高考化学一轮复习《氧化还原反应规律及应用氧化还原反应方程式的配平及计算》学案.docx
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高考化学一轮复习《氧化还原反应规律及应用氧化还原反应方程式的配平及计算》学案
氧化还原反应规律及应用
氧化还原反应方程式的配平及计算
【最新考纲】
1.掌握常见氧化还原反应方程式的简单配平方法。
2.能利用电子守恒的原理进行相关计算。
考点一
氧化还原反应“三大”规律的应用
[知识精讲]
命题点1 守恒规律
氧化还原反应遵循以下三个守恒关系
(1)质量守恒:
反应前后元素的种类和质量不变。
(2)电子守恒:
即氧化剂得电子的总数等于还原剂失电子的总数。
这是配平氧化还原反应方程式的依据,也是有关氧化还原反应计算的依据。
(3)电荷守恒:
离子方程式中反应物中各离子的电荷总数与产物中各离子的电荷总数相等。
书写氧化还原反应的离子方程式时要注意满足电荷守恒,如Fe3++Cu===Fe2++Cu2+(错误),2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+(正确)。
[典题示例]
1.若(NH4)2SO4在强热时分解的产物是SO2、N2、NH3和H2O,则该反应中化合价发生变化和未发生变化的N原子数之比为( )
A.1∶4 B.1∶2
C.2∶1D.4∶1
解析:
选B 配平该反应:
3(NH4)2SO4
3SO2↑+4NH3↑+N2↑+6H2O,从而推断出化合价变化和未变化的N原子个数之比为1∶2。
2.(2015·长郡模拟)已知离子方程式:
As2S3+H2O+NO
―→AsO
+SO
+NO↑+________(未配平),下列说法错误的是( )
A.配平后水的化学计量数为4
B.反应后溶液呈酸性
C.配平后氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶28
D.氧化产物为AsO
和SO
解析:
选C 根据电子守恒,结合电荷守恒可配平化学方程式,3As2S3+4H2O+28NO
===6AsO
+9SO
+28NO↑+8H+,由此可知A、B、D正确,C项应为28∶3。
命题点2 价态规律
同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时可总结为:
价态相邻能共存,价态相间能归中,归中价态不交叉,低升高降只靠拢。
1.价态归中规律思维模型
含不同价态同种元素的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化一定遵循“高价+低价―→中间价”,而不会出现交叉现象。
简记为“两相靠,不相交”。
例如,不同价态硫之间可以发生的氧化还原反应是
注:
⑤中不会出现H2S转化为SO2而H2SO4转化为S的情况。
2.歧化反应规律思维模型
“中间价―→高价+低价”。
具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应,如:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
[典题示例]
1.在KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O的反应中,被氧化的氯与被还原的氯的原子个数比为( )
A.1∶6B.6∶1
C.1∶5D.5∶1
解析:
选D KClO3中的Cl元素和HCl中的Cl元素发生归中反应,生成零价态的Cl2,用双线桥法标出电子得失情况如下:
K
lO3+6H
(浓)===KCl+3C失5e-得5e-l2↑+3H2O知HCl中的Cl元素化合价升高被氧化,KClO3中的Cl元素化合价降低被还原,且原子个数之比为5∶1。
2.已知G、Q、X、Y、Z均为含氯元素的化合物,在一定条件下有下列转化关系(未配平):
①G―→Q+NaCl ②Q+H2O
X+H2 ③Y+NaOH―→G+Q+H2O ④Z+NaOH―→Q+X+H2O
这五种化合物中Cl元素化合价由低到高的顺序是( )
A.G、Y、Q、Z、XB.X、Z、Q、G、Y
C.X、Z、Q、Y、GD.G、Q、Y、Z、X
解析:
选A 由①得出Q价态高于G,因为G必介于Q和-1价的Cl之间,-1价为氯元素的最低价;将该结论引用到③,Y介于Q与G之间,故有Q价态高于Y,Y价态高于G;分析②:
H2O中的H化合价降低,则Q中的氯元素转变为X中的氯元素,化合价必升高,则得出X价态高于Q;最后分析④:
Z介于Q、X之间,则X价态高于Z,Z价态高于Q。
命题点3 强弱规律
在浓度相差不大的溶液中:
(1)同时含有几种还原剂时
将按照还原性由强到弱的顺序依次反应。
如在FeBr2溶液中通入少量Cl2时,因为还原性Fe2+>Br-,所以Fe2+先与Cl2反应。
(2)同时含有几种氧化剂时
将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应。
如在含有Fe3+、Cu2+、H+的溶液中加入Fe粉,因为氧化性Fe3+>Cu2+>H+,所以Fe粉先与Fe3+反应,然后依次为Cu2+、H+。
深度思考:
1.往FeBr2溶液中通入少量Cl2,哪种离子先被氧化?
