福建 王書紅

氧化還原反應(yīng)與路易斯酸堿反應(yīng)、自由基反應(yīng)并稱為化學(xué)中的三大基本反應(yīng)，是高考中必考考點(diǎn)之一?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)對氧化還原反應(yīng)的要求是“認(rèn)識有化合價變化的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，知道常見的氧化劑和還原劑。”近年來關(guān)于氧化還原反應(yīng)的命題也緊扣《課程標(biāo)準(zhǔn)》，以真實(shí)的問題情境為載體，考查氧化還原反應(yīng)的概念、氧化還原反應(yīng)的強(qiáng)弱規(guī)律及計算、氧化還原反應(yīng)方程式的書寫及配平并同時注重將氧化還原反應(yīng)的學(xué)科內(nèi)容與國家經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步、生產(chǎn)生活實(shí)際等緊密聯(lián)系起來，考查學(xué)生綜合應(yīng)用學(xué)科內(nèi)知識分析和解決真實(shí)問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展。

一、建構(gòu)氧化還原反應(yīng)知識關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化模型，促進(jìn)知識向能力素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化

美國著名教育心理學(xué)家、認(rèn)知心理學(xué)家布魯納曾說：“人類記憶的首要問題不是存儲而是檢索，而檢索的關(guān)鍵在于組織結(jié)構(gòu)。如果知識在頭腦中無條理地堆積，不但檢索提取存在困難，而且很快會被遺忘?！薄墩n程標(biāo)準(zhǔn)》要求通過實(shí)驗的事實(shí)來了解氧化還原的本質(zhì)，這就要求在復(fù)習(xí)中必須設(shè)計合理的實(shí)驗，利用實(shí)驗現(xiàn)象，促使學(xué)生深入思考宏觀實(shí)驗現(xiàn)象背后隱藏的微觀粒子變化的實(shí)質(zhì)，建構(gòu)氧化還原反應(yīng)基本概念的知識結(jié)構(gòu)模型。

1.借助實(shí)驗，引領(lǐng)學(xué)生建立認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的新視角

銅絲在空氣中加熱

用氫氣還原氧化銅

將鐵絲插入CuSO4溶液中

向CuSO4溶液中滴加NaOH溶液

【深度思考1】

①在這些反應(yīng)中，銅元素發(fā)生了哪些變化？

②前三個反應(yīng)與最后一個反應(yīng)的特征有什么不同，這三個反應(yīng)的本質(zhì)是怎樣的？

③含銅元素的物質(zhì)在這些反應(yīng)中表現(xiàn)出什么性質(zhì)？

學(xué)生通過做實(shí)驗并解決深度思考1中的三個問題，分析上述實(shí)驗中銅元素存在形態(tài)的變化，建立了可以從有無元素化合價變化的角度來認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的觀念，也學(xué)會了判斷氧化還原反應(yīng)的方法，即有元素化合價變化的反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng)，引領(lǐng)學(xué)生可以從元素化合價的角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)，分析和解決氧化還原反應(yīng)的實(shí)際問題。

2.借助實(shí)驗，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用學(xué)科知識，拓寬解決問題的思路和方法

【深度思考2】

①寫出鐵與CuSO4溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式并判斷該反應(yīng)是否屬于氧化還原反應(yīng)。

②利用圖2所示實(shí)驗裝置進(jìn)行鐵與CuSO4溶液反應(yīng)的實(shí)驗，實(shí)驗現(xiàn)象之一是電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這一實(shí)驗現(xiàn)象對你認(rèn)識鐵與CuSO4溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)有什么啟發(fā)？

圖2 探究氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)

問題2中通過電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)這一實(shí)驗事實(shí)，判斷電路中有電流產(chǎn)生，進(jìn)而得出電路中有電子定向移動的結(jié)論。這種通過實(shí)驗的方式揭示了氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是有電子轉(zhuǎn)移的方法，相比教師課堂直接給出結(jié)論的方法，實(shí)驗得出結(jié)論的方式學(xué)生更容易理解和接受。授人以魚不如授人以漁，學(xué)生既得出了氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是有電子轉(zhuǎn)移的結(jié)論又學(xué)會了綜合利用學(xué)科知識解決化學(xué)問題的思路和方法。

