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第3節 氧化還原反應
第1課時 認識氧化還原反應
復習導入：初中階段我們學習過許多化學反應，根據反應物和生成物的類別以及反應前后物質的種類的多少，可以把化學反應分為四種基本反應類型。下列各組反應屬于四種基本反應類型中的哪一種？
SO3+H2O=H2SO4 化合反應
2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2（OH）2CO3 化合反應
CaCO3CaO+CO2↑ 分解反應
2KClO32KCl+3O2↑ 分解反應
Fe+H2SO4（稀）=FeSO4+H2↑ 置換反應
Fe2O3+3C2Fe+3CO↑ 置換反應
Ba（OH）2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O 復分解反應
AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3 復分解反應
討論：以下反應屬于何種基本反應類型？
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
歸納小結：經過分析，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2不屬于四種基本反應類型的任何一種，說明上述分類方法不能包括所有反應，因此，今天我們繼續學習氧化還原反應。
聯想質疑
在初中階段我們學習過一些關于銅及其化合物的化學反應：銅在加熱條件下可以與氧氣反應生成氧化銅，氫氣把氧化銅還原為銅，金屬鐵從CuSO4溶液中將銅置換出來，NaOH溶液與CuSO4溶液反應產生氫氧化銅沉淀。
在這些變化中，銅元素發生了哪些變化？前三個反應都與最后一個反應的特征有什么不同？前三個反應的本質是怎樣的？含有銅元素的物質在這些反應中各表現出什么性質？
思考與交流
請分析這個反應中各種元素的化合價在反應前后有無變化，討論氧化還原反應與元素化合價的升降有什么關系。
一、認識氧化還原反應
1．氧化還原反應的特征
（1）特征：反應過程中有元素化合價變化。
（2）定義：反應中有元素化合價變化的化學反應稱為氧化還原反應。
（3）從化合價升降的角度分析氧化反應、還原反應。
①氧化反應——反應物所含某種（或某些）元素化合價升高的反應。
②還原反應——反應物所含某種（或某些）元素化合價降低的反應。
【知識補充】化合價計算
1.熟記常見元素的化合價
鈉鉀氫銀正一價,鈣鎂鋅鋇正二價。
氟氯溴碘負一價,通常氧是負二價。
銅正一二鋁正三,鐵有正二和正三。
碳有正二和正四,硫有負二、正四和正六。
2.化合價的計算
（1）依據：化合物中各元素的正負化合價的代數和為零。
（2）步驟:先標出熟悉元素的化合價,再根據正負化合價的代數和為零的原則確定其他元素的化合價。
（3）有機化合物中元素化合價的確定:有機化合物中氧元素的化合價為 ,氫元素的化合價為 。利用元素化合價代數和為零的原則確定碳元素的化合價。如乙酸 中碳元素的化合價為0。
（4）如果是者離子團，則各元素化合價代數和等于離子團所帶的電荷數。
思考與交流
在氫氣與氧化銅發生的氧化還原反應中，哪種元素發生氧化反應，哪種元素發生還原反應？
小結
氧化反應和還原反應這兩個對立的過程相互依存，統一于一個氧化還原反應之中。
思考
在氧化還原反應中，元素化合價為什么會變化？
交流研討：
①金屬鈉可以在氯氣中劇烈地燃燒并生成氯化鈉。這個反應屬于氧化還原反應嗎？氯氣由氯分子構成，一個氯分子由兩個氯原子構成。金屬鈉由鈉原子構成。氯化鈉由Na+和Cl-構成。可見在反應過程中，鈉原子變成了Na+，氯原子變成了Cl-。鈉原子和氯原子是怎樣變化為Na+和Cl-并進而形成氯化鈉的呢？
②寫出鐵與CuSO4溶液反應的化學方程式，判斷該反應是否屬于氧化還原反應。按照圖2-3-2所示實驗裝置進行鐵與CuSO4溶液反應的實驗，實驗現象之一是電流表指針發生偏轉。這一實驗現象對于你認識鐵與CuSO4溶液反應的實質有什么啟示？