若改为FeI2呢?
答案 由于还原性I->Fe2+>Br-,所以往FeBr2溶液中通入少量Cl2,首先被氧化的是Fe2+;向FeI2溶液中通入少量Cl2,首先被氧化的是I-。
2.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)向浓H2SO4中通入H2S气体,1mol浓硫酸转移电子数可能是6NA,也可能是2NA(√)
解析 H2SO4(浓)+3H2S===4S↓+4H2O
H2SO4(浓)+H2S===SO2↑+S↓+2H2O
前一反应中1mol浓H2SO4转移6NA电子,后一反应中转移2NA电子。
(2)1molCl2与Ca(OH)2完全反应,转移的电子数是2NA(×)
解析 Cl2既是氧化剂又是还原剂,1molCl2和Ca(OH)2反应,转移电子数应为NA。
(3)1molKClO3与足量的浓盐酸完全反应,转移电子数为6NA(×)
解析
KClO3+6HCl(浓)===KCl得6e-+3Cl失6e-2↑+3H2O(错误)
KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl得5e-失5×e-2↑+3H2O(正确)
所以转移电子数应为5NA。
[典题示例]
1.(2015·辽宁检测)含有amolFeBr2的溶液中,通入xmolCl2。
下列各项为通Cl2过程中,溶液内发生反应的离子方程式,其中不正确的是( )
A.x=0.4a,2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
B.x=0.6a,2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
C.x=a,2Fe2++2Br-+2Cl2===Br2+2Fe3++4Cl-
D.x=1.5a,2Fe2++4Br-+3Cl2===2Br2+2Fe3++6Cl-
解析:
选B 还原性:
Fe2+>Br-,根据氧化还原反应的先后顺序知,Cl2先氧化Fe2+,然后再氧化Br-。
离子反应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,2Br-+Cl2===Br2+2Cl-。
当x=0.4a时,Cl2不能完全氧化Fe2+,只发生反应2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,A正确;当x=0.6a时,Cl2将Fe2+完全氧化后,又能氧化
mol的Br-,B错误;x=a时,Cl2氧化Fe2+后又能氧化amol的Br-,C正确;当x=1.5a时,Cl2将Fe2+、Br-完全氧化,D正确。
2.在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01mol的酸性混合溶液中加入0.01mol铁粉,经搅拌后发生的变化应是( )
A.铁溶解,析出0.01molAg和0.005molCu
B.铁溶解,析出0.01molAg并放出H2
C.铁溶解,析出0.01molAg,溶液中不再有Fe3+
D.铁溶解,析出0.01molAg,溶液中不再有Cu2+
解析:
选C 因为氧化性Ag+>Fe3+>Cu2+>H+,所以先发生反应2Ag++Fe===2Ag+Fe2+,其中0.005mol的铁粉与0.01mol的AgNO3反应,析出0.01molAg,再发生:
2Fe3++Fe===3Fe2+,其中剩余的0.005mol铁粉与0.01mol的Fe(NO3)3反应,溶液中不再有Fe3+,故选C。
[当堂检测]
1.(2015·温州检测)已知OCN-中每种元素都满足8电子稳定结构,在反应OCN-+OH-+Cl2―→CO2+N2+Cl-+H2O(未配平)中,如果有6molCl2完全反应,则被氧化的OCN-的物质的量是( )
A.2molB.3mol
C.4molD.6mol
解析:
选C OCN-中C显+4价,N显-3价,反应中只有N和Cl的化合价改变,根据OCN-~
N2、Cl2~2Cl-,由得失电子守恒:
3n(Cl2)=2n(OCN-),可知6molCl2完全反应,有4molOCN-被氧化,C正确。
2.(2015·新建模拟)已知酸性高锰酸钾溶液可以将FeSO4氧化,化学方程式为2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===K2SO4+2MnSO4+5Fe2(SO4)3+8H2O,现将一定量的硫酸酸化的高锰酸钾溶液与硫酸亚铁溶液混合,充分反应后再向所得溶液中加入KI溶液,混合溶液中铁离子的物质的量随加入的KI的物质的量的变化关系如上图所示。
则下列有关说法不正确的是( )
A.图中AB段主要是高锰酸钾和碘化钾溶液反应
B.图中BC段发生的反应为2Fe3++2I-===2Fe2++I2
