是氯原子吸引電子的能力比氫原子強(qiáng)，所以這對電子會偏向氯原子，使得氯原子略顯負(fù)電性，氫原子略顯正電性。這就像兩個人一起拉一個東西（電子對），但是其中一個人力氣大一點(diǎn)（吸引電子能力強(qiáng)），這個東西就會偏向他那邊。在這個過程中，雖然沒有電子的完全得失，但是也發(fā)生了電子的偏移，這也是氧化還原反應(yīng)的一種情況。三、氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類型的關(guān)系（一）化合反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)1、**部分化合反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)**-化合反應(yīng)是指兩種或兩種以上的物質(zhì)生成一種物質(zhì)的反應(yīng)。有些化合反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，比如2H?+O?=2H?O，這個反應(yīng)中氫和氧反應(yīng)生成水，氫的化合價從0價升高到+1價，氧的化合價從0價降低到-2價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應(yīng)。這就像幾個人合作（化合）去做一件事，在這個過程中大家的角色（化合價）發(fā)生了變化，有的變得更重要（化合價升高），有的變得不那么重要（化合價降低）。2、**部分化合反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)**-像CaO+H?O=Ca(OH)?這個反應(yīng)，反應(yīng)前后各元素的化合價都沒有變化，所以它不是氧化還原反應(yīng)。這就好比幾個人一起合作做一件事，但是大家在這個過程中的地位（化合價）都沒有改變。（二）分解反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)1、**部分分解反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)**-分解反應(yīng)是一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上物質(zhì)的反應(yīng)。例如2KClO?=2KCl+3O?↑，在這個反應(yīng)中，氯酸鉀（KClO?）分解成氯化鉀（KCl）和氧氣（O?），氯元素的化合價從+5價降低到-1價，氧元素的化合價從-2價升高到0價，有化合價的升降，是氧化還原反應(yīng)。這就像一個團(tuán)隊(duì)（氯酸鉀）解散了，里面的成員（元素）各自去做不同的事情，而且在這個過程中大家的身份（化合價）發(fā)生了變化。2、**部分分解反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)**-像CaCO?=CaO+CO?↑這個反應(yīng)，反應(yīng)前后各元素的化合價都沒有變化，所以不是氧化還原反應(yīng)。這就好比一個群體（碳酸鈣）分開成幾個小群體（氧化鈣和二氧化碳），但是每個小群體里面成員的地位（化合價）都沒有改變。（三）置換反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)1、**置換反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)**-置換反應(yīng)是一種單質(zhì)和一種化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)。例如Zn+H?SO?=ZnSO?+H?↑，鋅（Zn）的化合價從0價升高到+2價，氫（H）的化合價從+1價降低到0價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應(yīng)。這就像兩個人交換工作崗位（單質(zhì)和化合物中的元素交換位置），在這個交換過程中，大家的報酬（化合價）發(fā)生了變化。（四）復(fù)分解反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)1、**復(fù)分解反應(yīng)都不是氧化還原反應(yīng)**-復(fù)分解反應(yīng)是兩種化合物互相交換成分生成另外兩種化合物的反應(yīng)。例如HCl+NaOH=NaCl+H?O，反應(yīng)前后各元素的化合價都沒有變化，所以不是氧化還原反應(yīng)。這就像兩個人互相交換手中的東西（化合物中的離子），但是交換前后大家的價值（化合價）都沒有改變。四、氧化還原反應(yīng)方程式的配平（一）配平的原則1、**得失電子守恒**-氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得到的電子總數(shù)等于還原劑失去的電子總數(shù)。這就好比在一場交易中，總的收支要平衡。比如說在配平反應(yīng)Cu+HNO?→Cu(NO?)?+NO+H?O這個反應(yīng)時，銅從0價變成+2價，失去2個電子；氮從+5價變成+2價，得到3個電子。為了讓得失電子守恒，我們要找到合適的系數(shù)，讓失去的電子數(shù)和得到的電子數(shù)相等。2、**質(zhì)量守恒**-反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目不變。這就像我們搭積木，不管怎么搭（反應(yīng)），積木的塊數(shù)（原子數(shù)目）和種類都不能變。在配平氧化還原反應(yīng)方程式時，要保證方程式兩邊各種原子的數(shù)目是一樣的。3、**電荷守恒（對于離子方程式）**-如果是離子方程式，反應(yīng)前后離子的電荷總數(shù)要相等。