3.建構(gòu)氧化還原反應(yīng)知識關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化模型，梳理知識網(wǎng)絡(luò)

借助實(shí)驗建立了認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的新視角并綜合利用學(xué)科知識，拓寬了判斷氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)的思路和方法，最后結(jié)合高考題梳理出氧化還原反應(yīng)?？贾R關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化模型如圖3所示，在常考考點(diǎn)中需要應(yīng)用的基本概念原理模型圖如圖4所示。借助氧化還原反應(yīng)知識結(jié)構(gòu)化模型，梳理知識網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生把零散的知識結(jié)構(gòu)化，形成系統(tǒng)化和類別化的學(xué)科知識經(jīng)驗，達(dá)到知識結(jié)構(gòu)化和功能化的目的。

圖3 氧化還原反應(yīng)高考?？贾R關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化模型

圖4 氧化還原反應(yīng)基本概念關(guān)系模型

二、應(yīng)用結(jié)構(gòu)化模型，分板塊快速突破氧化還原反應(yīng)在高考中的常見考點(diǎn)

1.氧化還原反應(yīng)在客觀題中的主要呈現(xiàn)方式及其突破策略

隨著課程改革的推進(jìn)，化學(xué)在高考中成為選考獨(dú)立考查科目，和理綜時相比題目數(shù)量增加，通過分析新課標(biāo)試卷和新高考地區(qū)的試卷不難發(fā)現(xiàn)，氧化還原反應(yīng)基本概念的理解及應(yīng)用的試題又重新回歸。以2021年新高考省份化學(xué)高考真題為例來分析，在選擇題中氧化還原反應(yīng)重在考查根據(jù)題目給定信息，理解信息并依據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理會做判斷并進(jìn)行必要的計算。具體考查內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下四個方面：

1.1 考查氧化還原反應(yīng)的基本概念及轉(zhuǎn)移電子的計算

( )

A.K2H3IO6發(fā)生氧化反應(yīng)

B.KI是還原產(chǎn)物

C.生成12.7 g I2時，轉(zhuǎn)移0.1 mol電子

D.還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比為7∶1

【答案】D

【解析】

A.反應(yīng)中I元素的化合價降低，發(fā)生得電子的反應(yīng)，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；

B.KI中的I-由HI變化而來，化合價沒有發(fā)生變化，KI既不是氧化產(chǎn)物也不是還原產(chǎn)物，B錯誤；

C.12.7 g I2的物質(zhì)的量為0.05 mol，根據(jù)反應(yīng)方程式，每生成4 mol I2轉(zhuǎn)移7 mol電子，則生成0.05 mol I2時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.0875 mol，C錯誤；

D.反應(yīng)中HI為還原劑，K2H3IO6為氧化劑，在反應(yīng)中每消耗1 mol K2H3IO6就有7 mol HI失電子，則還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量的比為7∶1，D正確；故答案選D。

【突破策略】解決氧化還原反應(yīng)知識關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化模型中四對基本概念涉及問題最好的方法是緊扣氧化還原反應(yīng)的特征和實(shí)質(zhì)，解決模型為：寫方程式→標(biāo)注有變價的元素的化合價→依據(jù)“升還降氧”(元素化合價升高做還原劑，元素化合價降低做氧化劑)在反應(yīng)物中找出氧化劑、還原劑并標(biāo)注，然后依據(jù)“氧化劑被還原，還原劑被氧化”的規(guī)則，在生成物中找出氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物并標(biāo)注。

1.2 與離子反應(yīng)綜合，考查氧化還原方程式的書寫

【例2】(2021·全國乙卷·9)下列過程中的化學(xué)反應(yīng)，相應(yīng)的離子方程式正確的是

( )

