資源簡介

2.3 第3課時　氧化還原反應的應用
【學習目標】
1.能從元素價態的角度,依據氧化還原反應原理,預測物質的化學性質和變化,并能設計實驗進行初步驗證,能分析解釋有關實驗現象。
2.能從元素價態變化的視角說明物質的轉化路徑。
3.依據氧化還原反應的原理,掌握氯氣的實驗室制法。
【自主預習】
一、氧化還原反應在研究物質性質中的應用
1.研究物質氧化性或還原性的思路
2.過氧化氫(H2O2)氧化性及還原性的探究
性質預測 氧元素化合價為　　價,可升高到　　價,具有　　　 氧元素化合價由　　價可降低到　　價,具有氧化性
選擇試劑 　　　　　　 　　　、　　　
實驗操作
實驗現象 酸性高錳酸鉀溶液　　　　,產生　　　,該氣體能使　　　　　 淀粉-KI溶液變　
實驗結論 H2O2表現　　　,被　　為　　 H2O2表現　　　,被還原為　　
　總結:H2O2的性質
3.物質氧化性或還原性的影響因素
(1)物質氧化性或還原性的強弱由物質得失電子能力的強弱決定。
(2)環境條件也會影響物質氧化性或還原性的強弱。如酸性越強,KMnO4的氧化性　　　　。
二、氧化還原反應在物質轉化和能量轉化中的應用
1.氧化還原反應在物質轉化中的應用
(1)冶煉金屬
①金屬冶煉的本質:
金屬陽離子　　　　被還原生成金屬單質,
Mn++ne-　　。
②金屬冶煉的方法
a.電解法
原理:利用外加電源提供電子,使金屬元素的化合價降低,從而完成還原反應獲得金屬單質。
例如,電解熔融氧化鋁制鋁:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。
b.熱還原法
原理:用C、CO等物質作還原劑,在加熱條件下將金屬氧化物還原為金屬單質。
如:Fe2O3+3CO　　　　　　。
c.濕法冶金
原理:利用活潑金屬做還原劑,將目標金屬從其鹽溶液中還原出來。
如:CuSO4+Fe　　　　　　　　。
d.熱分解法
原理:在加熱條件下,物質自身發生氧化還原反應,將金屬還原出來。
如:2HgO2Hg+O2↑。
(2)實驗室制取氯氣
①制備原理
MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O
該反應為氧化還原反應,氧化劑為　　　　,還原劑為　　　　。
②儀器裝置
裝置C的作用:　　　　　　　　　　　　　;
裝置D的作用:　　　　。
③收集方法:　　　　排空氣法。
④驗滿方法
a.將濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近盛氯氣的瓶口,觀察到試紙　　　　,則證明已集滿。
b.將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛氯氣的瓶口,觀察到試紙　　　　　　　,則證明已集滿。
⑤尾氣吸收:用氫氧化鈉溶液吸收,反應的化學方程式為2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O,氯氣既表現　　　　　性又表現　　　　性。
⑥其他方法:高錳酸鉀與濃鹽酸在常溫下反應,反應的化學方程式為2KMnO4+16HCl(濃)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,氧化劑為　　　　。
2.利用氧化還原反應獲取能量
【參考答案】一、1.還原性　氧化性　氧化性　還原性
2.-1　0　還原性　-1　-2　酸性高錳酸鉀溶液
KI溶液　淀粉溶液　紫色褪去　無色無味氣體　帶火星的木條復燃　藍色　還原性　氧化　氧氣　氧化性　H2O　2H2O22H2O+O2↑
3.越強
二、1.(1)得電子　M　2Fe+3CO2　FeSO4+Cu
(2)MnO2　HCl　除去Cl2中少量的HCl氣體　干燥氯氣(或除去Cl2中的H2O)　向上　變藍　先變紅后褪色　氧化　還原　KMnO4
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)HCl既有氧化性,又有還原性。 (　　)
(2)反應Ag2O+H2O22Ag+O2↑+H2O中,H2O2體現氧化性。 (　　)
(3)H2O2既有氧化性又有還原性。 (　　)
(4)用二氧化錳和濃鹽酸反應制備氯氣,濃鹽酸在反應中起到酸性和氧化劑作用。 (　　)
