现行人教社高中化学必修一第一章 1

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高中,化学必修一 ,教材

第一章化学反应及其能量变化

人类的祖先在与自然界的长期斗争中，很早就开始利用火。他们用火来取暖、烧烤食物，进而又用火来烧制陶器、炼铜、炼铁，等等。因此，我们可以说，人类的文明是从火堆中萌发的，火在人类的进化中起了很重要的作用！

我们知道，木柴等可燃物燃烧时会着火，因此，要探索火的奥秘，就需要研究可燃物的燃烧。在初中化学中，我们学习了燃烧是指可燃物跟空气中的氧气发生的一种发光、发热的剧烈的氧化反应。但是，仅仅知道这些知识是远远不够的。我们还需要继续研究诸如燃烧反应的本质是什么？燃烧是否一定要有氧气参加？在燃烧过程中能量是如何变化的？如何提高燃料的燃烧效率？如何防治燃烧产物对大气造成的污染？等等。这些问题，大多与我们在本章中学习的化学反应及其能量变化有密切的关系，有些问题还有待今后进一步学习。

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第一节氧化还原反应

一．化学反应的类型

我们知道，木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳的反应，既是化合反应，又是氧化反应。

C＋O2

CO2

正如我们可以根据物质的组成和性质，将物质分成单质、氧化物、酸、碱、盐等若干类那样，我们也可以把化学反应分成若干类。这样，不仅学习时更简便，而且也有利于了解各类化学反应的本质。化学反应从不同的角度可以有多种分类方法。例如，在初中化学中，我们曾学习过两种不同的分类方法。

1．根据反应物和生成物的类别以及反应前后物质种类的多少，把化学反应分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应。这就是我们通常所说的四种基本类型的反应。

表1-1 四种基本类型的反应

2．根据反应中物质是否得到氧或失去氧，把化学反应分为氧化反应和还原反应。

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表1-2 氧化反应和还原反应

讨论

1．用四种基本类型的分类方法分析

属于哪种类型的反应？

2．用物质是否得氧和失氧的分类方法分析，氢气与氧化铜在加热条件下的反应，是否仅仅属于还原反应？

通过讨论我们可以知道，四种基本类型的分类方法是一种重要的分类方法。但由于这种分类方法只是从形式上划分的，因此，不能反映化学反应的本质，也不能包括所有的化学反应。

同样，从物质在反应中是否得氧和失氧的角度把化学反应分为氧化反应和还原反应，也是不全面的，它把一个反应中同时发生的两个过程人为地分割开，因此，也不能反映该类反应的本质。

由此说明，我们在化学学习的初始阶段，学习的一些概念和原理往往是不完善和不全面的，这些概念和原理常有它们自己的适用范围。因此，我们应该正确

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地、恰当地看待这些初始阶段的概念和原理，并注意它们今后的发展，以科学的态度来学习化学。

下面，我们根据化学反应中是否有电子转移（得失或偏移），来学习一类重要的化学反应——氧化还原反应。

二．氧化还原反应

从上面的讨论中可以知道，在氢气与氧化铜的反应中：

氧化铜失去氧发生还原反应，氢气得到氧发生氧化反应。这两个截然相反的过程是在一个反应中同时发生的。在化学反应中，一种物质与氧化合，必然同时有另一种物质中的氧被夺去。也就是说，有一种物质被氧化，必然有一种物质被还原。像这样一种物质被氧化，同时另一种物质被还原的反应叫做氧化还原反应。

讨论

氧化还原反应与元素化合价的升降有什么关系？我们仍以氢气与氧化铜的反应为例来分析：

在反应中，铜元素的化合价由＋2价降低到0价，氧化铜被还原；氢元素的化合价由0价升高到＋1价，氢气被氧化。

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我们对氧化铜与碳的反应以及水蒸气与碳的反应等进行类似的分析，就会发现有同样的情况存在：