【答案】①
②化學反應發生過程中有電流產生，即有電子轉移
2．氧化還原反應的實質：所有的氧化還原反應中都存在著電子轉移,電子轉移(電子得失或共用電子對偏移)是氧化還原反應的實質。元素化合價的變化是電子轉移的外在表現。
【知識補充】
3．根據化合價分析氧化還原反應中的電子轉移
講解
在氧化還原反應中，某種元素的一個原子或離子失去電子，則該元素的化合價升高，而且失去電子的數目與化合價升高的數值相等；某種元素的一個原子或離子得到電子，則該元素的化合價降低，而且得到電子的數目與化合價降低的數值相等。氧化還原反應中電子轉移的總數與化合價升高或降低的總值是相等的。
小結
元素化合價升高→原子或離子失電子→發生氧化反應
元素化合價降低→原子或離子得電子→發生還原反應
4. 氧化還原反應與四種基本反應類型的關系
[問題1]　如何理解氧化反應和還原反應的關系？
[提示]　氧化反應和還原反應同時存在于一個反應中，不能獨立存在，所以人們把這樣的一類化學反應叫做氧化還原反應。
[問題2]　復分解反應都不是氧化還原反應，你認為這個說法正確嗎？說明你的理由。
[提示]　正確。復分解反應是兩種化合物相互交換成分，重新組合為兩種新的化合物的反應，沒有元素化合價的變化，一定不是氧化還原反應，屬于非氧化還原反應。
[問題3]　化合反應、分解反應不一定是氧化還原反應，你能舉出相應的實例嗎？
[提示]　化合反應CaO＋H2O===Ca(OH)2不屬于氧化還原反應，2H2＋O22H2O屬于氧化還原反應。分解反應CaCO3 CaO＋CO2↑不屬于氧化還原反應，但2KClO32KCl＋3O2↑屬于氧化還原反應。
[問題4]　所有的化學反應都可以按照四種基本反應類型和氧化還原反應的標準劃分嗎？說明你的理由。
[提示]　不可以。根據化合價是否發生變化，所有反應均可分為氧化還原反應和非氧化還原反應；但四種基本反應類型不能包括所有反應，如3CO＋Fe2O33CO2＋2Fe。
【練習】
A.既是氧化還原反應又是化合反應的為______(填序號，下同)。
B.屬于非氧化還原反應的為_____。
C.不屬于四種基本反應類型的為_____。
D.屬于置換反應的為_____。
答案：①②、⑤、⑥、③
(1)置換反應一定是氧化還原反應。
(2)復分解反應一定不是氧化還原反應。
(3)有單質參加的化合反應是氧化還原反應。
(4)有單質生成的分解反應是氧化還原反應。
5．氧化還原反應中電子轉移的表示方法
[問題1]　氧化還原反應的實質是電子的轉移，如鈉與氯氣的反應過程中鈉原子失電子，氯原子得電子，如何表示氧化還原反應中電子的轉移呢？
[提示]　
[問題2]　下列氧化還原反應中，電子轉移方向和數目的表示正確嗎？請說明理由。
[提示]　①不正確。箭頭連接方式不對，應該由被氧化元素(H)指向被還原元素(Cu)。
②不正確。單線橋法中，箭頭應該由被氧化元素指向被還原元素，箭頭不能跨越等號。
[問題3]　在反應中，1 mol Fe2O3參加反應轉移電子的物質的量是12 mol嗎？
[提示]　不是。1 mol Fe2O3參加反應轉移電子的物質的量是6 mol。
【方法總結】
1．雙線橋法（表示同種元素的原子在反應前后電子轉移的情況）
(1)基本步驟：
(2)注意事項：
①箭頭、箭尾指向化合價變化的同種元素。
②“橋”上必須注明“得到”或“失去”字樣、化合價變化情況及氧化或還原反應。
③失去電子總數與得到電子總數相等。
④電子轉移數用“be－×a”形式表示，a表示發生氧化或還原反應的原子個數，b表示每個原子失去或得到的電子數。
2．單線橋法（表示反應過程中不同元素（或同種元素）原子間的電子轉移的情況）
(1)基本步驟：
(2)注意事項：
①單線橋必須畫在反應物中。
②箭頭指向得電子元素，箭尾是失電子元素。
③標明電子轉移的總數，不標“得、失”。
【例題】　已知銅在常溫下能被稀硝酸溶解，其反應的化學方程式如下：
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(1)用雙線橋法表示電子得失的方向和數目：
