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二、按电子转移(氧化还原)

物质的量及其在化学计算中的应用 · 高三
讲清楚它是什么

定义 氧化还原反应是电子发生转移(得失或偏移)导致元素化合价升降的化学反应。

从哪来 本节为高三第1讲起点,图谱未记录前置知识点。基于初中化学“化合价”及“氧化剂/还原剂”概念进行深化,从宏观现象过渡到微观电子转移本质。

为什么 化学反应的本质是旧键断裂、新键形成,宏观上表现为原子重组。在原子重组过程中,原子核不变,但核外电子排布发生改变。 1. 电子守恒:电子带负电,不可能凭空产生或消失,只能从一个原子转移到另一个原子,或在共用电子对中发生偏移。 2. 电性平衡:当原子失去电子,质子数多于电子数,显正电性(化合价升高);得到电子则显负电性(化合价降低)。 3. 因果联系:因此,“电子转移”是微观原因,“化合价升降”是宏观结果。判断氧化还原反应的核心依据就是看是否有元素化合价发生变化,其本质就是电子的转移。

类比法:货币交易模型** **适合学生
抽象思维较弱,喜欢生活化类比的学生。 讲解:把电子比作“钱”,原子比作“人”。 - 氧化反应:花钱(失去电子),身价(化合价)变高(因为欠债或资产流出,这里用“价态升高”对应“失去电子”)。 - 还原反应:收钱(得到电子),身价(化合价)变低。 - 口诀:“升失氧,降得还”。 - 关键点:强调“钱”(电子)必须从一个人手里转到另一个人手里,不能凭空变多或变少(电子守恒)。
结构法:原子结构模型** **适合学生
逻辑严密,擅长从微观结构推导宏观性质的学生。 讲解: 1. 画出原子结构示意图,强调最外层电子决定化学性质。 2. 以 $Na + Cl \rightarrow NaCl$ 为例: - Na原子最外层1个电子,易失去 $\rightarrow$ 变成 $Na^+$(化合价0 $\rightarrow$ +1)。 - Cl原子最外层7个电子,易得到 $\rightarrow$ 变成 $Cl^-$(化合价0 $\rightarrow$ -1)。 3. 以 $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$ 为例: - H和Cl共用电子对,但Cl吸引电子能力强,电子对偏向Cl。 - H显+1价,Cl显-1价。 4. 结论:无论是完全转移(离子键)还是偏移(共价键),只要电子分布不均导致化合价变化,就是氧化还原反应。
逆向法:化合价追踪法** **适合学生
应试导向,追求解题速度和准确率的尖子生。 讲解: 1. 不纠结微观电子怎么动,直接看化合价。 2. 步骤: - 标出反应前后所有元素的化合价。 - 找出化合价变化的元素。 - 化合价升高 $\rightarrow$ 失电子 $\rightarrow$ 被氧化 $\rightarrow$ 还原剂。 - 化合价降低 $\rightarrow$ 得电子 $\rightarrow$ 被还原 $\rightarrow$ 氧化剂。 3. 核心逻辑:化合价变化是电子转移的“账本”。只要账本上有变动,就是氧化还原反应。这是高考解题的最快路径。
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练一道
基础题
判断下列反应是否为氧化还原反应,若是,指出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。 $$ 2Mg + O_2 \xrightarrow{点燃} 2MgO $$
变式
在反应 $KClO_3 + 6HCl(浓) = KCl + 3Cl_2 \uparrow + 3H_2O$ 中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为多少?
试试手自己判
检测题
在反应 $5NH_4NO_3 \xrightarrow{\Delta} 4N_2 \uparrow + 9H_2O + HNO_3$ 中,被氧化的氮原子与被还原的氮原子的物质的量之比为?
看答案和判分标准
答案:$5 : 3$
判对标准:
1. 学生能正确标出 $NH_4^+$ 中 N 为 -3价,$NO_3^-$ 中 N 为 +5价。
2. 学生能识别出产物 $N_2$ 中 N 为 0价,$HNO_3$ 中 N 为 +5价(未变价)。
3. 学生能分析出:
- -3价的 N(来自 $NH_4^+$)升高到 0价,被氧化。
- +5价的 N(来自 $NO_3^-$)降低到 0价,被还原。
- 根据电子守恒:1个 -3价 N 失 3e⁻,1个 +5价 N 得 5e⁻。
- 最小公倍数 15,故需 5个 -3价 N 和 3个 +5价 N 反应生成 4个 $N_2$。
- 另外2个 $NO_3^-$ 中的 N 未变价,进入 $HNO_3$。
4. 最终得出被氧化 N(5个)与被还原 N(3个)之比为 5:3。
*若学生答 1:1 或 5:5,判错;若答 5:3,判对。
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