届高考化学二轮专题复习《 氧化还原反应与综合计算》.docx
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届高考化学二轮专题复习《氧化还原反应与综合计算》
2020届高考化学二轮专题复习专题
氧化还原反应及综合应用
【考题回顾】
【典例1】高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂,比Cl2、O2、ClO2、KMnO4氧化性更强,无二次污染,工业上是先制得高铁酸钠,然后在低温下,向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和,使高铁酸钾析出。
(1)干法制备高铁酸钠的主要反应为2FeSO4+6Na2O2=2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑
①该反应中还原剂是_________,每生成1molO2转移_______mol电子。
②简要说明K2FeO4作为水处理剂时,在水处理过程中所起的作用_________________。
(2)湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的反应
体系中有六种微粒:
Fe(OH)3、ClO-、OH-、FeO42-、Cl-、H2O。
①写出并配平湿法制高铁酸钾的离子反应方程式:
____________________________。
②低温下,在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾(K2FeO4),其原因是________________________________________________。
【答案】
(1)①FeSO4、Na2O2;10;②高铁酸钾具有强氧化性,能杀菌消毒;消毒过程中自身被还原为Fe3+,Fe3+水解成Fe(OH)3胶体能吸附水中悬浮杂质而沉淀;
(2)①4OH-+2Fe(OH)3+3ClO-=3Cl-+2FeO42-+5H2O;②该温度下K2FeO4比Na2FeO4的溶解度小
【典例2】H3PO2的工业制法是:
将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应制得H3PO2,写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式:
_______________________________。
【答案】2P4+3Ba(OH)2+6H2O=3Ba(H2PO2)2+2PH3↑
【典例2】①PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为_________________。
②PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为_____、_______________。
【答案】①PbO2+4HCl(浓)
PbCl2+Cl2↑+2H2O ②PbO+ClO-=PbO2+Cl-
【典例4】将vL气样通入适量酸化的H2O2溶液中,使NOx完全被氧化为NO3−,加水稀释至100.00mL。
量取20.00mL该溶液,加入v1mLc1mol·L−1FeSO4标准溶液(过量),充分反应后,用c2mol·L−1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+,终点时消耗v2mL。
NO被H2O2氧化为NO3−的离子方程式是___________。
【答案】2NO+3H2O2=2H++2NO3–+2H2O
【解析】NO被H2O2氧化为硝酸,所以反应的离子方程式为:
2NO+3H2O2=2H++2NO3–+2H2O。
【考点分析】
在近几年高考中,氧化还原反应的考查主要是有关氧化还原反应的概念的考查,如:
氧化剂,还原剂、氧化产物、还原产物的判断;对氧化还反应应一些规律的考查,如:
氧化性还原性强弱的考查;对氧化还原反应方程式书写与综合计算的考查,如:
与物质结构和元素化合物知识的结合,进行方程式书写与相关量的计算的考查等。
预计在2020高考中,氧化还原反应的考查仍是考查热点,还会从以上三个方面进行考查,将氧化还原反应与物质的分析推断结合在一起,将电化学原理、新型绿色能源的开发等与工农业生产、科学研究、社会日常生活等结合在一起,考查学生对学科内知识的综合应用能力。
【知识回顾】
一、氧化还原反应的基本概念及相互关系
1.氧化还原反应的实质是电子的得失或电子对的偏移,特征是反应前后元素化合价的升降;判断某反应是否属于氧化还原反应可根据反应前后化合价是否发生了变化这一特征。
2.基本概念
(1)氧化反应:
失去电子(化合价升高)的反应。
(2)还原反应:
得到电子(化合价降低)的反应。
(3)氧化剂(被还原):
得到电子的物质(所含元素化合价降低的物质)。
(4)还原剂(被氧化):
失去电子的物质(所含元素化合价升高的物质)。
(5)氧化产物:
还原剂失电子后对应的产物(包含化合价升高的元素的产物)。
(6)还原产物:
氧化剂得电子后对应的产物(包含化合价降低的元素的产物)。
3.氧化还原反应的表示方法
(1)双线桥法
箭头必须由反应物指向生成物,且两端对准同种元素。
箭头方向不代表电子转移方向,仅表示电子转移前后的变化。