_______________________________________________________________。
(2)用單線橋法表示電子得失的方向和數目：
_______________________________________________________________。
(3)若3 mol Cu參加反應，則該過程轉移的電子是______________mol。
[解析]　(1)該反應中Cu的化合價變化是0→＋2價，1 mol Cu失去2 mol電子；HNO3中氮元素部分由＋5價→＋2價，生成1 mol NO，轉移3 mol電子。(2)結合(1)的分析及單線橋法的注意事項即可寫出。(3)1 mol Cu失去2 mol電子，故3 mol Cu失去6 mol電子。
[答案]　
【變式旁通】　(1)上述反應中哪種元素被氧化？哪種元素被還原？
(2)上述反應中，當轉移3 mol電子時，生成標準狀況下NO的體積為多少？
[提示]　(1)Cu元素被氧化；N元素被還原。(2)22.4 L
隨堂練習
1.
（1） 和 的反應是氧化還原反應( )
（2） 氧化還原反應中所含元素化合價降低的物質被氧化( )
（3） 氧化還原反應中所含元素的原子得電子的物質發生還原反應( )
（4） 分解反應與化合反應一定是氧化還原反應( )
（5） 復分解反應一定是非氧化還原反應,置換反應一定是氧化還原反應( )
（6） 氧化還原反應中一定有氧元素的得失( )
(1)√　(2)×　(3)√ (4)×　(5)√　(6)×
2. [2023·吉林第五十五中學高一月考]氧化還原反應在生產、生活中具有廣泛的用途。下列生產、生活中的事例不屬于氧化還原反應的是( )
A. 金屬冶煉 B. 燃放鞭炮 C. 食物腐敗 D. 活性炭除味
[解析]選D 。
A .金屬冶煉過程中有元素化合價的變化,屬于氧化還原反應；
B .燃放鞭炮屬于燃燒反應,其中有元素化合價的變化,屬于氧化還原反應；C .食物腐敗是緩慢氧化反應,存在元素化合價的變化,屬于氧化還原反應；D .活性炭除味利用的是活性炭的強吸附作用,沒有發生化學反應。
3．離子反應、復分解反應、置換反應和氧化還原反應之間可用集合關系表示，下列表示正確的是(　　)
A　　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
A　[復分解反應都屬于非氧化還原反應，置換反應都屬于氧化還原反應，離子反應有的屬于氧化還原反應，有的屬于非氧化還原反應。]
4．已知KMnO4與濃鹽酸反應的化學方程式為2KMnO4＋16HCl(濃)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。回答下列問題：
(1)請用雙線橋表示出該反應轉移電子的方向和數目__________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)被氧化的HCl占HCl總量的________，被還原的元素是________(填元素符號)。
(3)當標準狀況下有0.5 mol氯氣生成時，該反應轉移的電子數為________(設NA為阿伏加德羅常數的值)。
[解析]　(1)根據反應的化學方程式可知反應中Mn元素化合價從＋7價降低到＋2價，Cl元素化合價從－1價升高到0價，根據得失電子守恒可知，用雙線橋表示出該反應轉移電子的方向和數目為
。
(2)根據化學方程式可知16 mol氯化氫參加反應生成5 mol氯氣，即被氧化的HCl是10 mol，占HCl總量的＝，Mn元素化合價降低，則被還原的元素是Mn。
(3)反應中氯元素化合價從－1價升高到0價，因此該反應中轉移的電子的物質的量是0.5 mol×2＝1 mol，即轉移電子數為NA。
[答案]　(1)
(2)　Mn　(3)NA
課堂小結

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