C.根据OC段的数据可知开始加入的高锰酸钾的物质的量为0.25mol
D.根据OC段的数据可知开始加入的硫酸亚铁的物质的量为1mol
解析:
选D 根据题中方程式可知:
MnO
的氧化性强于Fe3+,当加入KI溶液时,n(Fe3+)不变,说明MnO
先氧化I-,A正确;MnO
反应完全后,Fe3+氧化I-,使n(Fe3+)减小,B正确;BC段参加反应的I-为0.75mol,故还原的n(Fe3+)为0.75mol,再根据电子守恒,生成0.75molFe3+需0.15molMnO
,加入的高锰酸钾的物质的量为0.25mol,C正确。
3.现有下列三个氧化还原反应:
①2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
②2FeCl2+Cl2===2FeCl3
③2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
若某溶液中含有Fe2+、Cl-和I-,要除去I-而不氧化Fe2+和Cl-,可以加入的试剂是( )
A.Cl2B.KMnO4
C.FeCl3D.HCl
答案 C
解析 本题是寻找一种氧化剂,其氧化性应大于I2的氧化性,而小于Cl2和Fe3+的氧化性(也可等于Fe3+的氧化性)。
由①知氧化性Fe3+>I2,还原性I->Fe2+;由②知氧化性Cl2>Fe3+,还原性Fe2+>Cl-;由③知氧化性MnO
>Cl2,还原性Cl->Mn2+;由此推知氧化性强弱顺序为KMnO4>Cl2>FeCl3>I2,还原性强弱顺序为I->Fe2+>Cl->Mn2+。
所以KMnO4可氧化Cl-、Fe2+及I-,Cl2可氧化Fe2+及I-,FeCl3只能氧化I-。
4.在淀粉碘化钾溶液中加入少量次氯酸钠溶液,振荡后溶液变蓝,再加入足量的亚硫酸钠溶液,蓝色逐渐消失。
下列判断错误的是( )
A.氧化性:
ClO->SO
>I2
B.漂粉精溶液可使淀粉碘化钾试纸变蓝
C.ClO-与I-在碱性条件下可以发生氧化还原反应
D.向新制氯水中加入足量亚硫酸钠溶液,氯水褪色
答案 A
解析 反应原理为
2I-+ClO-+H2O===I2+Cl-+2OH-
I2+SO
+H2O===2I-+SO
+2H+
所以氧化性ClO->I2>SO
,A项错误。
5.常温下,在下列溶液中发生如下反应:
①16H++10Z-+2XO
===2X2++5Z2+8H2O
②2A2++B2===2A3++2B-
③2B-+Z2===B2+2Z-
由此判断下列说法正确的是( )
A.反应Z2+2A2+===2A3++2Z-不能进行
B.Z元素在①③反应中均被氧化
C.氧化性由弱到强的顺序是XO
、Z2、B2、A3+
D.还原性由强到弱的顺序是A2+、B-、Z-、X2+
答案 D
解析 A项,由②、③可知氧化性Z2>A3+,所以反应Z2+2A2+===2A3++2Z-能进行,错误;B项,Z元素在①反应中被氧化,在③反应中被还原,错误;C项,氧化性由强到弱的顺序是XO
、Z2、B2、A3+,错误;D项,还原性由强到弱的顺序是A2+、B-、Z-、X2+,正确。
6.水热法制备Fe3O4纳米颗粒的总反应:
3Fe2++2S2O
+O2+xOH-===Fe3O4+S4O
+2H2O,有关说法正确的是( )
A.每转移1.5mol电子,有1.125molFe2+被氧化
B.x=2
C.Fe2+、S2O
都是还原剂
D.每生成1molFe3O4,反应中转移电子2mol
答案 C
解析 该反应中转移电子为4mol,此时有2molFe2+被氧化,所以每转移1.5mol电子,有
×1.5=0.75molFe2+被氧化,A项错误;B项,根据H元素守恒,x应等于4,错误;C项,Fe2+、S2O
中化合价均升高,都是还原剂,正确。
7.在铜的冶炼过程中有如下反应发生
5FeS2+14CuSO4+12H2O===7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4
关于此反应,下列说法正确的是( )
A.Cu2S既是氧化产物,又是还原产物
B.5molFeS2发生反应,有10mol电子转移
C.FeS2只作还原剂
D.产物中的SO
有一部分是氧化产物
答案 D
解析
根据以上分析,A项,Cu2S仅是还原产物;B项,应有21mol电子转移;C项,FeS2既是氧化剂,又是还原剂。
考点二
守恒规律在化学方程式配平及相关计算中的应用
[知识精讲]
命题点1 氧化还原反应方程式的配平及书写
氧化还原反应的实质是反应过程中发生了电子转移,而氧化剂得电子总数(或元素化合价降低总数)必然等于还原剂失电子总数(或元素化合价升高总数),根据这一原则可以对氧化还原反应的化学方程式进行配平。
配平的基本步骤:
(1)标好价:
正确标出反应前后化合价有变化的元素的化合价。
(2)列变化:
列出元素化合价升高和降低的数值。
(3)求总数:
求元素化合价升高和降低的总数,确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。
(4)配系数:
用观察法配平其他各物质的化学计量数。
(5)细检查:
利用“守恒”三原则(即质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒),逐项检查配平的方程式是否正确。
1.配平的三大守恒原则
2.配平的四种方法技巧
(1)正向配平法:
适合反应物分别是氧化剂、还原剂的反应,配平按以下4步进行。
例如:
(2)逆向配平法:
适用于一种元素的化合价既升高又降低的反应和分解反应中的氧化还原反应。
先确定生成物的化学计量数,然后再确定反应物的化学计量数。
例如:
+KOH(热、浓)——K2
化合价降低2+K2
化合价升高4O3+H2O
由于S的化合价既升又降,而且升降总数要相等,所以K2S的化学计量数为2,K2SO3的化学计量数为1,然后确定S的化学计量数为3。
(3)奇数配偶法:
适用于物质种类少且分子组成简单的氧化还原反应。
如S+C+KNO3——CO2↑+N2↑+K2S,反应物KNO3中三种元素原子数均为奇数,而生成物中三种元素的原子数均为偶数,故可将KNO3乘以2,然后用观察法配平得:
S+3C+2KNO3===3CO2↑+N2↑+K2S。
(4)缺项配平法:
对于化学反应方程式,所缺物质往往是酸、碱或水;如果是离子方程式,所缺物质往往是H+、OH-或水。
可以根据质量守恒先写出所缺物质,再用其他守恒法配平。
如果无法确定所缺物质,可先依据元素化合价的升降相等原则将已知的物质配平,然后再根据质量守恒确定所缺物质的化学式及化学计量数。
[典题示例]
1.正向配平法。
(1)___KI+___KIO3+___H2SO4===___I2+___K2SO4+___H2O
(2)___MnO
+___H++___Cl-===___Mn2++___Cl2↑+___H2O
(3)___MnO
+___Fe2++___H+===___Mn2++___Fe3++___H2O
(4)___P+___CuSO4+___H2O===___Cu+___H3PO4+___H2SO4
答案:
(1)5 1 3 3 3 3
(2)2 16 10 2 5 8
(3)1 5 8 1 5 4 (4)2 5 8 5 2 5
2.逆向配平法。
(1)___I2+___NaOH===___NaI+___NaIO3+___H2O
(2)___S+___KOH===___K2S+___K2SO3+___H2O
(3)___P4+___KOH+___H2O===___KH2PO2+___PH3
(4)___(NH4)2Cr2O7===___N2+___Cr2O3+___H2O
答案:
(1)3 6 5 1 3
(2)3 6 2 1 3 (3)1 3 3 3 1 (4)1 1 1 4
3.缺项配平法。
(1)___ClO-+___Fe(OH)3+___===___Cl-+___FeO
+___H2O
(2)___MnO
+___H2O2+___===___Mn2++___O2↑+___H2O
(3)___MnO
+___NO
+___===___Mn2++___NO
+___H2O
答案:
(1)3 2 4OH- 3 2 5
(2)2 5 6H+ 2 5 8 (3)2 5 6H+ 2 5 3
3.信息型氧化还原反应方程式的书写:
按要求书写方程式:
(1)已知将浓盐酸滴入高锰酸钾溶液中,产生黄绿色气体,而溶液的紫红色褪去。
在一氧化还原反应的体系中,共有KCl、Cl2、浓H2SO4、H2O、KMnO4、MnSO4、K2SO4七种物质。
①写出一个包含上述七种物质的氧化还原反应方程式,并配平
________________________________________________________________________。
②在反应后的溶液中加入NaBiO3(不溶于冷水),溶液又变为紫红色,BiO
反应后变为无色的Bi3+。
写出该实验中涉及反应的离子方程式________________________________________________________________________。
(2)+6价铬的毒性很强,制取红矾钠后的废水中含有的Cr2O
,可以用绿矾除去。
测得反应后的溶液中含Cr3+、Fe2+、Fe3+、H+等阳离子。
写出该反应的离子方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)KMnO4的氧化性随pH的减小而增大,在酸性介质中还原产物是Mn2+;在中性或碱性介质中还原产物主要是MnO2。