在“桥”上标明电子的“得”与“失”,且得失电子总数应相等。
(2)单线桥法
箭头必须由还原剂中失电子的元素指向氧化剂中得电子的元素。
箭头方向表示电子转移的方向。
在“桥”上标明转移的电子总数。
4.氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
(1)有单质参加的化合反应一定是氧化还原反应;
(2)有单质生成的分解反应一定是氧化还原反应;
(3)置换反应一定是氧化还原反应;
(4)复分解反应一定不是氧化还原反应。
5.常见的氧化剂和还原剂
重要的氧化剂一般有以下几类:
(1)活泼的非金属单质,如Cl2、Br2、O2等。
(2)元素(如Mn等)处于高化合价时的氧化物,如MnO2等。
(3)元素(如S、N等)处于高化合价时的含氧酸,如浓H2SO4、HNO3等。
(4)元素(如Mn、Cl、Fe等)处于高化合价时的盐,如KMnO4、KClO3、FeCl3等。
(5)过氧化物,如Na2O2、H2O2等。
重要的还原剂一般有以下几类:
(1)活泼的金属单质,如Na、Al、Zn、Fe等。
(2)某些非金属单质,如H2、C、Si等。
(3)元素(如C、S等)处于低化合价时的氧化物,如CO、SO2等。
(4)元素(如Cl、S等)处于低化合价时的酸,如HCl、H2S等。
(5)元素(如S、Fe等)处于低化合价时的盐,如Na2SO3、FeSO4等。
二、氧化性、还原性及其强弱比较
氧化性→得电子能力,得到电子越容易→氧化性越强。
还原性→失电子能力,失去电子越容易→还原性越强。
物质的氧化性或还原性的强弱只取决于得到或失去电子的 难易程度 ,与得失电子的数目无关。
如:
Na、Mg、Al的还原性强弱依次为Na>Mg>Al;浓HNO3、稀HNO3的氧化性强弱为浓HNO3>稀HNO3
1.根据氧化还原反应的方向
氧化性:
氧化剂>氧化产物,氧化剂>还原剂 ;
还原性:
还原剂>还原产物,还原剂>氧化剂 。
2.根据元素的化合价
如果物质中某元素具有最高价,该元素只有氧化性;物质中某元素具有最低价,该元素只有还原性;物质中某元素具有中间价态,该元素既有氧化性又有还原性。
3.根据金属活动性顺序表
在金属活动性顺序表中,位置越靠前,其还原性就越强,其阳离子的氧化性就越弱。
4.根据非金属活动性顺序来判断
一般来说,越活泼的非金属,得到电子还原成非金属阴离子越容易,其阴离子失电子氧化成单质越难,还原性越弱。
5.根据元素周期表
同周期元素,随着核电荷数的递增,氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱;同主族元素,随着核电荷数的递增,氧化性逐渐减弱,还原性逐渐增强。
6.根据反应的难易程度
氧化还原反应越容易进行(表现为反应所需条件越低),则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强。
不同的还原剂(或氧化剂)与同一氧化剂(或还原剂)反应时,条件越易或者氧化剂(或还原剂)被还原(或被氧化)的程度越大,则还原剂(或氧化剂)的还原性(或氧化性)就越强。
7.根据电化学原理判断
a.根据原电池原理判断:
两种不同的金属构成原电池的两极。
负极金属是电子流出的极,正极金属是电子流入的极。
其还原性:
负极>正极。
b.根据电解池原理判断:
用惰性电极电解混合液时,若混合液中存在多种金属阳离子时,在阴极先放电的阳离子的氧化性较强(相应的金属单质的还原性较弱),若混合液中存在多种阴离子,在阳极先放电的阴离子的还原性较强(相应的非金属单质的氧化性较弱)。
8.其他条件
一般溶液的酸性越强或温度越高,则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越 强 ,反之则越弱。
氧化性还原性强弱的比较是考试的一个难点,基本考查方式一是比较氧化性还原性的强弱,二是根据氧化性还原性强弱,判断反应能否进行。
总的解题依据是一个氧化还原反应能进行,一般是氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性强于还原产物的还原性。
但要考虑到某些特殊情况如符合特定的平衡原理而进行的某些反应。
三、氧化还原反应规律
1.价态变化规律
(1)归中规律:
含同种元素不同价态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”的规律。
这里的中间价可以相同(谓之“靠拢”),也可以不同,但此时必是高价转变成较高中间价,低价转变成较低中间价(谓之“不相交”)。
(2)歧化规律:
同一种物质中的同一元素部分化合价升高,另一部分化合价降低,发生自身的氧化还原反应。
2.优先规律
在同一溶液里存在几种不同的还原剂且浓度相差不大时,当加入氧化剂时,还原性强的还原剂优先被氧化;同时存在几种不同的氧化剂且其浓度相差不大时,当加入还原剂时,氧化性强的氧化剂优先被还原。
如:
把少量Cl2通入FeBr2溶液中,Fe2+先失电子;把少量Cl2通入FeI2溶液中,I-先失电子。
3.得失电子守恒规律
在任何氧化还原反应中,氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数一定相等。
对于氧化还原反应的计算,利用得失电子守恒规律,抛开烦琐的反应过程,可不写化学方程式,能更快、更便捷地解决有关问题。
2.氧化还原反应方程式的配平