(5)向KMnO4晶體中滴加濃鹽酸,產生黃綠色氣體,該反應中濃鹽酸作氧化劑。 (　　)
(6)對氯氣進行尾氣處理時,不能用澄清石灰水來吸收Cl2。 (　　)
(7)實驗室制備氯氣,在裝藥品之前需要檢驗裝置氣密性。 (　　)
(8)溶液中加AgNO3溶液,有白色沉淀產生,說明溶液中一定含Cl-或C。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
(7)√　(8)×
2.初中化學實驗中,選擇氣體收集裝置時,主要考慮哪些因素
【答案】氣體密度、氣體在水中的溶解度、氣體是否與水反應等。
3.實驗室制取氯氣的反應中鹽酸體現什么性質 你能用雙線橋法表示該反應嗎
【答案】鹽酸體現還原性和酸性,
。
4.教材實驗【活動·探究】中證明過氧化氫既具有氧化性又具有還原性的依據是什么
【答案】過氧化氫可以把KI中的I-氧化為I2,證明過氧化氫具有氧化性;過氧化氫中-1價的氧元素被酸性KMnO4溶液氧化為O2,證明過氧化氫具有還原性。
5.教材P68“無論是哪種冶煉方法,其本質都是利用氧化還原反應中的電子轉移,使被還原的化合物中的金屬元素的化合價從正價降低至0價,生成金屬單質?！苯饘僭乇贿€原一定生成金屬單質嗎 金屬冶煉過程中一定需要加入還原劑嗎
【答案】金屬陽離子被還原,化合價一定降低,但是不一定生成金屬單質,如Fe3+可能被還原成Fe2+;金屬冶煉過程中未必加入還原劑,如電解法制備金屬鈉。
【合作探究】
任務1：氧化還原反應在物質轉化中的應用
情境導入　我國的勞動人民在春秋時期就會冶鐵,比歐洲早了近2000年,并且我國鐵礦石的儲量居世界第一,從1996年開始我國年鋼產量連續超1億噸,位居世界首位。
　　高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石(主要成分是Fe2O3)、焦炭、造渣用熔劑(石灰石),從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。高溫下焦炭在鼓入的空氣中燃燒生成一氧化碳,一氧化碳在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧,從而得到鐵。
問題生成
1.上述過程中涉及的氧化還原反應有哪些 用化學方程式表示。
【答案】C + O2CO2、C+CO22CO、Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
2.焦炭的作用有哪些
【答案】提供煉鐵所需的熱量;作還原劑。
3.金屬鋁能用焦炭還原法冶煉嗎
【答案】不能。
【核心歸納】
1.金屬冶煉的實質
金屬的冶煉過程就是把金屬從化合態還原為游離態的過程,即Mn++ne-M(反應通式,M表示金屬)。
2.金屬冶煉的方法
【典型例題】
【例1】下列關于金屬冶煉方法的敘述不正確的是(　　)。
選項 金屬 存在形式 冶煉方法
A 銅 化合態 鐵的金屬性比銅強,可將鐵與CuSO4溶液反應冶煉銅
B 銀 化合態 銀的金屬性弱,用加熱Ag2O的方法冶煉
C 鐵 化合態 鋁的金屬性比鐵強,可用鋁熱法煉鐵
D 鈉 化合態 鈉的金屬性強,一般的還原劑很難將其還原出來,所以用電解飽和NaCl溶液的方法冶煉
　　【答案】D
【解析】一般用電解熔融NaCl的方法來制取鈉,而電解飽和食鹽水不能得到金屬鈉。
任務2：氯氣的實驗室制法
情境導入　已知氯化氫極易溶于水,氯氣在飽和食鹽水中的溶解度很小,實驗室制備氯氣的各個裝置如下:
問題生成
1.飽和食鹽水的作用是什么 飽和食鹽水能不能換成Na2CO3溶液 飽和食鹽水和濃硫酸的順序能顛倒嗎
【答案】除去氯氣中的HCl。不能,Na2CO3溶液吸收Cl2和HCl,同時生成雜質氣體CO2。不能顛倒。
2.收集Cl2除了用向上排空氣法外還可用什么方法
【答案】排飽和食鹽水法。
3.如何檢驗Cl2
【答案】將濕潤的淀粉-KI試紙放于管口,試紙變藍或將濕潤的藍色石蕊試紙放于管口,試紙先變紅后褪色。
4.通過氯氣的制備,歸納總結實驗室制取氣體裝置的設計模型。
　　【答案】
【核心歸納】
1.實驗室制備氯氣的流程
2.實驗室制備氯氣的注意事項
(1)可用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、Ca(ClO)2等作氧化劑與濃鹽酸反應制取氯氣,使用以上物質時,反應不需要加熱,如KClO3+6HCl(濃)KCl+3Cl2↑+3H2O。