【答案】A

【解析】

【突破策略】氧化還原反應(yīng)離子方程式的解決基本模型為：

第一步：首先觀察反應(yīng)是否符合實(shí)際情況(能否反應(yīng)、反應(yīng)后生成物形式是否正確、反應(yīng)順序及量比正確)。

第二步：接著判斷反應(yīng)物、生成物拆分是否正確。

第三步：考慮是否滿足三大守恒(電荷守恒、質(zhì)量守恒和得失電子守恒)。若以上三步均滿足則該離子方程式書寫正確。

1.3 與電化學(xué)綜合，考查氧化還原反應(yīng)原理的應(yīng)用

【例3】(2021·全國乙卷·12)沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率，為解決這一問題，通常在管道口設(shè)置一對惰性電極(如圖5所示)，通入一定的電流。下列敘述錯誤的是

( )

圖5

A.陽極發(fā)生將海水中的Cl-氧化生成Cl2的反應(yīng)

B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClO

C.陰極生成的H2應(yīng)及時通風(fēng)稀釋安全地排入大氣

D.陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理

【答案】D

【解析】

A.根據(jù)分析可知，陽極區(qū)海水中的Cl-會優(yōu)先失去電子生成Cl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；

B.設(shè)置的裝置為電解池原理，根據(jù)分析知，陽極區(qū)生成的Cl2與陰極區(qū)生成的OH-在管道中會發(fā)生反應(yīng)生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有強(qiáng)氧化性，可氧化滅殺附著的生物，B正確；

C.因為H2是易燃性氣體，所以陽極區(qū)生成的H2需及時通風(fēng)稀釋，安全地排入大氣，以排除安全隱患，C正確；

【突破策略】氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)綜合是高考必考考點(diǎn)之一，解決此類問題的模型為：

第一步：根據(jù)題目信息，首先判斷電化學(xué)裝置是原電池還是電解池。

第二步：接著判斷發(fā)生氧化反應(yīng)的電極和還原反應(yīng)的電極。

第三步：若為原電池發(fā)生氧化的電極是負(fù)極，若為電解池發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是陽極。

第四步：根據(jù)電極名稱判斷電極反應(yīng)的正誤以及離子移動方向。

1.4 結(jié)合元素化合物綜合考查氧化還原反應(yīng)在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用

【例4】(2020·北京市普通高中學(xué)業(yè)水平等級性考試·2)下列物質(zhì)的應(yīng)用中，利用了氧化還原反應(yīng)的是

( )

A.用石灰乳脫除煙氣中的SO2

B.用明礬[KAl(SO4)2·12H2O]處理污水

C.用鹽酸去除鐵銹(主要成分Fe2O3·xH2O)

D.用“84”消毒液(有效成分NaClO)殺滅細(xì)菌

【答案】D

【解析】

A.SO2是酸性氧化物，可與堿反應(yīng)，用石灰乳脫除煙氣中的SO2時，SO2與氫氧化鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣或亞硫酸氫鈣，反應(yīng)過程中無元素的化合價變化，沒有利用氧化還原反應(yīng)，故A不符合題意；

B.用明礬[KAl(SO4)2·12H2O]溶于水中，電離出的鋁離子發(fā)生水解生成氫氧化鋁膠體，利用膠體的吸附性可吸附污水中的固體顆粒物，該過程利用膠體的吸附性，發(fā)生的反應(yīng)沒有發(fā)生化合價變化，沒有利用氧化還原反應(yīng)，故B不符合題意；

D.用“84”消毒液有效成分NaClO，具有強(qiáng)氧化性，能使蛋白質(zhì)發(fā)生變性從而殺死細(xì)菌病毒，殺菌消毒的過程利用了氧化還原反應(yīng)，故D符合題意。

