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第3课时 氧化还原反应的规律及其应用
第三节 氧化还原反应
化学
学习目标
1.通过分析氧化还原反应中的规律,培养证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想的核心素养。
2.通过对氧化还原反应中规律的学习,掌握定性分析与定量判断的方法,培养对比概括、归纳推理的能力。
3.通过对氧化还原反应中规律的总结和应用,培养科学的态度和探索精神,体会知识的应用价值。
重点、难点:
氧化还原反应的规律。
学习重难点
导入新课
金属钠、镁、铝与冷水反应存在差异,思考同为金属,为什么反应存在差异?在反应中体现了物质怎样的性质
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
金属的活动性不同。 金属作还原剂,体现还原性。
氧化剂的氧化性强于氧化产物的,还原剂的还原性强于还原产物的,氧化性或还原性强的优先反应。
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
氧化剂的氧化性强于氧化产物的,还原剂的还原性强于还原产物的,氧化性或还原性强的优先反应。
课堂探究
单质与其对应的简单离子的氧化性、还原性有什么联系
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
金属单质还原性越强,对应简单离子氧化性越弱,还原性越强。
非金属单质还原性越强,对应简单离子氧化性越强,还原性越弱。
课堂探究
一、氧化还原反应的强弱规律
在氧化还原反应中,氧化剂和还原剂的强弱规律可以用电极电势来描述。电极电势是衡量氧化还原反应能力的物理量,它的大小决定了电子转移的难易程度。一般情况下,电极电势越高,氧化剂的氧化能力越强,还原剂的还原能力越弱;电极电势越低,氧化剂的氧化能力越弱,还原剂的还原能力越强。
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
课堂探究
根据电极电势的大小,可以判断氧化还原反应的方向和程度。如果氧化剂的电极电势高于还原剂的电极电势,那么氧化剂就能够氧化还原剂,发生氧化还原反应;反之,如果氧化剂的电极电势低于还原剂的电极电势,那么氧化剂就不能够氧化还原剂,不会发生氧化还原反应。
氧化性:氧化剂>氧化产物;还原性:还原剂>还原产物
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
课堂探究
强弱规律
1.氧化性、还原性强弱比较
在同一氧化还原反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性强于还原产物的还原性。
氧化性:氧化剂>氧化产物>还原产物>还原剂;还原性:还原剂>还原产物>氧化产物>氧化剂。
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
课堂探究
2.根据方程式判断
与同一氧化剂反应时,还原剂越易失电子(反应条件越容易、剧烈程度越大),其还原性就越强,对应氧化产物的氧化性就越弱。
与同一还原剂反应时,氧化剂越易得电子(反应条件越容易、剧烈程度越大),其氧化性就越强,对应还原产物的还原性就越弱。
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
课堂探究
氧化还原反应的强弱规律应用
氧化还原反应强弱规律在工业生产、日常生活、科学实验等方面都有着广泛的应用。例如,在电镀工艺中,我们可以利用氧化还原反应的原理,在金属表面镀上一层具有特定性质的金属或合金,以提高其耐腐蚀性和美观度;在化学分析中,我们可以利用氧化还原反应进行物质的定性和定量分析等。
一、氧化还原反应中的强弱规律与应用
课堂探究
高价+低价→中间价。
不同价态的同种元素之间发生氧化还原反应,化合价有怎样的变化规律
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
思考浓硫酸能干燥SO2气体吗
浓硫酸可以干燥二氧化硫气体 。浓硫酸属于酸性干燥剂,可以干燥中性或酸性气体。二氧化硫是酸性气体,虽然有一定的还原性,但不能与浓硫酸反应,
价态规律的基本概念
价态规律是指在氧化还原反应中,元素相邻的价态之间溶液发生氧化或还原的反应。也就是说,元素在反应过程中能从较低价态升高到较高价态,或者从较高价态降低到较低价态,即化合价的邻位转化规律。例如,硫元素在反应中能从-2价升高到0价。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
价态规律的解释
价态规律的实质是电子的转移和共用。在氧化还原反应中,电子从较低价态的元素转移到较高价态的元素,从而实现元素的价态变化。由于电子带负电荷,因此在电子转移过程中,元素的价态会相应地发生变化。相邻价态之间容易发生氧化或还原的反应是因为它们之间的电子转移相对容易实现,而非相邻价态之间的转化需要更多的电子转移和能量变化,因此较难实现。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
价态规律
1.高低规律:元素处于最高价态时,只有氧化性;元素处于最低价态时,只有还原性;元素处于中间价态时,既有氧化性又有还原性。应用这一规律,我们可以判断元素或物质氧化性、还原性的有无。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