(2)用鹽酸與MnO2反應制取氯氣時,必須用濃鹽酸,稀鹽酸與MnO2不反應,且隨著反應的進行,濃鹽酸變為稀鹽酸時,反應停止,故鹽酸中的HCl不可能全部參加反應。
(3)氯氣難溶于飽和食鹽水,故可用飽和食鹽水除去混合氣體中的HCl,再用濃硫酸除去水蒸氣。
(4)用強堿溶液(如NaOH溶液)吸收Cl2,不用Ca(OH)2溶液吸收的原因是Ca(OH)2溶解度小,溶液濃度低,吸收不完全。
(5)收集氯氣時,將濕潤的淀粉-KI試紙靠近盛Cl2的集氣瓶口,觀察到試紙立即變藍,則證明已集滿;或將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛Cl2的集氣瓶口,觀察到試紙先變紅后褪色,則證明已集滿。
(6)實驗結束后,先使反應停止并排出殘留的Cl2后,再拆卸裝置,避免污染空氣。
【典型例題】
【例2】利用如圖所示裝置可以制備無水氯化鐵。下列有關說法不正確的是(　　)。
A.燒瓶B中制備氯氣的反應物為二氧化錳和濃鹽酸
B.裝置C、D中分別盛有飽和食鹽水和濃硫酸
C.裝置D和裝置E之間需要增加一個干燥裝置,才能制得無水氯化鐵
D.裝置F的作用是吸收尾氣
【答案】C
【解析】裝置E和裝置F之間需要增加一個干燥裝置,才能制得無水氯化鐵,C項錯誤。
【例3】實驗室利用如圖所示裝置制備干燥、純凈的氯氣。下列有關敘述不正確的是(　　)。
A.本實驗操作順序:檢驗裝置氣密性→添加固體藥品→添加液體藥品→加熱
B.裝置Ⅱ、Ⅲ中的試劑依次為濃硫酸、飽和NaCl溶液
C.氯氣密度比空氣大,故裝置Ⅳ中長導管進氣,短導管出氣
D.裝置Ⅴ中反應的離子方程式為Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O
【答案】B
【解析】本實驗的操作順序為檢驗裝置氣密性→在圓底燒瓶中添加固體藥品二氧化錳→通過分液漏斗添加液體藥品濃鹽酸→加熱制取氯氣,凈化干燥后收集,且注意尾氣處理,A項正確;裝置Ⅱ、Ⅲ中的試劑依次為飽和NaCl溶液、濃硫酸,先除去氯氣中的氯化氫氣體,后干燥氯氣,B項不正確;氯氣密度比空氣大,故裝置Ⅳ中長導管進氣,短導管出氣,利用向上排空氣法收集Cl2,C項正確;裝置Ⅴ中多余的氯氣與氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水,反應的離子方程式為Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O,D項正確。
【例4】用KClO3與濃鹽酸反應制取氯氣的簡易裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)。
A.A中固體也可以用高錳酸鉀、重鉻酸鉀、二氧化錳等代替
B.裝置A中發生反應的化學方程式為KClO3+6HCl(濃)3Cl2↑+KCl+3H2O
C.待沒有氣泡產生后,向A中加入足量AgNO3溶液,根據沉淀質量可求出剩余鹽酸的量
D.裝置B盛放的是飽和食鹽水,目的是除去HCl
【答案】B
【解析】MnO2與濃鹽酸反應需加熱,A項錯誤;剩余鹽酸和反應生成的KCl均能與AgNO3反應生成白色沉淀,故無法根據AgCl質量直接求出剩余鹽酸的量,C項錯誤;裝置B用于收集Cl2,D項錯誤。
規律方法：1.常見的氣體發生裝置
2.常見的除雜裝置——用于除去氣體中的雜質氣體
3.常見的氣體收集裝置
4.尾氣處理裝置
(1)點燃法:如CO、H2、CH4等易燃性氣體,可用此法。
(2)收集法:用氣球或氣囊將多余的氣體收集儲存,如NO、H2、CO等。
(3)吸收法:如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用堿液吸收。
【隨堂檢測】
1.在制氯氣時有如下操作,正確的操作順序是(　　)。
①連接好裝置,檢查氣密性　②緩緩加熱,加快反應,使氣體均勻逸出　③在圓底燒瓶中加入二氧化錳粉末?、軓氖⒂袧恹}酸的分液漏斗中將濃鹽酸緩緩滴入燒瓶中?、輰⒍嘤嗟腃l2用NaOH溶液吸收　⑥用向上排空氣法收集氯氣
A.①②③④⑤⑥　　　　　B.③④②①⑥⑤
C.①④③②⑥⑤ D.①③④②⑥⑤
【答案】D