【突破策略】解決氧化還原反應(yīng)實(shí)際應(yīng)用問題，首先能根據(jù)所給信息準(zhǔn)確判斷出發(fā)生的主要反應(yīng)，不要求完整的書寫方程式；其次根據(jù)主要反應(yīng)物和生成物中的中心元素判斷出是否發(fā)生化合價變化，最后給出結(jié)論即可。此類問題綜合性較強(qiáng)，涉及元素化合物知識較多，需要有扎實(shí)的基本功。

2.氧化還原反應(yīng)在主觀題中的主要呈現(xiàn)方式及其突破策略

氧化還原反應(yīng)在主觀題中的考查主要滲透在流程題、實(shí)驗題和化學(xué)反應(yīng)原理綜合試題中，它不僅要求學(xué)生能依據(jù)題目所給信息判斷能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)而且要求學(xué)生能夠快速、準(zhǔn)確的寫出氧化還原反應(yīng)的離子、化學(xué)方程式或者電極反應(yīng)方程式，計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)、氧化劑和還原劑(或者氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物)對應(yīng)的量比關(guān)系，最難的當(dāng)屬在氧化還原滴定中要先判斷反應(yīng)的順序，再結(jié)合滴定操作計算產(chǎn)品產(chǎn)率或者樣品純度。

【例5】(2021·全國甲卷·26節(jié)選)碘(紫黑色固體，微溶于水)及其化合物廣泛用于醫(yī)藥、染料等方面。回答下列問題：

(1)I2的一種制備方法如圖6所示：

圖6

①加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為________________________________。

②通入Cl2的過程中，若氧化產(chǎn)物只有一種，反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________；若反應(yīng)物用量比n(Cl2)/n(FeI2)=1.5時，氧化產(chǎn)物為______________；當(dāng)n(Cl2)/n(FeI2)>1.5后，單質(zhì)碘的收率會降低，原因是_________________。

(2)以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2，上述制備I2的總反應(yīng)的離子方程式為_________________。

【突破策略】在流程中考查氧化還原反應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)是抓準(zhǔn)兩條線即物質(zhì)轉(zhuǎn)化線和操作線，關(guān)注非氫非氧元素在轉(zhuǎn)化過程中的物質(zhì)變化和化合價變化。第一步先找出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物；第二步，標(biāo)化合價利用化合價升降法配平有元素化合價變化的物質(zhì)的系數(shù)；第三步根據(jù)溶液的酸堿性補(bǔ)充H+或者OH-完成電荷守恒；最后根據(jù)質(zhì)量守恒判斷是否需要補(bǔ)充水分子，該方法同樣適合電極方程式的書寫。電子就轉(zhuǎn)移的計算方法和處理客觀題相同。根據(jù)配平好的方程式可以快速找出氧化劑、還原劑之間的關(guān)系。

【例6】(2020·江蘇卷·18節(jié)選)次氯酸鈉溶液和二氯異氰尿酸鈉(C3N3O3Cl2Na)都是常用的殺菌消毒劑。NaClO 可用于制備二氯異氰尿酸鈉。

②若在檢測中加入稀硫酸的量過少，將導(dǎo)致樣品的有效氯測定值________(填“偏高”或“偏低”)。

根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)換和電子得失守恒關(guān)系：

氯元素的質(zhì)量：

m(Cl)=1.000×10-3mol×35.5 g·mol-1=0.035 50 g

該樣品的有效氯為：

該樣品的有效氯大于60%，故該樣品為優(yōu)質(zhì)品 偏低

【突破策略】氧化還原反應(yīng)滲透在實(shí)驗題中，以氧化還原反應(yīng)滴定的方式呈現(xiàn)，此類問題比較綜合且涉及計算，對絕大多數(shù)學(xué)生而言是化學(xué)中最難的。突破此類問題首先需要理解滴定實(shí)驗的基本操作；其次寫出滴定過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化線；最后也是最關(guān)鍵的是找標(biāo)液和待測液之間的關(guān)系并計算。若是直接關(guān)系，利用化合價升降法直接找關(guān)系式即可；若因為存在連續(xù)反應(yīng)是間接關(guān)系的依然是先找準(zhǔn)關(guān)系式等量代換即可。