例談高考中的氧化還原反應

氧化還原反應是中學化學的重要理論知識，也是高考必考知識.選擇題一般以生產、生活場景中發生的反應為背景，考查學生對氧化還原反應概念的判斷；非選擇題通常以工業生產為背景，考查氧化還原反應方程式的書寫(含配平)及計算，特別是涉及氧化還原反應的多步反應計算，

1氧化還原反應基本知識詳解

氧化還原反應在中學化學教材中分別分布在以下部分：必修1教材中介紹氧化還原反應的基本概念和配平；必修2和選擇性必修1教材中學習氧化還原反應在原電池和電解池中的應用，特別是對氧化反應和還原反應半反應方程式的書寫以及電池總反應的書寫.

1.1 氧化還原反應的基本概念

在氧化還原反應中，氧化劑得到電子、化合價降低，發生還原反應（也稱被還原)，得到還原產物；還原劑在反應中失去電子、化合價升高，發生氧化反應（也稱被氧化），得到氧化產物.可以用圖1來表示.

得到 ne^- ，化合價降低 n ，被還原氧化劑十還原劑 +?= 還原產物十氧化產物十·失去 ne^- ，化合價升高 n ，被氧化

1.2氧化性和還原性的判斷和比較

1)從元素化合價判斷氧化性和還原性

氧化還原反應中一定會發生元素化合價的降低和升高，其本質是發生了電子的轉移，在反應中得到電子或是化合價降低的物質一定具有氧化性；在反應中失去電子或是化合價升高的物質一定具有還原性；如果元素化合價既能降低又能升高，則該物質既有氧化性又有還原性.例如， H₂O 中氫元素化合價能降低，氧元素化合價能升高，所以 H₂O 既有氧化性，又有還原性.在氧化還原反應中，氧化劑化合價降低得到還原產物，還原劑化合價升高得到氧化產物.因此，在氧化還原反應中，還原產物的化合價可以升高，具有還原性；氧化產物的化合價可以降低，具有氧化性.即氧化還原反應中的氧化劑和氧化產物具有氧化性，還原劑和還原產物具有還原性.

2)比較氧化性和還原性

氧化還原反應中氧化劑的氧化性強于氧化產物的氧化性；還原劑的還原性強于還原產物的還原性.

金屬單質一定具有還原性且只有還原性，并且隨著K、Ca、Na、 Mg 、Al…單質還原性依次降低，其陽離子的氧化性依次增強；非金屬單質氧化性越強，則其陰離子的還原性依次減弱.

1. 3 氧化還原反應的配平

簡單的反應配平時，首選的方法是原子數自守恒法.如果是相對復雜的氧化還原反應，可以使用化合價升降法(即電子轉移法)進行配平，這里不再贅述.對于有不止兩種元素化合價升降或是不止兩種物質參與的氧化還原反應，我們可以通過反應中必然存在的原子數關系，將其轉化為“一升一降”的類型進行配平.例如，反應 S+KNO₃+CK₂S+N₂+CO₂ 的配平，分析可知反應中有S和 KNO₃ 兩種氧化劑化合價降低；碳作還原劑化合價升高，因此是“一升兩降”的反應，配平比較困難.我們可以先找到生成物“ K₂S^′′ ，反應中S與 KNO₃ 存在著 1:2 的定量關系，這樣就可以將反應轉化為 將 [S+2KNO₃] 看作一種物質，即可轉化為“一升一降”進行配平.再如，反應 Cl₂+NaOHNaClO₃+NaCl+ H₂O 的配平，反應中 Cl₂ 的化合價既升又降，則可以轉化為 Cl₂+Cl₂+NaOHNaClO₃+NaCl+H₂O 即轉化為“一升一降\"進行配平.

1.4氧化反應和還原反應的半反應書寫

原電池或是電解池中電極反應的書寫是基于原電池的總反應進行的，配平時可以通過介質 H₂O 及H⁺ 或 OH^- 進行補充.一般分為三步：第一步寫出反應物和生成物；第二步分別寫出氧化劑得到電子轉化為還原產物及還原劑失去電子轉化為氧化產物的半反應；第三步配平反應式.例如，寫出 CH₄-O₂- 一

KOH形成原電池的總反應.反應中可以寫出還原劑（ CH₄ )發生氧化反應的半反應： CH₄-8e^-+10OH^-= CO₃^2-+7H₂O ；氧化劑（ O₂ ）發生還原反應的半反應：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- ，根據電子轉移數相等，得到反應方程式： CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O 或者 CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O. （2

2氧化還原反應高考真題剖析

例1（2024年6月浙江卷）利用 CH₃OH 可將廢水中的 NO₃^- 轉化為對環境無害的物質后排放.反應原理為 （未配平).下列說法正確的是（ ）.