【解析】實驗室制取氣體的操作要注意:①連接好裝置后,要先檢查氣密性,后裝藥品;②裝藥品的順序是先加固體,后加液體;③若有有毒的氣體產生,一定要有尾氣處理裝置。
2.下列化學反應在金屬冶煉工業中還沒有得到應用的是(　　)。
A.2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
B.Al2O3+3C2Al+3CO↑
C.Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
D.2Ag2O4Ag+O2↑
【答案】B
【解析】目前金屬鋁的制備方法是電解熔融氧化鋁,其他選項中所涉及的內容均符合理論和生產實際。
3.下列說法中正確的是(　　)。
A.金屬的冶煉都是把金屬單質從其礦物中分離出來
B.金屬冶煉過程中,被冶煉的金屬一定被氧化
C.金屬冶煉過程中,被冶煉的金屬被還原
D.金屬冶煉過程中,被冶煉的金屬既可被氧化,也可被還原
【答案】C
【解析】金屬的冶煉是將金屬從其化合物中還原出來,金屬在化合物中只能顯正價。冶煉時金屬元素的化合價只可能降低,被還原。
4.“綠色氧化劑”過氧化氫可作為采礦業廢液的消毒劑,可消除采礦廢液中的氰化物(如KCN),化學方程式為KCN+H2O+H2O2A+NH3↑。(已知KCN中C為+2價)
(1)生成物A的化學式為　　　　　　。
(2)在標準狀況下,有0.448 L氨氣生成,轉移的電子的物質的量為　　　　。
(3)反應中被氧化的元素為　　　　　　　　。
(4)H2O2被稱為“綠色氧化劑”的理由是 　。
【答案】(1)KHCO3　(2)0.04 mol　(3)碳(或C)　(4)H2O2作氧化劑時,其還原產物一般是H2O,對環境無污染
【解析】(1)根據原子守恒可知,生成物A的化學式為KHCO3。(2)由化學方程式可知,生成1 mol NH3時轉移2 mol電子,則在標準狀況下,有0.448 L即0.02 mol NH3生成時,轉移0.04 mol電子。(3)碳元素化合價升高,反應中被氧化的元素為C。(4)H2O2作氧化劑時,其還原產物一般是H2O,對環境無污染,因此H2O2被稱為“綠色氧化劑”。
5.在實驗室中用二氧化錳與濃鹽酸反應制備干燥純凈的氯氣,所用儀器如圖所示:
(1)上述儀器的正確連接順序:　　　接　　　;　　　接　　　　;　　　接　　　;　　　接　　　。(填各接口處的字母)
(2)裝置中,飽和食鹽水的作用是　　　　　　　　　　　　　　;NaOH溶液的作用是　　　　　　　　　　。
(3)①氣體發生裝置中進行反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　;該反應體現濃鹽酸的　　　　　性、　　　　　性。
②NaOH溶液中發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)實驗室用下列方法制取氯氣:①用含146 g氯化氫的濃鹽酸與足量的二氧化錳反應;②用87 g 二氧化錳與足量濃鹽酸反應。若不考慮氯化氫的揮發,則反應后所得氯氣的質量　　　　(填字母)。
A.①比②多 B.②比①多
C.兩種方法一樣多 D.無法比較
【答案】(1)E　C　D　A　B　H　G　F
(2)除去氯氣中的HCl雜質　吸收過量的氯氣
(3)①MnO2+4HCl(濃)MnCl2+2H2O+Cl2↑
酸　還原
②2OH-+Cl2Cl-+ClO-+H2O
(4)B
【解析】實驗目的為制取干燥純凈的氯氣。濃鹽酸具有揮發性,則制取的氯氣中含有氯化氫、水蒸氣等雜質,在收集前先用飽和食鹽水除去HCl雜質,后用濃硫酸除去水蒸氣,得到干燥的氯氣。氯氣的密度大于空氣,則用向上排空氣法收集氯氣,氯氣有毒,則需進行尾氣處理,用NaOH溶液吸收。
(3)①實驗室用二氧化錳與濃鹽酸共熱制取氯氣,化學方程式為MnO2+4HCl(濃)MnCl2+2H2O+Cl2↑。反應中,HCl中Cl元素化合價升高,作還原劑,表現還原性;HCl還與二氧化錳反應生成鹽和水,表現酸性。
(4)①用含146 g氯化氫的濃鹽酸與足量的二氧化錳反應,隨著反應的進行,鹽酸的濃度減小,到一定程度后則不再反應,生成的氯氣的質量小于71 g。②用87 g 二氧化錳與足量濃鹽酸反應,若不考慮氯化氫的揮發,可生成71 g氯氣。
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