由此我们可以得出这样的结论：物质所含元素化合价升高的反应是氧化反应，物质所含元素化合价降低的反应是还原反应。凡有元素化合价升降的化学反应是氧化还原反应。

用化合价升降的观点不仅能分析有得氧和失氧关系的反应，还能分析虽没有得氧和失氧关系，但元素化合价在反应前后有变化的反应。

我们在初中化学中学过，元素化合价的升降与电子得失或偏移有密切关系。由此可以推论，氧化还原反应与电子的转移有密切关系。这种关系是什么呢？我们以钠与氯气的反应，以及氢气与氯气的反应为例来分析。

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钠原子的最外电子层上有1个电子，氯原子的最外电子层上有7个电子。当钠与氯反应时，钠原子失去1个电子成为钠离子，氯原子得到1个电子成为氯离子。在这个反应中，发生了电子①的转移。

在离子化合物里，失去电子的原子带正电，这种元素的化合价是正价；得到电子的原子带负电，这种元素的化合价是负价。在钠与氯气的反应中，

钠失去1个电子，钠元素的化合价从0价升高到＋1价，被氧化；氯得到1个电子，氯元素的化合价从0价降低到－1价，被还原。

在氯气与氢气的反应中，由于生成的氯化氢是共价化合物，在电子转移过程中，哪一种元素的原子都没有完全失去或完全得到电子，它们之间只有共用电子对的偏移，且共用电子对偏离于氢原子而偏向于氯原子。因此，氢元素的化合价从0价升高到＋1价，被氧化；氯元素的化合价从0价降低到－1价，被还原。

综上所述，我们可以给氧化还原反应下一个更为本质的定义：凡有电子转移（得失或偏移）的反应都是氧化还原反应。凡没有电子转移的反应，就是非氧化还原反应。

在氧化还原反应中，电子转移（得失或偏移）和化合价升降的关系如图1－6所示。

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讨论

有人说置换反应全部属于氧化还原反应，复分解反应全部属于非氧化还原反应，有单质参加的化合反应和有单质生成的分解反应全部属于氧化还原反应。你认为这个结论合理吗？简述你的理由。

为了帮助理解和记忆，常可以利用图、表等来描述一些知识间的关系。四种基本类型反应与氧化还原反应的关系如图1－7所示。

三．氧化剂和还原剂

氧化剂和还原剂作为反应物共同参加氧化还原反应。在反应中，电子从还原剂转移到氧化剂，即氧化剂是得到电子（或电子对偏向）的物质，在反应时所含元素的化合价降低。氧化剂具有氧化性，反应时本身被还原。还原剂是失去电子（或电子对偏离）的物质，在反应时所含元素的化合价升高。还原剂具有还原性，反应时本身被氧化。

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例如，对于下列反应：

在中学化学中，常作为氧化剂的物质有O2、Cl2、浓H2SO4、HNO3、KMnO4等；常作为还原剂的物质有活泼的金属单质，如Zn、Fe，以及C、H2、CO等。氧化还原反应是一类重要的化学反应。在工农业生产、科学技术和日常生活中都有广泛的应用。例如，食物在人体中被消化，以提供生命活动所需的营养和能量，就离不开氧化还原反应。又如，煤燃烧、酿酒、电镀、金属的冶炼等，也都离不开氧化还原反应。氧化还原反应的重要应用之一是制取物质，例如，可以利用下列反应来分别制取O2、Cu和Fe：

2KClO3 2KCl＋3O2↑

Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu Fe2O3＋3CO2

Fe＋3CO2

并不是所有的氧化还原反应都能利用来造福于人类的，有些氧化还原反应会给人类带来危害，如易燃物的自燃、食物的腐败、钢铁的锈蚀等。我们应该运用化学知识来防止这类氧化还原反应的发生或减慢其进程。例如，可采用在钢铁表面喷漆等方法来防止钢铁锈蚀的氧化还原反应发生。

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习题

一．填空题

1．在化学反应中，如果反应前后元素化合价发生变化，一定有____转移，这类反应就属于____反应。元素化合价升高，表明这种物质____电子，发生____反应，这种物质是____剂；元素化合价降低，表明这种物质____电子，发生____反应，这种物质是____剂。

2．在高温时，水蒸气与灼热的碳发生氧化还原反应的化学方程式是____，其中，水是____剂。硫在氧气中燃烧的化学方程式是____，其中，硫是____。

二．选择题

1．下列反应中，属于氧化还原反应的

是［］