发现之旅
我们知道,根据反应中物质是否得到氧或失去氧,把化学反应分为氧化反应和还原反应。可是在学习一氧化碳的性质时,做过这样一个实验:一氧化碳还原氧化铜。
一氧化碳还原氧化铜
反应方程式:
在这个实验中:CuO 失去氧,是还原反应;而一氧化碳得到氧,是氧化反应。这样在同一个反应中同时出现了氧化反应和还原反应。那么这个反应究竟是什么反应呢?也许很多同学都有这样的疑问吧。
其实这类既有氧化反应,又有还原反应的反应有另外的一个名字—— 氧化还原反应。在今天的旅程中我们就来一起了解什么叫氧化还原反应。
深入思考
由以上描述中知道,氧化还原反应一定与氧的得失有关。下面首先以氢气还原氧化铜为例来介绍一下氧化还原反应与得失氧的关系:
氢气还原氧化铜
化学反应方程式为:
在这个反应中,H2 得到氧发生氧化反应,也就是说H2 被氧化;CuO 失去氧发生还原反应,也就是说CuO 被还原。
上述氧化和还原两个过程是在同一个反应中同时发生的。像这样一种物质被氧化,同时另一种物质被还原的反应叫做氧化还原反应。
另外在这个反应中,如果将参加反应的元素的化合价都标出来,就会发现:Cu元素的化合价从+2价降低到0价了,而H元素的化合价从0价升高到+1价了,O的化合价不变。结合上述说法可以得出这样的一个结论:元素化合价降低被还原,元素化合价升高则被氧化 。
那么,也就是说:有元素化合价升降的化学反应就是氧化还原反应。
用化合价升降的观点不仅能分析有得氧和失氧关系的反应,还能分析虽没有得氧和失氧关系,但元素化合价在反应前后有变化的反应。
我们知道,元素化合价的升降与电子得失或偏移有密切关系,那么氧化还原反应是否也与电子得失或偏移有着密切的关系呢?下面以氯化钠的形成为例来分析氧化还原反应与电子得失或偏移的关系。
氯化钠的形成
钠原子的最外电子层上有1个电子,氯原子的最外电子层上有7个电子。当钠与氯反应时,钠原子失去1个电子成为钠离子,氯原子得到1个电子成为氯离子。在这个反应中,发生了电子(用“e- ”表示)的转移。
钠元素由0价变为+1价,化合价升高,被氧化;而氯元素由0价变为-1价,化合价降低,被还原。也就是说失去电子,被氧化;得到电子被还原。所以可以的出这样的结论: 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。
氧化还原反应与得失电子和化合价升降之间的关系如下:
物质在发生氧化还原反应时存在五大规律:
一、表现性质的规律
同种元素具有多种价态时,一般处于最低价时只具有还原性,处于最高价时只具有氧化性,处于中间可变价时既具有氧化性又具有还原性。
二、性质强弱的规律
在“ ”中,氧化性强弱顺序是:氧化剂>氧化产物;还原性强弱顺序是:还原剂>还原产物。
三、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,若加入氧化剂,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。
四、价态归中的规律
含同种元素不同价态的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化一定遵循“高价 + 低价→中间价”的规律。这里的中间价可以相同(谓之“靠拢”),也可以不同,但此时必是高价转变成较高中间价,低价转变成较低中间价(谓之“不相错”)。
五、电子得失规律
在任何氧化还原反应中,氧化剂得电子(或共用电子对偏向)总数与还原剂失电子(或共用电子对偏离)总数一定相等。
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1.
下列叙述中,正确的是
( )
A. 含金属元素的离子不一定都是阳离子
B. 在氧化还原反应中,非金属单质一定是氧化剂
C. 某元素从化合态变为游离态,该元素一定被还原
D. 金属阳离子被还原不一定得到金属单质
答案: A、D
解析:含金属元素的离子乍一看好像都是阳离子,选项A是一个易被选出的重要干扰项。但是,如果能充分调用自己的知识,应能想到高锰酸根MnO4 - 是含金属元素的离子,显然是阴离子。由此可见,选项A的叙述是正确的,应予认定是本题的答案。
非金属单质的组成元素是零价,大多数的非金属元素在参加反应时可能形成正化合价也可能形成负化合价,因而在氧化还原反应中非金属单质就不一定都是氧化剂。所以,选项B的叙述不对,应排除。
一种化合价为正价的元素变为游离态该元素被还原;一种化合价为负价的元素变为游离态该元素被氧化。选项C未指明元素的价态就判定它一定被还原,这种叙述是错误的。
金属阳离子如果是具有可变化合价的元素离子,则被还原时,就不一定得到单质。例如,Fe3+ 可还原成Fe2+ ,可见选项D是本题的另一个答案。
2.
