第7课时 关键能力——氧化还原反应的规律及应用氧化还原反应是中学化学的核心理论，是从元素价态视角认识元素及其化合物性质的工具，氧化还原反应的规律(价态规律、强弱规律、先后规律、守恒规律)在解决氧化还原反应实际问题的应用中，起着举足轻重的作用。高考试题在化学工艺流程或实验综合题中考查了氧化还原反应的规律及应用，要求考生阅读并获取有关信息，识别有效证据、处理转化数据，并分析实验数据，要求考生利用氧化还原反应中“守恒规律”处理实验数据，解决相关实际问题。氧化还原反应的规律及应用体现《中国高考评价体系》中对理解与辨析、分析与推测、归纳与论证、探究与创新等关键能力的要求。氧化还原反应中存在诸多规律，如强弱规律、转化规律、先后规律、守恒规律等，复习过程中，理解并应用这些规律分析问题是学好氧化还原反应知识的关键。考向1强弱规律及应用(分析与推测能力)物质的氧化性(或还原性)的强弱与得失电子的难易程度有关，与得失电子的数目无关，但外界因素(如反应条件、反应物浓度、酸碱性等)也影响物质的氧化性(或还原性)。例如，NO在酸性条件下具有强氧化性，但在中性或碱性条件几乎不表现氧化性。要求考生根据对问题情境的分析，运用抽象与联想、归纳与概括等思维方法来组织、调动相关的知识与能力，结合具体实例判断物质的氧化性(或还原性)的强弱，或根据物质的氧化物(或还原性)的强弱，推测化学反应能否发生。角度1 判断物质氧化性、还原性的强弱(1)根据氧化还原反应原理判断(主要)一般情况，氧化性：氧化剂>氧化产物；还原性：还原剂>还原产物。(2)根据元素周期表和金属活动顺序表判断①根据元素周期表判断同主族元素对应单质的氧化性从上到下逐渐减弱，对应阴离子的还原性逐渐增强。同周期元素对应单质的还原性从左到右逐渐减弱，氧化性逐渐增强。
②根据金属活动顺序表判断(3)根据产物中元素价态的高低判断①相同条件下，不同氧化剂作用于同一种还原剂，氧化产物价态高的其氧化性强。例如：②相同条件下，不同还原剂作用于同一种氧化剂，还原产物价态低的其还原性强。例如：(4)根据电化学知识判断①利用原电池判断：一般情况，原电池中金属电极的还原性：负极>正极。②利用电解池判断：阴极上优先放电阳离子的氧化性强，对应单质的还原性弱。(5)根据外界条件判断①浓度：同一种物质浓度越大，氧化性(或还原性)越强。例如，氧化性：浓H2SO4>稀H2SO4，浓HNO3>稀HNO3，还原性：浓HCl>稀HCl。②温度：同一种物质，温度越高其氧化性越强。例如，热的浓硫酸的氧化性比冷的浓硫酸的氧化性强。③酸碱性：同一种物质，所处环境酸(碱)性越强其氧化性(还原性)越强。例如，NO在碱性、中性条件下，几乎不表现氧化性，但在酸性条件下表现氧化性，且酸性越强，其氧化性也越强。(2021·辽宁沈阳检测)现有下列反应：①Cr2O＋14H＋＋6Cl－===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O；②2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－；③2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－；④2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋。下列有关性质的比较中正确的是( )A．氧化性：Cr2O>Cl2>Fe3＋
B．氧化性：Cl2>Br2>Cr2OC．还原性：SO2Fe2＋A [根据氧化还原反应中“性质强弱规律”判断，氧化性：氧化剂>氧化产物，还原性：还原剂>还原产物。①氧化性：Cr2O>Cl2，还原性：Cl－>Cr3＋；②氧化性：Br2>Fe3＋，还原性：Fe2＋>Br－；③氧化性：Cl2>Br2，还原性：Br－>Cl－；④氧化性：Fe3＋>SO，还原性：SO2>Fe2＋，综上所述，氧化性：Cr2O>Cl2>Br2>Fe3＋>SO，还原性：SO2>Fe2＋>Br－>Cl－>Cr3＋，故正确答案为A。][强化1](2021·广东深圳三校联考)已知下列反应：反应Ⅰ：Co2O3＋6HCl(浓)===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O反应Ⅱ：5Cl2＋I2＋6H2O===10HCl＋2HIO3下列说法正确的是( )A．反应Ⅰ中HCl是氧化剂B．反应Ⅱ中Cl2发生氧化反应C．氧化性：Co2O3>Cl2>HIO3D．还原性：CoCl2>HCl>I2C [反应Ⅰ中氯元素的化合价升高，则HCl为还原剂，A项错误；反应Ⅱ中氯元素的化合价降低，则Cl2发生还原反应，B项错误；由氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性可知，反应Ⅰ中氧化性：Co2O3>Cl2，反应Ⅱ中氧化性：Cl2>HIO3，