2.归中规律:含同种元素不同价态的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化遵循“高价+低价→中间价”的规律。这里的中间价可以相同,也可以不同,但一定是高价降低为中间价,低价升高成中间价,不会出现化合价升高和降低后的交叉现象。利用归中规律,我们可以判断同种元素不同价态物质间发生氧化还原反应的可能性,以及反应产物。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
3.歧化规律:同一种物质中的同一元素部分原子的化合价升高,另一部分原子的化合价降低,发生自身的氧化还原反应。其反应规律是“中间价→高价+低价”。具有多种价态的元素,如氯、硫、氮和磷等,均可发生歧化反应。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
价态规律应用实例
1.判断反应能否发生:根据价态规律,我们可以判断氧化还原反应能否发生。例如,浓硫酸与二氧化硫之间不发生氧化还原反应,因为浓硫酸中的硫元素已处于最高价态,只具有氧化性,而二氧化硫中的硫元素处于中间价态,虽然具有还原性,但由于浓硫酸的氧化性过强,二者之间无法发生氧化还原反应。
2. 确定反应产物:在氧化还原反应中,我们可以利用价态规律来确定反应产物。例如,在不同价态的硫之间发生的氧化还原反应中,一定遵循归中规律,反应产物中的硫元素一定处于中间价态。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
3.比较氧化性、还原性强弱:根据价态规律,我们还可以比较物质间氧化性和还原性的强弱。一般来说,同种元素不同价态的物质,价态越高氧化性越强(氯的含氧酸除外),价态越低还原性越强。例如,氧化性:浓硫酸>二氧化硫>硫;还原性:硫化氢>硫>二氧化硫。
4.理解化学反应过程
价态转化规律还可以用于理解复杂化学反应的机理和过程。在复杂的化学反应中,往往涉及多个电子转移和价态变化,通过分析元素的价态变化,可以更好地理解反应机理和过程。
二、氧化还原反应中的价态规律与应用
课堂探究
任何化学反应中宏观物质保持反应前后质量不变,从微观角度如何加以解释 基于对氧化还原反应的宏观特征与微观本质的了解,化合价的升降与电子转移之间又存在着怎样的定量关系
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
反应前后原子的种类和数目均不改变。
化合价的升高数=化合价的降低数=得电子数=失电子数=电子转移数。
质量守恒:在化学反应中,参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。这个定律是化学反应的基本定律之一,它表明化学反应前后物质的质量是不变的。
电子守恒定律:在氧化还原反应中,氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。这个守恒关系可以通过化合价的变化来体现,即化合价升高的总数等于化合价降低的总数。电子守恒是氧化还原反应计算的关键,也是配平氧化还原反应方程式的依据。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
电子守恒:在氧化还原反应中,氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。这个守恒关系可以通过化合价的变化来体现,即化合价升高的总数等于化合价降低的总数。电子守恒是氧化还原反应计算的关键,也是配平氧化还原反应方程式的依据。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
守恒定律的应用
1.氧化还原反应的计算:利用电子守恒定律,我们可以进行氧化还原反应的计算,如计算反应中转移的电子数、氧化剂或还原剂的物质的量等。
2. 配平化学方程式:守恒定律还可以帮助我们配平化学方程式,特别是氧化还原反应方程式。通过确定反应物和生成物中各元素的化合价变化以及反应中转移的电子数,我们可以平衡反应方程式中的各物质系数。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
3.判断反应能否进行:根据守恒定律和物质性质,我们可以判断化学反应能否进行。例如,在氧化还原反应中,如果氧化剂的氧化性强于还原剂的氧化性,那么反应就可以进行。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
在现实生活中的应用
金属冶炼:
1. 热还原法:这是利用还原剂(如C、CO、H2、活泼金属等)将金属从其氧化物中还原出来的方法。例如,用一氧化碳还原铁矿石制取铁,就是一个典型的氧化还原反应。在这个过程中,一氧化碳作为还原剂,失去电子被氧化成二氧化碳,而铁矿石中的铁元素则得到电子被还原成铁单质。
2. 电解法:对于一些活泼性较强的金属,如K、Ca、Na、Mg、Al等,通常采用电解熔融的金属化合物的方法来冶炼。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
新型化学电源材料