A.X表示 NO₂

B.可用 O₃ 替換 CH₃OH

C.氧化劑與還原劑物質的量之比為 6:5

D.若生成標準狀況下 CO₂ 氣體11.2L，則反應

轉移的電子數為 2N_A(N_A 表示阿伏加德羅常數值）

田題T歷紹山的不千時肉了力性式可知，甲醇轉化為 CO₂ ，碳元素由一2價升高至 +4 價，失去電子，發生氧化反應，則 NO₃^- 中一定有元素化合價降低，發生還原反應，同時，從題給信息“廢水中的 NO₃^- 轉化為對環境無害的物質后排放”，則可得其所得的含氮產物應該是 N₂ ，而不可能是氮氧化物這樣的有毒氣體，選項A不正確.從所給方程式中碳元素的化合價變化可以看出，甲醇在反應中元素化合價升高作還原劑，如果進行替代，也應該選擇其他還原劑進行替代，如選擇CO、乙醇等， O₃ 有強氧化性，故不可用 O₃ 替換 CH₃OH ，選項B不正確.計算氧化劑與還原劑的物質的量比，可應用元素化合價升降法配平所給的氧化還原反應，可得 6H⁺+5CH₃OH+ 6NO₃^-=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O ，所以，氧化劑與還原劑物質的量之比為 6:5 ，選項C正確.當然，選項C也可以根據化合價升降總數相等的方法直接得到氧化劑與還原劑的物質的量比，請讀者自行驗證.1 mol CH₃OH 完全反應得到 1molCO₂ 時，轉移6mol 電子，則當生成標準狀況下 CO₂ ?11.2L ，即0.5molCO₂ 時轉移電子為 3mol ，即 3N_A 個電子，選項D不正確.答案為C.

例2（2024年北京卷)不同條件下，當 KMnO₄ 與KI按照反應 ①② 的化學計量比恰好反應，結果如表1所示.已知： MnO₄^- 的氧化性隨酸性減弱而減弱.

下列說法正確的是（ ）.

A.反應 ①，n(Mn²⁺):n(I₂)=1:5 B.對比反應 ① 和 ② x=3 C.對比反應 ① 和 ② . I^- 的還原性隨酸性減弱而減弱D.隨反應進行，體系 ΔpH 變化： ① 增大， ② 不變

田題給氧化產物和還原產物可知， KMnO₄ 與KI在不同條件下發生了不同的氧化還原反應.根據所給物質可以寫出相應的兩個氧化還原反應，反應 ① 中給出了反應物（ KMnO₄ 和KI)，同時給出了氧化產物 (I₂ )和還原產物( Mn²⁺ )，從而得到物質的轉化為 ，應用化合價升降法，再根據電荷守恒和溶液呈酸性，添加 H⁺ 和 H₂O .可配平得到 10I^-+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+5I₂+ 8H₂O ，即可得反應 ① 中 n(Mn²⁺):n(I₂)=2:5 ，選項A不正確.當然反應 ① 也可以不用配平，直接根據元素化合價升降數相等，得出氧化產物與還原產物的物質的量比.由反應 ① 配平后的計量數可知 KMnO₄ 與KI的物質的量比為 1:5 ，所以可得 n=0. 000 2 ，從而也可得在中性條件下反應 ② 中 KMnO₄ 與KI的物質的量比為 10n:0.001=0.002:0.001=2:1 ，根據化合價升降總數相等，可得 3×2=2x×1 ，故 ，選項B正確.酸性條件與中性條件下氧化劑和還原劑反應后的產物不相同，但不能根據其反應后價態變化判斷氧化劑或還原劑的氧化性和還原性，選項C不正確.經以上分析可寫出反應 ② ，再用化合價升降法配平得到： ·由反應 ① 中消耗 H⁺ ，反應 ② 中生成 OH^- ，可得隨著反應的進行，兩反應中溶液的 ΔpH 都會增大，選項D不正確.答案為B.

總之，氧化還原反應理論既是高考的重要考點，又是難點之一，學生需要將氧化還原反應的相關概念及概念間的轉化關系熟記于心，同時進行相應的變式訓練，將知識轉化為分析問題和解決問題的能力，從而以不變的系統知識應對萬變的試題.

（完）