则氧化性：Co2O3>Cl2>HIO3，C项正确；由还原剂的还原性强于还原产物的还原性，反应Ⅰ中还原性：HCl>CoCl2，反应Ⅱ中还原性：I2>HCl，则还原性：I2>HCl>CoCl2，D项错误。]角度2 判断氧化还原反应能否进行若已知物质的氧化性(或还原性)的强弱，依据性质“强弱规律”可判断氧化还原反应能否进行，其根本依据是“氧化性：氧化剂>氧化产物；还原性：还原剂>还原产物”。此类试题侧重考查考生的理解与辨析能力、分析与推测能力等，要求考生结合氧化还原反应中“强弱规律”及已知信息，判断氧化还原反应能否进行，充分体现了化学中物质观、反应观、变化观等思想观念。(2021·黑龙江检测)常温下，在溶液中可能发生以下反应：①H＋＋Z－＋XO―→X2＋＋Z2＋H2O(未配平)②2M2＋＋R2===2M3＋＋2R－③2R－＋Z2===R2＋2Z－由此判断下列说法正确的是( )A．常温下反应2M2＋＋Z2===2M3＋＋2Z－不可以自发进行B．R元素在反应②中被氧化，在反应③中被还原C．反应①配平后，H2O的化学计量数为8D．还原性强弱顺序为H＋＞Z－＞R－＞M2＋C [根据题给三个反应可得氧化性：XO>Z2>R2>M3＋，则Z2可氧化M2＋生成M3＋，A项错误；②中R元素化合价降低被还原，③中R元素化合价升高氧化，B项错误；反应①配平可得：16H＋＋10Z－＋2XO===2X2＋＋5Z2＋8H2O，C项正确；根据还原剂的还原性强于还原产物，由题给反应可得还原性：M2＋>R－>Z－>X2＋，D项错误。]
[强化2](2021·北京四中检测)已知还原性：Cl－I－>SO2C．通入SO2时，SO2与I2反应，I2作还原剂，H2SO4是氧化产物D．滴加KI溶液时，当有2molI－参加反应，则生成1mol白色沉淀D [CuSO4溶液中加入过量KI溶液，生成CuI沉淀，发生反应为2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，再通入SO2气体，发生反应：SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI，SO2作还原剂，体现还原性，A项错误；据还原剂的还原性强于还原产物可得，还原性：SO2＞I－，B项错误；SO2与I2反应时，SO2是还原剂，I2是氧化剂，C项错误；由反应2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2可知，2molI－参与反应时，生成1molCuI，D项正确。]8．(2021·黑龙江检测)高铁酸钾(K2FeO4)是一种环保、高效、多功能饮用水处理剂，制备流程如图所示：下列叙述错误的是( )A．用K2FeO4作水处理剂时，既能杀菌消毒又能净化水B．反应Ⅰ中尾气可用FeCl2溶液吸收再利用C．反应Ⅱ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶2D．该条件下，物质的溶解性：Na2FeO4＜K2FeO4D [K2FeO4具有强氧化性，能使细菌体内蛋白质发生变性而具有杀菌消毒作用，还原得到的Fe3＋发生水解，生成Fe(OH)3胶体具有净水作用，A项正确；Ⅰ中尾气为Cl2，具有氧化性，可用FeCl2溶液吸收生成FeCl3，B项正确；Ⅱ中FeCl3与NaClO、NaOH反应生成Na2FeO4和NaCl，NaClO是氧化剂，FeCl3是还原剂，据得失电子守恒推知，二者的物质的量之比为3∶2，C项正确；Na2FeO4溶液中加入饱和KOH，得到K2FeO4粗晶体，说明溶解性：Na2FeO4>K2FeO4，D项错误。]9．(2021·江西上饶检测)LiAlH4、NaBH4是有机合成中的常用试剂，遇水均能剧烈反应释放出H2，如：NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑。LiAlH4在125℃时分解为LiH、H2和Al。下列说法正确的是( )A．NaBH4与D2O反应，所得氢气的摩尔质量为4g·mol－1B．LiAlH4与水反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
C．1molLiAlH4在125℃时完全分解，转移3mol电子D．NaBH4与乙醛作用生成乙醇，NaBH4作氧化剂C [NaBH4与D2O反应生成NaBO2和HD，则所得氢气的摩尔质量为3g·mol－1，A项错误；LiAlH4与水反应时，LiAlH4是还原剂，H2O是氧化剂，据得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，B项错误；LiAlH4在125℃时分解为LiH、H2和Al，该反应为2LiAlH42LiH＋3H2↑＋2Al，则1molLiAlH4完全分解生成1molAl，转移3mol电子，C项正确；NaBH4与乙醛作用生成乙醇，乙醛发生了还原反应，NaBH4则发生氧化反应，故NaBH4作还原剂，D项错误。]