AP 的三类反应:看转移了什么
2.7.1 节按反应的“形式”分类:化合、分解、单置换、复分解、燃烧。AP 按反应的“本质”分成三类:
| 类型 | 本质 | 判断依据 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 酸碱反应acid–base reaction | 质子(H⁺)转移 | H⁺ 从一种粒子转移到另一种,没有元素的氧化数变化 | HCl + NH₃ → NH₄Cl |
| 氧化还原反应oxidation–reduction (redox) reaction | 电子转移 | 有元素的氧化数变化 | Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu |
| 沉淀反应precipitation reaction | 离子结合成难溶物 | 溶液中的离子生成难溶的固体 | Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ |
用氧化数判断氧化还原反应
氧化数(2.13.1)的常用规则:单质中元素为 0;单原子离子等于它的电荷;F 为 −1;第 1、2 族金属为 +1、+2;H 一般为 +1,O 一般为 −2;各元素氧化数之和等于粒子的电荷。
一个反应中,只要有一种元素的氧化数变了,它就是氧化还原反应:氧化数升高的元素被氧化(失去电子),降低的被还原(得到电子)。U4.9 会进一步计算转移的电子。
五种基本类型和三类反应
两种分法看的东西不同,可以同时使用:
- 燃烧、单置换反应: 都是氧化还原反应。
- 化合、分解反应: 有的是氧化还原反应(、),有的不是(、)。
- 复分解反应: 一般是沉淀反应或酸碱反应,有的两者都是:H₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄↓ + 2H₂O 既生成沉淀,又有 H⁺ 和 OH⁻ 结合成水。
两种值得注意的情况:
- 歧化反应disproportionation:同一种元素既被氧化又被还原。 中 O 由 −1 变成 −2 和 0;3Br₂ + 6OH⁻ → 5Br⁻ + BrO₃⁻ + 3H₂O 中 Br 由 0 变成 −1 和 +5。
- 铜和稀硝酸: 3Cu + 8H⁺ + 2NO₃⁻ → 3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O 中,被还原的是 NO₃⁻ 里的 N(+5 → +2),不是 H⁺。H 的氧化数没有变,所以不生成 H₂。
选反应的类型,看氧化数的证据:
氧化数:Mg:0 → +2(升高,被氧化);O:0 → −2(降低,被还原)
镁和氧气生成一种物质,形式上是化合反应;但 Mg 失去电子、O 得到电子,所以也是氧化还原反应。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
H⁺ 从 HCl 转移给 OH⁻(质子转移)。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
生成了难溶的固体 AgCl。
Ag⁺ 和 Cl⁻ 结合成难溶的 AgCl,没有电子转移,也没有质子转移。
氧化数:Zn:0 → +2(升高,被氧化);Cu:+2 → 0(降低,被还原)
Zn 把电子交给 Cu²⁺。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
两种物质生成一种物质,看起来像化合反应,实质是 H⁺ 从 HCl 转移给 NH₃,所以是酸碱反应。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
生成了气体,但没有元素的氧化数变化:H⁺ 转移给 CO₃²⁻,生成的 H₂CO₃ 分解为 H₂O 和 CO₂。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
生成了难溶的固体 BaSO₄。
Ba²⁺ 和 SO₄²⁻ 结合成难溶的 BaSO₄。
氧化数:O:−1 → −2 和 0(既升高又降低)
O 一部分从 −1 升到 0,一部分降到 −2:这叫歧化反应,也是氧化还原反应。
氧化数:Br:0 → −1 和 +5(既升高又降低)
Br 一部分从 0 降到 −1,一部分升到 +5:歧化反应。
氧化数:Cu:0 → +2(升高,被氧化);N:+5 → +2(降低,被还原)
被还原的是 NO₃⁻ 中的 N(+5 → +2),不是 H⁺:H 的氧化数没有变。
氧化数:C:−4 → +4(升高,被氧化);O:0 → −2(降低,被还原)
燃烧反应都是氧化还原反应:C 被氧化,O 被还原。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
H⁺ 从 HC₂H₃O₂(即 CH₃COOH)转移给 OH⁻。弱酸也能和 OH⁻ 完全反应。
氧化数:所有元素的氧化数都没有变化,不是氧化还原反应。
生成了难溶的固体 PbI₂。
Pb²⁺ 和 I⁻ 结合成难溶的黄色 PbI₂。
氧化数:Na:0 → +1(升高,被氧化);H:+1 → 0(降低,被还原)
Na 失去电子;H₂O 中的一部分 H 得到电子,生成 H₂。
例题 1:判断类型并说明理由
判断下列反应的类型,说明理由:① ;② ;③ 。
-
识别:三种类型各看什么。
- 酸碱反应:有 (质子)转移
- 氧化还原反应:有元素的氧化数改变,即有电子转移
- 沉淀反应:溶液中的离子结合成难溶物
每个反应都先标出氧化数,再看转移了什么、生成了什么。
-
反应 ①:。 氧化数:N −3、H +1、Cl −1,反应前后都没有变,不是氧化还原。 从 HCl 转移给 ,生成 :酸碱反应。形式上是化合反应,本质是质子转移。
-
反应 ②:。 比较氧化数:
有电子从 Mg 转移给 O:氧化还原反应(同时也是化合反应和燃烧反应)。
-
反应 ③:。 Pb 一直是 +2,I 一直是 −1,没有电子转移,也没有质子转移;溶液中的离子结合成难溶的 :沉淀反应。
-
理由的写法。 每个判断都写出“转移了什么”或“生成了什么”,并用氧化数检查。
例题 2:被还原的是谁
铜和稀硝酸反应:
指出被氧化和被还原的元素,说明为什么不生成 H₂。