這就像在一個有電荷的環(huán)境里，進(jìn)來的電荷和出去的電荷要一樣多，不然就會不平衡。（二）配平的方法-化合價升降法1、**步驟一：標(biāo)價態(tài)**-先寫出反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，然后標(biāo)明各元素的化合價。比如在反應(yīng)KMnO?+HCl→KCl+MnCl?+Cl?+H?O中，我們先把反應(yīng)式寫出來，然后標(biāo)明高錳酸鉀（KMnO?）中錳（Mn）的化合價是+7價，鹽酸（HCl）中氯（Cl）的化合價是-1價，氯化鉀（KCl）中氯是-1價，氯化錳（MnCl?）中錳是+2價，氯氣（Cl?）中氯是0價。2、**步驟二：找變化**-找出化合價發(fā)生變化的元素，計(jì)算出化合價升高和降低的數(shù)值。在這個反應(yīng)中，錳元素的化合價從+7價降低到+2價，降低了5；氯元素的化合價從-1價升高到0價，升高了1。但是生成1個氯氣分子需要2個氯原子，所以氯元素化合價升高總數(shù)是2。3、**步驟三：求最小公倍數(shù)**-根據(jù)化合價升高和降低的數(shù)值，求出它們的最小公倍數(shù)。在這里，5和2的最小公倍數(shù)是10。4、**步驟四：配系數(shù)**-根據(jù)最小公倍數(shù)，確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的系數(shù)。為了讓錳元素化合價降低總數(shù)是10，高錳酸鉀的系數(shù)是2；為了讓氯元素化合價升高總數(shù)是10，氯氣的系數(shù)是5。然后再根據(jù)質(zhì)量守恒定律，配平其他物質(zhì)的系數(shù)，得到2KMnO?+16HCl=2KCl+2MnCl?+5Cl?+8H?O。五、典型問題1、如何判斷一個反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)？-答案：看反應(yīng)中是否有元素化合價的升降。如果有元素的化合價發(fā)生了變化，那么這個反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng)；如果反應(yīng)前后各元素的化合價都沒有變化，就不是氧化還原反應(yīng)。例如，反應(yīng)CaO+H?O=Ca(OH)?，反應(yīng)前后鈣（Ca）、氫（H）、氧（O）的化合價都沒有變化，所以這個反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)；而反應(yīng)2Na+Cl?=2NaCl中，鈉（Na）的化合價從0價變?yōu)?1價，氯（Cl）的化合價從0價變?yōu)?1價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應(yīng)。2、在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比如何確定？-答案：首先要確定氧化劑和還原劑在反應(yīng)中的化合價變化情況，然后根據(jù)得失電子守恒來確定它們的物質(zhì)的量之比。例如在反應(yīng)3Cu+8HNO?=3Cu(NO?)?+2NO+4H?O中，銅（Cu）是還原劑，硝酸（HNO?）部分作氧化劑。銅從0價變?yōu)?2價，1個銅原子失去2個電子；硝酸中的氮從+5價變?yōu)?2價，1個氮原子得到3個電子。根據(jù)得失電子守恒，3個銅原子失去6個電子，2個氮原子得到6個電子，所以氧化劑（硝酸中作氧化劑的部分）和還原劑（銅）的物質(zhì)的量之比為2:3。3、氧化還原反應(yīng)方程式配平有哪些易錯點(diǎn)？-答案：-一是化合價標(biāo)錯。比如在一些復(fù)雜化合物中元素化合價的判斷錯誤。例如在Fe?O?中，鐵元素的化合價既有+2價又有+3價，如果錯誤地認(rèn)為鐵元素只有一種化合價，就會導(dǎo)致配平錯誤。-二是在計(jì)算化合價升降總數(shù)時計(jì)算錯誤。比如在反應(yīng)中涉及多個原子化合價變化時，沒有準(zhǔn)確計(jì)算總的化合價升降數(shù)值。像在反應(yīng)2KClO?=2KCl+3O?↑中，如果只考慮氯酸鉀（KClO?）中氯元素的化合價變化，而忘記氧元素化合價的變化，就會導(dǎo)致配平出現(xiàn)問題。-三是在根據(jù)最小公倍數(shù)確定系數(shù)后，沒有正確運(yùn)用質(zhì)量守恒定律來配平其他物質(zhì)的系數(shù)。例如在配平一些有多種產(chǎn)物或反應(yīng)物的反應(yīng)時，只關(guān)注了化合價變化的物質(zhì)，而忽略了其他物質(zhì)系數(shù)的調(diào)整。氧化還原反應(yīng)習(xí)題一、基礎(chǔ)題1、下列反應(yīng)中，屬于氧化還原反應(yīng)的是（）-A.CaCO?+2HCl=CaCl?+H?O+CO?↑-B.CaO+H?O=Ca(OH)?-C.2KMnO?=K?MnO?+MnO?+O?↑-D.Cu(OH)?=CuO+H?O-答案：C。在反應(yīng)2KMnO?=K?MnO?+MnO?+O?↑中，錳元素的化合價從+7價變?yōu)?6價和+4價，氧元素的化合價從-2價變?yōu)?價，有化合價的升降，所以是氧化還原反應(yīng)；而A、B、D選項(xiàng)中的反應(yīng)，反應(yīng)前后各元素的化合價都沒有變化，不是氧化還原反應(yīng)。2、在反應(yīng)2FeCl?+Cu=2FeCl?+CuCl?中，氧化劑是（），還原劑是（），氧化產(chǎn)物是（），還原產(chǎn)物是（）。-答案：氧化劑是FeCl?，因?yàn)殍F元素的化合價從+3價降低到+2價；還原劑是Cu，因?yàn)殂~元素的化合價從0價升高到+2價；氧化產(chǎn)物是CuCl?，因?yàn)殂~被氧化得到它；還原產(chǎn)物是FeCl?，因?yàn)殍F被還