10．(2021·湖南株洲质检)含氰化物的废液乱倒或与酸混合，均易生成有剧毒且易挥发的氰化氢。工业上常采用碱性氯化法来处理高浓度氰化物污水，发生的主要反应为：CN－＋OH－＋Cl2―→CO2＋N2＋Cl－＋H2O(未配平)。下列说法错误的是(其中NA表示阿伏加德罗常数的值)( )A．Cl2是氧化剂，CO2和N2是氧化产物B．上述离子方程式配平后，氧化剂、还原剂的化学计量数之比为2∶5C．该反应中，若有1molCN－发生反应，则有5NA电子发生转移D．若将该反应设计成原电池，则CN－在负极区发生反应B [该反应中，Cl由0价降低到－1价，C由＋2价升高到＋4价，N由－3价升高到0价，则Cl2是氧化剂，CO2和N2是氧化产物，A项正确；根据得失电子守恒、原子及电荷守恒配平可得：2CN－＋8OH－＋5Cl2===2CO2＋N2＋10Cl－＋4H2O，Cl2是氧化剂，CN－是还原剂，二者的化学计量数之比为5∶2，B项错误；1molCN－发生反应时，消耗2.5molCl2，则有5NA个电子发生转移，C项正确；该反应中CN－发生氧化反应，若设计成原电池，则CN－在负极区发生氧化反应，D项正确。]11．(2021·河南罗山调研)氧化还原反应在生产、生活中有着重要的应用。请按要求写出相应反应的化学方程式。(1)将含SO2的废气通入含Fe2＋(催化剂)的溶液中，常温下可使SO2转化为SO，其总反应为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4。上述总反应分两步进行，第一步反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，写出第二步反应的离子方程式____________________。(2)pH＝3.6时，碳酸钙与硫酸铝反应可制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液。若溶液的pH偏高，则碱式硫酸铝产率降低且有气泡产生，用化学方程式表示其原因：______。(3)ClO2是一种高效安全的杀菌消毒剂。氯化钠电解法生产ClO2工艺原理示意图如下：
①写出氯化钠电解槽内发生反应的离子方程式：____________________________。②写出ClO2发生器中的化学方程式，并标出电子转移的方向及数目：__________。③ClO2能将电镀废水中的CN－氧化成两种无毒气体，自身被还原成Cl－。写出该反应的离子方程式：__________________________________________。解析 (1)总反应中Fe2＋作催化剂，由此可知第一步反应中生成的Fe3＋在第二步反应中又被SO2还原为Fe2＋，故第二步反应的离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋。(2)若溶液的pH偏高，则碱式硫酸铝产率降低且有气泡产生，产生该现象的原因用化学方程式表示为3CaCO3＋Al2(SO4)3＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑。(3)①根据电解原理，氯化钠电解槽内发生反应的离子方程式为Cl－＋3H2O3H2↑＋ClO；②二氧化氯发生器中氯酸钠被还原为ClO2，HCl被氧化为氯气，反应过程为2NaClO3＋4HC2e－l===2ClO2↑＋2NaCl＋Cl2↑＋2H2O；③ClO2能将电镀废水中的CN－氧化成两种无毒气体，自身被还原成Cl－。该反应的离子方程式为2ClO2＋2CN－===2CO2＋2Cl－＋N2。答案 (1)2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋(2)3CaCO3＋Al2(SO4)3＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑(3)①Cl－＋3H2O3H2↑＋ClO②2NaClO3＋4HC2e－l===2ClO2↑＋2NaCl＋Cl2↑＋2H2O③2ClO2＋2CN－===2CO2＋2Cl－＋N212．(2021·湖南三湘教育联盟联考)在氧化还原反应中，氧化过程和还原过程是同时发生的两个半反应。已知：①半反应式：Cu2O＋2e－＋2H＋===2Cu2＋＋H2O②五种物质：FeSO4、Fe2(SO4)3、CuSO4、Na2CO3、KI③Fe2＋＋MnO＋―→Fe3＋＋Mn2＋＋H2O(未配平)下列判断正确的是( )A．①中半反应式发生的是还原反应B．②中五种物质中能使①顺利发生的物质为Fe2(SO4)3C．MnO＋5e－＋4H2O===Mn2＋＋8OH－是反应③的一个半反应D．几种物质的氧化性强弱顺序为：MnO＞Cu2＋＞Fe3＋
