2.3.2
氧化还原反应的应用和配平
【学习目标】
1．了解常见金属的冶炼方法
2．掌握氯气的实验室制法
3．学会简单氧化还原反应方程式的配平及相关计算
【基础知识】
一、在研究物质性质中的应用
（1）过氧化氢的性质预测
元素 化合价 化合价变化趋势 性质
氢 +1价 降低 氧化性
氧 －1价 升高 还原性
－1价 降低 氧化性
（2）实验方案
①证明H2O2具有还原性，需加入氧化剂，如酸性KMnO4溶液。
②证明H2O2具有氧化性，需加入还原剂，如KI溶液。
（3）实验结论
①H2O2被氧化为O2，表现还原性。
②H2O2可氧化KI生成I2，H2O2表现氧化性。
二、在物质转化和能量转化中的应用
1．利用氧化还原反应实现物质的转化
（1）金属冶炼
①碳单质还原氧化铜：CuO+CCu+CO↑。
②一氧化碳还原氧化铁：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
③镁还原四氯化钛：TiCl4+2MgTi+2MgCl2。
④氢气还原三氧化钨：WO3+3H2W+3H2O。
（2）氯气的实验室制取
①装置
②制备原理：MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O
③收集方法：向上排空气法
（3）其他应用：金属材料的防腐蚀、食品的加工与保鲜、环境污染的防治等。
2．获得能量： （1）可燃物作还原剂，选择合适氧化剂发生氧化还原反应获得热量；
（2）通过氧化还原反应获得电能，即将氧化还原反应设计为电池对外供电，如燃料电池。
【考点剖析】 考点一：金属的冶炼
例1．（2021·九江高一下期末）钼是一种过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。
（1）写出在高温下发生反应①的化学方程__________________。 （2）如果在实验室模拟操作1和操作2，则需要使用的主要玻璃仪器有__________________。
氧化还原反应的实际应用
氧化还原反应是一种常见的化学反应类型，其中物质失去或获得电子，从而导致氧化和还原过程。这种反应具有广泛的实际应用，从日常生活到工业生产中都有重要的作用。
1. 食品加工
氧化还原反应在食品加工过程中扮演着关键的角色。例如，烹调食品时，食材中的一些成分会发生氧化还原反应，使食物呈现出特定的口感和颜色。此外，许多食品加工过程中需要使用氧化还原反应来实现防腐、漂白、稳定和增色等功能。
2. 电池技术
电池是一种将化学能转化为电能的设备，其中氧化还原反应在电池的正负极之间进行。例如，锂离子电池中的正极材料通常是一种氧化剂，而负极材料则是一种还原剂。通过氧化还原反应中电子的流动，电池可以提供持续的电能供电。
3. 腐蚀控制
氧化还原反应也与腐蚀控制相关。金属腐蚀是一种氧化还原反应，其中金属表面发生氧化反应导致金属离子释放，进而与环境中的还原剂发生反应，形成腐蚀产物。为了防止金属腐蚀，可以通过施加保护涂层、使用防腐剂或电化学方法等途径来干预氧化还原反应过程。
4. 水处理 在水处理中，氧化还原反应起着关键的作用。例如，氯气广泛用于水的消毒过程中，其本质是一种氧化剂，可以氧化水中的有机物和细菌。同时，还原剂如二氧化硫也被用于去除水中的氯气残余，以维持水质。
5. 化学分析
许多化学分析方法基于氧化还原反应来确定物质的含量或浓度。例如，滴定法利用氧化还原反应中的等当点来确定待测物质的浓度。此外，电化学法、分光光度法和电化学分析法等也依赖于氧化还原反应。