下列各说法中正确的是
( )
A .在氧化还原反应中,某元素由化合态变为单质,此元素可能被还原,也可能被氧化
B .在氧化还原反应中,可通过比较失去电子数的多少确定还原剂的强弱
C .在氧化还原反应中,非金属单质一定是氧化剂,金属单质一定是还原剂
D .化合物分解的产物有单质,则该分解反应必属于氧化还原反应
答案: A、D
解析:反应中失电子的反应物是还原剂,得电子的反应物是氧化剂。在金属化合物中,金属元素均呈正价,氧化还原反应中,金属单质作为反应物必得电子,一定是还原剂,而非金属单质如果变为负价,是氧化剂,如果变为正价,则是还原剂。例如, 的反应中, 化合价升高,失电子,是还原剂,而 化合价降低,得电子,是氧化剂。C不正确。氧化剂、还原剂的强弱,取决于在化学反应中得、失电子的难易,而与得失电子数多少无必然关系。B不正确。
3.
氢化钙可作为生氢剂,反应的化学方程式为:CaH2 + 2H2 O ==== Ca(OH)2 + 2H2 ↑ ,下列说法错误的是 ( )
A .CaH2 既是氧化剂,又是还原剂
B .H2 既是氧化产物,又是还原产物
C .CaH2 是还原剂, H2 O 是氧化剂
D .氧化产物与还原产物的质量比为 1 ∶ 1
答案: A
解析: ①分析确定化合价
②找出化合价变化元素H元素③分析元素化合价的升降关系,可知B、C选项正确④定量分析氧化产物和还原产物可知,H2 中的H一半来自CaH2 ,一半来自H2 O,因此D选项也正确。
4.
1962 年,英国化学家将PtF6 和Xe ( 氙 )适量混合后,首次制得稀有气体化合物六氟合铂酸氙: Xe + PtF6 → XePtF6 。有关此反应的叙述中正确的是( )
A .Xe 是氧化剂
B .PtF6 是氧化剂
C .PtF6 既是氧化剂,又是还原剂
D .该反应属于非氧化还原反应
答案: B
解析:本题考查将氧化还原反应有关概念应用于新情境的能力。题给信息提供了稀有气体生成化合物的反应实例,突破了稀有气体“惰性”、不能发生化学反应的传统认识,并要求分析该反应的特征与氧化还原关系。解决本题的突破口是根据化学式XePtF6 及化合价法则,确定出Xe的化合价为+2价(注:Pt在化合物中化合价为偶数)。
5.
单质X和Y 相互反应生成 X2+ 和Y2- ,现有下列叙述:
①X 被氧化 ②X 是氧化剂 ③X 具有氧化性 ④Y2- 是还原产物 ⑤Y2- 具有还原性⑥X2+ 具有氧化性 ⑦Y 的氧化性比X2+ 氧化性强,其中正确的是 ( )
A .①②③④ B .①④⑤⑥⑦ C .②③④ D .①③④⑤
答案: B
解析:由题述可知:X失电子被氧化,Y得电子被还原,①④正确,同时需注意,有些问事实上是等同的,如②和③,即②错③也错综合即得正确答案为B。
6.
以下关于化学反应 KClO3 +6HCl===KCl+3Cl2 +3H2 O 中,电子转移的方向和数目的叙述中,正确的是
( )
答案: B
解析:不同价态的同种元素间发生氧化还原反应,其结果是两种价态只能相互靠近或最多达到相同的价态,而决不会出现高价态变低,低价态变高的交叉现象。
由以上规律可知,该化学反应中,生成物KCl 中-1价的氯原子只能来自HCl。HCl 中被氧化成0价的氯原子只有5个,而 KClO3 中+5价的氯只被还原到0价。