B [①中Cu元素由＋1价升高到＋2价，该反应为氧化反应，A项错误；①发生氧化反应，②中物质若使①能顺利发生，则应具有氧化性，该物质是Fe2(SO4)3，B项正确；将③配平可得：5Fe2＋＋2MnO＋8H＋===5Fe3＋＋2Mn2＋＋4H2O，故反应③是一个半反应为8H＋＋MnO＋5e－===Mn2＋＋4H2O，C项错误；Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，D项错误。]13．(2021·河南部分重点校联考)把图2中的纸片补充到图1中，可得到一个完整的氧化还原反应的离子方程式(未配平)。下列对该反应的说法不正确的是( )A．IO作氧化剂B．1molMn2＋参加反应转移5mol电子C．还原剂与氧化剂的物质的量之比为2∶5D．配平后H＋、Mn2＋的化学计量数分别为4、2D [图1中Mn2＋是反应物，则含Mn元素的MnO是生成物，Mn2＋是还原剂，应与具有氧化性的IO反应，生成还原产物IO，故IO是氧化剂，A项正确；Mn由＋2价升高到＋7价，故1molMn2＋参加反应，转移5mol电子，B项正确；Mn2＋是还原剂，IO是氧化剂，I由＋7价降低到＋5价，据得失电子守恒可知，Mn2＋与IO的物质的量之比为2∶5，C项正确；根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平可得：2Mn2＋＋5IO＋3H2O===2MnO＋5IO＋6H＋，则H＋、Mn2＋的化学计量数分别为6、2，D项错误。]14．Ca(NO2)2(亚硝酸钙)是易溶于水的无色晶体，可用作混凝土中钢筋的防护剂。(1)Ca(NO2)2的制备方法很多。①实验室可用反应Ca(NO3)2＋2CaFe2O4＋4NO3Ca(NO2)2＋2Fe2O3制备Ca(NO2)2，该反应中被氧化的N原子与被还原的N原子的物质的量之比为__________。②用石灰乳吸收硝酸工业尾气中氮氧化物制备Ca(NO2)2，其中NO2与Ca(OH)2反应生成Ca(NO2)2和Ca(NO3)2的化学方程式为_____________________________________，经过滤得到含Ca(NO2)2的溶液为液态产品。(2)测定某液态产品中NO含量的步骤如下：
①步骤4中反应的离子方程式为：_________________________________________。②步骤5中反应的离子方程式为：_________________________________________。③若步骤5滴定至终点时消耗K2Cr2O7溶液20.00mL，则液态产品中NO的含量为______________(单位g·L－1，最后结果保留一位小数)。解析 (1)①该反应中，Ca(NO3)2中＋5价N变成＋3价生成Ca(NO2)2，NO中＋2价N变成＋3价生成Ca(NO2)2，则被氧化的N原子与被还原的N原子的物质的量之比2∶1。②NO2与Ca(OH)2反应生成Ca(NO2)2和Ca(NO3)2，N元素由＋4价变成＋3价和＋5价，根据得失电子守恒及原子守恒写出化学方程式：4NO2＋2Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋Ca(NO2)2＋2H2O。(2)①步骤3所得溶液加入硫酸酸化，步骤4中加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液还原NO，在酸性条件下，NO、Fe2＋、H＋发生氧化还原反应生成NO、Fe3＋和H2O：NO＋3Fe2＋＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。②步骤5用K2Cr2O7溶液滴定剩余Fe2＋，Fe2＋被氧化生成Fe3＋，Cr2O被还原生成Cr3＋，结合得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O。③与K2Cr2O7反应的n(Fe2＋)＝6n(K2Cr2O7)＝6×0.0200mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1＝2.400×10－3mol，与NO反应的n(Fe2＋)＝0.1000mol·L－1×25.00mL×10－3L·mL－1－2.400×10－3mol＝1.000×10－4mol，则NO的含量为≈5.2g·L－1。
答案 (1)①2∶1 ②4NO2＋2Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋Ca(NO2)2＋2H2O(2)①NO＋3Fe2＋＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O②6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O ③5.2
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