6. 金属提取和冶炼
氧化还原反应在金属提取和冶炼中也占有重要地位。许多金属的提取和冶炼过程涉及到金属离子的还原和氧化反应。例如，铝的提取就是通过电解氧化铝矾土中的铝离子得到的，而这是一种典型的氧化还原反应。
总结起来，氧化还原反应在众多实际应用中起着重要的作用。从食品加工、腐蚀控制到电池技术和金属提取，都少不了氧化还原反应的参与。通过深入理解和应用氧化还原反应，我们可以更好地解决实际问题，并为人类社会的进步做出贡献。
氧化还原反应的本质与意义
一、氧化还原反应
所谓氧化还原反应即为在发生分子破裂，原子进行重新组合的过程前后，物质的氧化数发生改变的反应。氧化还原反应在生活中随处可见，比如人们的呼吸，植物制造氧气，燃烧等等，在化工行业、农业、医用上等等都要应用到氧化还原反应。若能深入探讨氧化还原反应并清楚其来龙去脉，对人类的工作和生活是非常帮助的。
最早在18世纪后期，就有化学家对大部分化合物和氧的反应进行了归纳整理，然后总结得出归纳的反应里面都有类似的特点，因此氧化还原反应的概念就应运而生。氧化还原反应是由氧化反应和还原反应组成的，物质与氧原子之间的反应叫做氧化反应，若物质在反应中从其他有氧的化合物中得到氧原子的反应叫做还原反应。然后伴随着化学的进一步前进，人们对氧化还原反应有了深入的认识与了解，同时伴随着化合价，化合键等概念的出现，人们对氧化还原反应做了一个更为全面的诠释，人们认为氧化反应中化合物将失去电子，还原反应将得到电子。一直到1970年，国际上的组织对氧化还原反应给出了一个专业的定义，氧化还原反应就是在发生分子破裂，原子进行重新组合的过程前后，物质的氧化数发生改变的反应。
二、氧化还原反应的本质
氧化还原反应的本质就是电子的得到与失去，换另一种说法就是化合物之间电子发生了转移。也正是由于发生了电子的转移，这对化合物的性质也会产生比较大的改变。我们把一个物质获取电子的能力大小叫做这个化合物的氧化性，一般化合价比较高的物质和一些不稳定的非金属单质都有氧化性，根据我们的学习经验，一些酸性越强的物质，说明了这种物质的腐蚀性越强，那么其氧化性一般都很强，合理利用物质的氧化性能在我们的生活工作中产生有益的帮助。同样的道理，将一个物质失掉电子的困难程度的能力叫做还原性，物质越是能够轻易的丢掉电子，说明物质的还原性就越强，一般化合价不高的物质都有还原性，根据我们的学习经验，一般物质的碱性越强，那么他的还原性就越强。
炼铁高炉中的焦炭作用原理
炼铁高炉中的焦炭起到多种重要作用。其主要作用原理如下：
1. 还原剂：焦炭是高炉内的还原剂，可与矿石中的氧化铁反应，将其还原为金属铁。焦炭中的碳在高温下与氧气反应生成一氧化碳和二氧化碳气体，同时释放出大量的热能。这些气体与氧化铁反应，将其还原为金属铁，促使铁矿石的冶炼。
2. 提供热能：焦炭燃烧产生的热能是炼铁过程中的主要热源。焦炭燃烧反应会释放出大量的热，提供高温环境以将矿石加热到足够高的温度，以便矿石中的金属熔化和反应。
3. 保持高炉结构稳定：焦炭以块状形式存在于高炉中，可以填充高炉的上部以支撑和保持高炉炉料层的稳定。焦炭在高温和高压下具有一定的机械强度，能够抵抗高炉内的压力和炉料下沉。
4. 吸附杂质：焦炭具有吸附物质的能力。在高炉内，焦炭表面可以吸附硫、磷等有害元素，将其从矿石中除去，减少炉渣中的有害元素含量，提高铁的纯度。
总的来说，焦炭在高炉中的作用是还原铁矿石、提供热能、帮助维持高炉结构稳定，并对矿石中的杂质起吸附和去除的作用。这些作用共同促进了高炉内的铁的冶炼过程。