1.电池:电池是一种将化学能转化为电能的装置,其工作原理就是基于氧化还原反应。在电池中,通过化学反应使氧化和还原过程在不同的区域进行,电子通过导线从负极流向正极,从而产生电流。常见的干电池、锂电池等都是利用氧化还原反应来实现能量的转化和储存的。例如,在锂离子电池中,正极材料通常为氧化物,负极材料为石墨。通过锂离子在正极与负极之间的移动,实现电子的传递,从而实现电池的充放电过程。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
2. 燃料电池:燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置,其工作原理也是基于氧化还原反应。在燃料电池中,燃料(如氢气)在阳极发生氧化反应,氧化剂(如氧气)在阴极发生还原反应,电子的定向流动产生电流。燃料电池具有高效、环保等优点,被广泛应用于交通运输、航空航天等领域。
三、氧化还原反应中的守恒规律与应用
课堂探究
课堂练习
【练习1】
关于反应Na2S2O3+H2SO4 = Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,下列说法正确的是( )
A.H2SO4发生还原反应
B.Na2S2O3既是氧化剂又是还原剂
C.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1
D.1 mol Na2S2O3发生反应,转移4 mol电子
B
课堂练习
K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2(橙色)+H2O2Cr(黄色)+2H+。用K2Cr2O7溶液进行下列实验
结合实验,下列说法不正确的是( )
A.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄
B.②中Cr2被C2H5OH还原
C.对比②和④,可知K2Cr2O7酸性溶液的氧化性强
D.若向④中加入70%H2SO4溶液至过量,溶液变为橙色
D
【练习2】
课堂练习
某铁的氧化物(FexO)1.52 g溶于足量盐酸中,向所得溶液中通入标准状况下112 mL Cl2,恰好将Fe2+完全氧化。x值为( )
A.0.80
B.0.85
C.0.90
D.0.93
【练习3】
A
课堂练习
已知在碱性溶液中可发生如下反应:2R(OH)3+3ClO-+4OH-=2+3Cl-+5H2O。则中R的化合价是( )
A.+3
B.+4
C.+5
D.+6
【练习4】
D
课堂练习
完成以下氧化还原反应的离子方程式:
( )+( ) C2 + ===( )Mn2++( )CO2↑+ 。
【练习5】
2
5
16H+
2
10
8H2O
课堂练习
实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。
资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
(1)制备K2FeO4(夹持装置略)
【练习6】
课堂练习
①A为氯气发生装置。A中反应方程式是 :
(锰被还原为Mn2+)。
②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。
③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,
另外还有 。
【练习6】
2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O
课堂练习
【练习6】
(2)探究K2FeO4的性质
①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:
ⅰ.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有 离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由
产生(用方程式表示)。
Fe3+
4Fe+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O
方案Ⅰ 取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色
方案Ⅱ 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶解,得到紫色溶液b,取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生。
课堂练习
【练习6】
ⅱ.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是
②根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2 Fe(填“>”或“<”),而方案Ⅱ实验表明,Cl2和Fe的氧化性强弱关系相反,原因是
③资料表明,酸性溶液中的氧化性Fe>Mn,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性Fe>Mn。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。理由或方案:
>
能。紫色的Fe在酸性溶液中快速转化为Fe3+和O2,不能稳定存在,则溶液呈浅紫色,一定是Mn的颜色。
溶液的酸碱性不同
除去固体表面附着的氧化性离子ClO-等,防止其氧化Cl-,同时保持K2FeO4稳定存在
课堂小结
谢谢大家