三氯乙烯(C2HCl3)是地下水有机污染物的主要成分,研究显示在地下水中加入KMnO4溶液可将其中的三氯乙烯除去,氧化产物只有CO2,写出反应的化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)①2KMnO4+10KCl+8H2SO4===6K2SO4+2MnSO4+5Cl2↑+8H2O
②2Mn2++5NaBiO3+14H+===2MnO
+5Na++5Bi3++7H2O
(2)Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
(3)2KMnO4+C2HCl3===2KCl+2CO2↑+2MnO2+HCl
解析
(1)①根据信息,KMnO4在H2SO4作用下,把KCl氧化成Cl2,本身被还原成Mn2+。
②注意NaBiO3不能拆写成离子形式。
NaBiO3作为氧化剂,把Mn2+氧化成MnO
,本身被还原成Bi3+。
(3)根据信息,MnO
的还原产物为MnO2,C2HCl3中C被氧化为CO2,H、Cl的化合价不发生变化。
配平的基本技能
1.全变从左边配:
氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的,一般从左边反应物着手配平。
2.自变从右边配:
自身氧化还原反应(包括分解、歧化)一般从右边着手配平。
3.缺项配平法:
先使得失电子数配平,再观察两边电荷。
若反应物这边缺正电荷,一般加H+,生成物一边加水;若反应物这边缺负电荷,一般加OH-,生成物一边加水。
然后进行两边电荷数配平。
4.当方程式中有多个缺项时,应根据化合价的变化找准氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产
物。
命题点2 电子守恒在氧化还原反应计算中的应用
对于氧化还原反应的计算,要根据氧化还原反应的实质——反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等,即得失电子守恒。
利用守恒思想,可以抛开繁琐的反应过程,可不写化学方程式,不追究中间反应过程,只要把物质分为初态和终态,从得电子与失电子两个方面进行整体思维,便可迅速获得正确结果。
[典题示例]
1.某温度下将Cl2通入KOH溶液里,反应后得到KCl、KClO、KClO3的混合溶液,经测定ClO-与ClO
的物质的量浓度之比为11∶1,则Cl2与KOH反应时,被还原的氯原子和被氧化的氯原子的物质的量之比为( )
A.1∶3 B.4∶3
C.2∶1D.3∶1
解析:
选B 本题考查氧化还原反应的简单计算。
x Cl→KCl 降x·1
11 Cl→KClO 升11×1
1 Cl→KClO3 升1×5
关系式:
x·1=11×1+1×5,得x=16,则被还原和被氧化的氯元素之比是16∶(1+11)=4∶3。
2.(2015·福州联考)24mL浓度为0.05mol/L的Na2SO3溶液恰好与20mL浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应。
已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化为Na2SO4,则元素Cr在还原产物中的化合价为( )
A.+2B.+3C.+4D.+5
解析:
选B 由题目中指出被还原的物质是Cr,则得电子的物质必是K2Cr2O7,失电子的物质一定是Na2SO3,其中S元素的化合价从+4→+6,而Cr元素的化合价将从+6→+n(设化合价为n)。
根据氧化还原反应中得失电子守恒规律,有0.05mol/L×0.024L×(6-4)=0.02mol/L×0.020L×2×(6-n),解得n=3。
[方法技巧]
应用电子守恒法解题的思维流程
(1)“一找各物质”:
找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
(2)“二定得失数”:
确定一个原子或离子得失电子数(注意化学式中的原子个数)。
(3)“三列关系式”:
根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出关系式:
n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值。
[课后巩固]
1.Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4,而NaClO被还原为NaCl,若反应中Na2Sx与NaClO的物质的量之比为1∶16,则x的值为( )
A.2B.3C.4D.5
答案 D
解析 本题考查在氧化还原反应中利用得失电子
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- 氧化还原反应规律及应用氧化还原反应方程式的配平及计算 高考 化学 一轮 复习 氧化 还原 反应 规律 应用 方程式 计算