-
标出反应前后各元素的氧化数。
-
判断氧化和还原。 Cu 氧化数升高,失去电子,被氧化; 中的 N 氧化数降低,得到电子,被还原。H 和 O 的氧化数不变。
-
检查得失电子守恒。
3 个 Cu 各失 2 个,2 个 N 各得 3 个,相等。
-
为什么不生成 H₂。 生成 需要 得到电子(+1 → 0),但 H 的氧化数没有变:得到电子的是 中的 N。 只是提供酸性环境,最后和 O 结合成水。
- 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃
Al 0 → +3,Cl 0 → −1。
- HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O
H⁺ 和 OH⁻ 结合成水。
- CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl
生成难溶的 CaCO₃。
- Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂↑
Fe 0 → +2,H +1 → 0。
- NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
H⁺ 从 H₂O 转移给 NH₃。
- 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑
Cl +5 → −1,O −2 → 0。分解反应也可以是氧化还原反应。
- Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O
H⁺ 转移给 OH⁻。
- Sr²⁺ + SO₄²⁻ → SrSO₄↓
生成难溶的 SrSO₄。
- C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
燃烧都是氧化还原反应。
- Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O
Cl 0 → −1 和 +1,歧化反应。
- HCO₃⁻ + H⁺ → H₂O + CO₂↑
H⁺ 转移给 HCO₃⁻,没有氧化数变化。
- CuO + H₂ → Cu + H₂O
Cu +2 → 0,H 0 → +1。
常见误区
误区 1:“反应中有 H 原子转移,就是酸碱反应。” 酸碱反应转移的是 H⁺,没有元素的氧化数变化。 中 H 由 0 变成 +1,这是电子转移,属于氧化还原反应。
误区 2:“两种反应物生成一种产物,就是沉淀反应。” 沉淀反应是溶液中的离子结合成难溶的固体。 生成一种产物,却是酸碱反应; 是氧化还原反应。
误区 3:“方程式里有离子,就是复分解反应。” 里有离子,但有元素的氧化数变化,是氧化还原反应。判断类型要看转移了什么。
即时小测
稀硝酸和铜反应:3Cu + 8H⁺ + 2NO₃⁻ → 3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O。下列说法最好的是?
Cu 0 → +2,N +5 → +2。H 的氧化数没有变,所以 H⁺ 没有被还原;消耗 H⁺ 并不说明是酸碱反应;NO 是气体,不是沉淀。
2Mg + O₂ → 2MgO 是化合反应。它也是氧化还原反应吗?
是不是氧化还原反应只看氧化数有没有变。化合、分解这些形式上的分类可以和氧化还原同时成立。
NH₃(g) + HCl(g) → NH₄Cl(s) 属于哪一类反应?理由是什么?
各元素的氧化数都不变,有质子转移。生成固体不等于沉淀反应:沉淀反应是溶液中的离子结合成难溶物。
在 Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O 中,下列说法正确的是?
同一种元素既升高又降低,这是歧化反应。O 和 H 的氧化数没有变。
H₂SO₄ 溶液和 Ba(OH)₂ 溶液反应,生成 BaSO₄ 沉淀和水。这个反应属于?
H⁺ 和 OH⁻ 结合成水(质子转移),Ba²⁺ 和 SO₄²⁻ 结合成沉淀。没有元素的氧化数变化。
对于 2H₂ + O₂ → 2H₂O,一位学生说:“H 原子从 H₂ 转移到了 O 上,所以是酸碱反应。”下列评价正确的是?
酸碱反应转移的是 H⁺,氧化数不变;这里氧化数变了,是电子转移。没有离子参加的反应也可以是氧化还原反应。
AP 自由作答题
考虑下面三个反应:
反应 ①:
反应 ②:
反应 ③(PbCl₂ 难溶):
(a) 判断每个反应属于酸碱反应、氧化还原反应还是沉淀反应,并说明理由。
(b) 对反应 ①,写出发生变化的元素的氧化数,指出氧化剂和还原剂。
(c) 一位学生说:“反应 ② 生成了气体,所以是氧化还原反应。”评价这个说法。
(d) 写出反应 ③ 的净离子方程式。
参考答案与评分要点
(a) ① 氧化还原反应:Zn 和 H 的氧化数变了。② 酸碱反应:H⁺ 转移给 CO₃²⁻,生成的 H₂CO₃ 分解为 H₂O 和 CO₂,没有元素的氧化数变化。③ 沉淀反应:Pb²⁺ 和 Cl⁻ 结合成难溶的 PbCl₂,没有电子或质子转移。
(b) Zn:0 → +2,被氧化;H:+1 → 0,被还原;Cl 都是 −1。氧化剂是 HCl(其中的 H⁺),还原剂是 Zn。
(c) 说法错误。生成气体不能说明发生了电子转移。反应 ② 中 Na(+1)、C(+4)、O(−2)、H(+1)、Cl(−1)的氧化数都没有变,所以不是氧化还原反应。
(d)
评分要点: (a) 三个判断各有理由;(b) 两种元素的变化和氧化剂、还原剂;(c) 指出用氧化数判断,并逐一核对;(d) 净离子方程式。
小结
- 酸碱反应转移质子,氧化还原反应转移电子(有元素的氧化数变化),沉淀反应生成难溶的固体。
- 燃烧、单置换都是氧化还原反应;化合、分解可能是,也可能不是;复分解一般是沉淀或酸碱反应,也可以两者都是。
- 歧化反应中同一种元素既被氧化又被还原。
- 判断类型要写出“转移了什么”,并用氧化数检查;“有 H 转移”“只有一种产物”“有离子出现”都不是理由。
AP 提示: 选择题常给出“结论 + 理由”。先用氧化数判断是不是氧化还原,再看有没有质子转移或难溶物生成;最后检查选项中的理由是否真正说明了这一类反应的本质。