氧化还原反应说课

氧化还原反应说课

氧化还原反应是化学反应中的重要类型，涉及元素氧化数的变化。本文将系统地介绍氧化还原反应的基本概念、类型、方程式配平方法、生活中的应用以及实验操作等内容。

氧化还原反应基本概念

定义

氧化还原反应是化学反应前后，元素的氧化数有变化的一类反应。

特点

• 氧化还原反应的本质是电子的得失或共用电子对的偏移；
• 氧化还原反应总是成对出现，即氧化和还原同时进行；
• 氧化还原反应是化学反应中的三大基本反应之一。

氧化数与氧化态

• 氧化数表示元素在化合物中的相对电性，是元素在形成化学键时电子的偏移情况的反映。
• 氧化数元素在化合物中表现出的电性状态，通常通过元素的氧化数来确定。
• 氧化数越高，元素的氧化态越高；氧化数越低，元素的氧化态越低。

电子得失与共用电子对偏移

• 在氧化还原反应中，电子从氧化剂转移到还原剂，使氧化剂被还原，还原剂被氧化。
• 在氧化还原反应中，共用电子对偏向电负性较大的原子，使电负性较大的原子带负电荷，电负性较小的原子带正电荷。
• 电子得失会导致元素氧化态的变化，从而表现出不同的化学性质。
• 电子得失会导致元素氧化数的变化，从而引发氧化还原反应。

氧化还原反应类型及实例

完全氧化还原反应

• 定义：在氧化还原反应中，氧化数和还原数完全改变的反应被称为完全氧化还原反应。
• 举例：氢气与氧气反应生成水，氢的氧化数从+1变为-2，氧的氧化数从0变为-2，这是一个完全氧化还原反应。

部分氧化还原反应

• 定义：在氧化还原反应中，氧化数和还原数只发生部分改变的反应被称为部分氧化还原反应。
• 举例：铁与铁离子反应生成亚铁离子，铁的氧化数从0变为+2，而铁离子的氧化数从+3变为+2，这是一个部分氧化还原反应。

燃烧

• 燃烧是一种典型的氧化还原反应，燃烧过程中燃料与氧气发生反应，释放出能量和二氧化碳等产物。
• 例如，木材燃烧时，碳的氧化数从0变为+4，氧的氧化数从0变为-2。

自然界中实例分析

• 光合作用：植物通过吸收太阳光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程，其中也涉及到氧化还原反应。在光合作用中，水的氧原子被氧化形成氧气，而二氧化碳的碳原子被还原成有机物。
• 呼吸作用：生物体内有机物与氧气发生氧化还原反应，释放出能量的过程。在呼吸作用中，葡萄糖等有机物被氧化成二氧化碳和水，同时释放出能量供生物体使用。

氧化还原反应方程式配平方法

氧化数法配平

• 原理：通过确定反应物中元素氧化数的变化，使氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数，从而配平氧化还原反应方程式。
• 步骤：
  1. 确定反应物中元素的氧化数；
  2. 确定氧化剂和还原剂；
  3. 计算氧化剂得到的电子数和还原剂失去的电子数；
  4. 通过调整反应物系数使得失电子数相等，从而配平氧化还原反应方程式。

离子-电子法配平

• 原理：在反应式中，标出反应物中发生氧化还原反应的离子和原子，然后依据得失电子守恒原理配平反应方程式。
• 技巧：
  1. 首先确定反应物和生成物，并标出反应物中发生氧化还原反应的离子和原子；
  2. 然后依据得失电子守恒原理，通过调整反应物系数使得失电子数相等；
  3. 最后检查配平后的反应方程式是否满足质量守恒和电荷守恒。

复杂方程式配平实例

• 实例一：配平反应方程式H2S+HNO3=H2SO4+NO+H2O。
• 首先确定反应物中元素的氧化数，然后依据得失电子守恒原理配平反应方程式，得到配平后的反应方程式为3H2S+2HNO3=3H2SO4+2NO+2H2O。
• 实例二：配平反应方程式KMnO4+HCl=KCl+MnCl2+H2O+Cl2。
• 同样先确定反应物中元素的氧化数，然后依据得失电子守恒原理配平反应方程式，得到配平后的反应方程式为2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2。

氧化还原反应在生活中的应用

化学电池

• 基本工作原理：将化学能转化为电能，通过化学反应产生电能。
• 常见类型：干电池、蓄电池、燃料电池等。
• 性能参数：电动势、容量、内阻等。

金属冶炼

• 定义：把金属从化合态变为游离态的过程。
• 应用：用还原剂将金属氧化物还原成金属单质。

火箭发射

• 基本原理：利用反作用力推动火箭向前运动。
• 氧化还原技术：火箭推进剂中的氧化还原反应，燃料与氧化剂发生剧烈的氧化还原反应，产生大量热能。
• 环境问题：燃烧产生的废气对环境的影响及应对措施。

实验操作：探究氧化还原反应规律

实验目的

通过实验探究氧化还原反应中的化学变化和反应规律，加深对氧化还原反应的理解。

器材准备

试管、滴管、烧杯、玻璃棒、电子秤、移液器、试剂瓶等实验器材，以及铜片、锌片、稀硫酸、碘化钾溶液、淀粉溶液等实验试剂。

实验步骤

1. 将铜片和锌片分别插入盛有稀硫酸的试管中，观察现象并记录。注意保持试管口向上，避免溶液外溅。
2. 将铜片插入盛有碘化钾溶液的试管中，观察现象并记录。注意铜片要完全浸入溶液中，避免接触试管壁。
3. 将锌片插入盛有碘化钾和淀粉混合溶液的试管中，观察现象并记录。注意混合溶液的浓度和反应时间，避免产生过多泡沫。

注意事项

• 实验过程中要注意安全，避免溶液溅入眼睛或皮肤；
• 实验结束后要及时清洗实验器材并处理废液。

数据记录与分析

• 记录实验过程中观察到的现象，如颜色变化、沉淀生成等，并测量相关数据，如溶液的质量、温度等。
• 根据实验现象和数据，分析氧化还原反应的原理和过程，判断反应物的氧化性和还原性，以及电子的转移情况。
• 结合实验结果和已有知识，探讨氧化还原反应在日常生活和工业生产中的应用，如电池、电镀、防腐等。同时，可以提出进一步的研究问题，如探究不同条件下氧化还原反应速率的影响因素等。

总结回顾与拓展延伸

氧化还原反应概念

• 氧化还原反应是化学反应前后，元素的氧化数有变化的一类反应。
• 氧化还原反应的实质是电子的得失或共用电子对的偏移。
• 氧化还原反应是化学反应中的三大基本反应之一，在自然界和生产生活中有广泛应用。

氧化还原反应的应用

• 金属冶炼：利用氧化还原反应原理从矿石中提炼金属，如高炉炼铁。
• 化学电池：将氧化还原反应产生的电能转化为化学能储存起来，如铅蓄电池。
• 火箭发射：火箭燃料燃烧产生的氧化还原反应释放出巨大能量，推动火箭升空。
• 生物体内的氧化还原反应：生物体内的许多生物化学反应都是氧化还原反应，如呼吸作用。

探究氧化还原反应的本质

通过实验教学，让学生观察氧化还原反应的现象，理解其本质和规律。