高中化學必修課程PAGEPAGE1第3課時氧化還原反應的應用[核心素養發展目標]1.以H2O2為例，學會根據元素化合價預測并設計實驗探究物質的氧化性或還原性，培養科學探究與創新的能力。2.了解氧化還原反應在物質轉化和能量轉化中的應用，學會氯氣的實驗室制法，強化化學核心素養的“變化觀念”的意識。一、在研究物質性質中的應用1.H2O2性質的實驗探究性質預測氧元素化合價為－1價，可升高到0價，具有還原性氧元素化合價由－1價可降低到－2價，具有氧化性選擇試劑酸性高錳酸鉀溶液KI溶液、淀粉溶液實驗操作實驗現象酸性高錳酸鉀溶液紫色褪去，產生無色無味氣體，該氣體能使帶火星的木條復燃淀粉-KI溶液變藍色實驗結論H2O2表現還原性，被氧化為氧氣H2O2表現氧化性，被還原為H2O2.H2O2的性質(1)在H2O2和KI反應的實驗中，淀粉是什么作用？在這個反應中，能說明H2O2的氧化性強于單質碘的氧化性嗎？提示在這個反應中，淀粉做指示劑，遇I2變藍色，可以指示I2生成。反應中H2O2將I－氧化生成I2，說明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，從電子轉移的角度分析，H2O2在反應中表現了什么性質？提示在反應中，H2O2中氧元素化合價既升高，同時又降低，故H2O2表現氧化性和還原性。(3)H2O2常用于殺菌消毒，說明H2O2具有怎樣的性質？提示H2O2具有強氧化性，可殺死細菌病毒。(1)預測物質可能有氧化性或還原性，可以根據物質所含元素價態來判斷，如價態有升高趨勢，則可能有還原性，若有降低趨勢，則可能有氧化性。(2)要證明物質有氧化性，則應選擇還原劑，驗證兩者能否發生氧化還原反應，相反，若證明物質有還原性，則應選擇氧化劑，看兩者能否發生氧化還原反應。二、在物質轉化和能量轉化中的應用1.利用氧化還原反應冶煉金屬(1)金屬冶煉的本質：金屬陽離子得電子被還原生成金屬單質，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.實驗室制氯氣(1)反應原理①化學方程式MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。②該反應中的氧化劑是MnO2。濃鹽酸的作用是做還原劑，并起酸的作用。(2)儀器裝置①氣體發生裝置類型：固＋液eq\o(→,\s\up7(△))氣②發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，用此法可除去實驗中揮發產生的氯化氫氣體)。(4)驗滿方法①將濕潤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，則證明已集滿。②將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛氯氣的瓶口，觀察到試紙立即發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量的氯氣，防止污染環境。反應的方程式為：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，該反應中氯氣表現的性質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，鹽酸是否能完全參與反應？為什么？提示不能，因為隨著反應的進行，濃鹽酸逐漸變為稀鹽酸，不再與二氧化錳反應。(2)實驗室制取氯氣時，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高，以減少HCl的揮發。(3)已知高錳酸鉀和濃鹽酸在常溫下可以反應制取Cl2，試寫出化學方程式，并標出電子轉移。提示(1)實驗室制取氯氣的反應原理是選用氧化劑(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，且在加熱時容易逸出，所以應選用分液漏斗，而不用長頸漏斗。(3)尾氣處理時，不能用澄清石灰水吸收氯氣，因為澄清石灰水中Ca(OH)2含量少，吸收不完全。(4)實驗結束后，先使反應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.利用氧化還原反應獲取能量1.下列生產和生活中常見的現象沒有發生電子轉移的反應是()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]食醋除去水垢為復分解反應。2.H2O2是一種“綠色氧化劑”，在下列反應中，H2O2沒有表現氧化性的是()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，H2O2中的O由－1價降到－2價，表現氧化性；B項，H2O2中的O由－1價升到0價，表現還原性，Mn由＋7價降到＋4價，MnOeq\o\al(－,4)表現氧化性；C項，H2O2中的O由－1價降到－2價，表現氧化性，Cr由＋3價升到＋6價，NaCrO2表現還原性；D項，H2O2中的O由－1價降到－2價，表現氧化性，Fe由＋2價升到＋3價，Fe2＋表現還原性。3.Mg、Al、Fe、Cu四種金屬在生產生活中應用非常廣泛，下列關于這些金屬的冶煉，說法正確的是()A.用金屬鈉可以從CuSO4溶液中置換出CuB.工業上，可以通過電解熔融的氧化鋁生產單質鋁C.利用H2的還原性，可用H2還原MgO來生產鎂D.高爐煉鐵的反應中，發生的是氧化還原反應，同時也是置換反應[答案]B[解析]Na的還原性非常強，在CuSO4溶液中，Na首先和水反應，生成NaOH和H2，而不能和CuSO4反應生成單質Cu，故A項錯誤；Al的還原性很強，只能通過電解法制得，方程式為2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電))4Al＋3O2↑，故B項正確；H2的還原性弱于Mg，故H2不能將Mg還原出來，故C項錯誤；高爐煉鐵發生的反應為Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，為氧化還原反應，但不為置換反應。4.(2019·北京八中烏蘭察布分校調研)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：①TiO2＋2Cl2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))TiCl4＋2CO②TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(高溫))2MgCl2＋Ti下列說法正確的是()A.反應①是置換反應B.反應②是復分解反應C.反應①中TiO2被氧化D.反應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，①中鈦元素和氧元素的化合價沒有發生變化，所以TiO2不可能被氧化。②中Mg的化合價升高，被氧化，D項正確。5.下列關于實驗室制取Cl2的反應，下列說法錯誤的是()A.還原劑是HCl，氧化劑是MnO2B.每生成1molCl2，轉移電子的物質的量為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[答案]C[解析]實驗室用MnO2和濃鹽酸反應制取Cl2：MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，每消耗1molMnO2，參加反應的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.反應配平后，H2O的化學計量數為4D.用高鐵酸鉀處理水時，用到了其強氧化性，且其還原產物在水中能產生具有強吸附能力的Fe(OH)3膠體[答案]D[解析]Cl元素化合價降低，則ClO－是氧化劑，故A錯誤；Fe元素的化合價升高，則1molFe(OH)3失去3mol電子，故B錯誤；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的化學計量數為5，故C錯誤；用高鐵酸鉀處理水時，用到了其強氧化性可殺菌消毒，且其還原產物(Fe3＋)在溶液中可形成強吸附性的Fe(OH)3膠體，故可吸附水中懸浮雜質，故D正確。7.H2O2是在醫療、化工方面應用廣泛的化學試劑。(1)Na2O2、CaO2以及BaO2都可與酸反應生成過氧化氫，實驗室通過上述某種過氧化物與適量稀硫酸反應，過濾后即可制得較純凈的H2O2溶液，則應選擇的過氧化物是________。(2)實驗室可用H2O2與次氯酸鈉反應制氧氣，其中還原劑是________，寫出反應的化學方程式：_______________________________________________________________________________________________