(1)配平原则:
电子守恒、原子守恒、电荷守恒
(2)配平步骤(以高锰酸钾和浓盐酸反应制氯气为例):
①标出化合价变化了的元素的化合价。
②根据元素存在的实际形式调整发生了氧化还原反应的物质的系数,使之成1︰1的关系。
③调整系数,使化合价升降总数相等。
④根据化合价升降总数相等确定发生氧化还原反应的物质的化学计量数。
⑤利用元素守恒,用观察法配平没有参加氧化还原反应的其他物质的系数。
⑥检查方程式两边各原子的个数是否相等,离子方程式还要检查方程式两边的离子所带的电荷数是否相等。
四、信息型氧化还原反应方程式的书写
1.氧化还原反应的配平思路
(1)根据所学知识和题目所给信息(包括图像、工艺流程图等),找出氧化还原反应中的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
(2)使化合价升降的总数目相等(得失电子总数相等),确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。
(3)观察方程式两边离子所带电荷数是否相等,若不等,则要使电荷守恒,根据反应是在何种环境(酸性、碱性)中进行的补充H+或OH-。
若在酸性环境中,一边加a个H+(电荷守恒),另一边加b个H2O(原子守恒);若在碱性环境中,一边加m个OH-(电荷守恒),另一边加n个H2O(原子守恒)。
2.氧化还原反应的配平技巧
(1)全变从左边配
氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的,一般从反应物着手配平。
如
+H
O3(浓)―→
O2↑+
O2↑+H2O,要使得失电子数守恒,必为1
+4H
O3(浓),再配平右边物质的化学计量数。
(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。
如
+KOH(热、浓)―→K2
+K2
O3+H2O,要使得失电子守恒,必有2K2
+1K2
O3,再配平其他物质的化学计量数。
(3).缺项配平法
首先明白缺项物质所含元素化合价反应前后未变。
否则无法配平。
所以先配平含变价元素物质的化学计量数,再根据质量守恒定律确定缺项物质的化学式和化学计量数。
缺项物质一般为酸、碱、水,常见的有H2SO4、HCl、KOH、NaOH、H2O等。
条件
补项原则
酸性条件下
缺H(氢)或多O(氧)补H+,少O(氧)补H2O(水)
碱性条件下
缺H(氢)或多O(氧)补H2O(水),少O(氧)补OH-
注意:
(1)根据题目的信息找出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物是解决这类问题的前提
(2)正确标出变价元素前后的化合价,特别要注意发生化合价变化的原子个数
(3)在确定无价态变化的其它反应物与产物时,除了利用电荷守恒与原子守恒外,还要重点关注反应发生的环境,是酸性或碱性
【高频考点】
考点1 先后规律的应用
1.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.Cl2 B.KMnO4
C.FeCl3 D.HCl
解析 根据所给化学方程式判断氧化性顺序为KMnO4>Cl2>FeCl3>I2,选项D不具备氧化I-的能力,而A、B项中两物质除能氧化I-外,还能氧化Fe2+,不符合题意,故选C。
答案 C
2.向含有SO
、Fe2+、Br-、I-各0.1mol的溶液中通入标准状况下的Cl2,通入Cl2的体积和溶液中相关离子的物质的量的关系图正确的是( )
答案 C
【思路分析】
第一步:
获取题干信息
题目描述溶液中四种离子的还原性顺序为:
SO
>I->Fe2+>Br-,四种离子的物质的量均为0.1mol;故通入Cl2后,反应按先强后弱的顺序依次反应,即先与SO
反应,待SO
消耗完后,再与I-发生反应,并依次类推。
第二步:
获取图示信息
选项
图示
解题指导
A
(×)
SO
+ Cl2 +H2O=SO
+2Cl-+2H+
0.1mol 0.1mol
溶液中0.1molSO
完全反应消耗标准状况下2.24LCl2
B
(×)
2I-+Cl2=I2+2Cl-
0.1mol 0.05mol
溶液中0.1molI-完全反应消耗标准状况下3.36LCl2
C
(√)
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
0.1mol 0.05mol
溶液中0.1molFe2+完全反应消耗标准状况下Cl2的体积为4.48L
D
(×)
2Br-+Cl2 =Br2+2Cl-
0.1mol 0.05mol
溶液中0.1molBr-完全反应消耗标准状况下Cl2的体积为5.6L,且SO
、I-、Fe2+完全反应消耗的Cl2不是2.24L而是4.48L
考点2 价态归中、歧化规律的应用
3.已知歧化反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO,下列说法正确的是( )
A.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
B.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
C.1molNO2与足量水反应转移电子个数为2NA
D.每生成22.4LNO,有2molNO2被氧化
答案 B
4.实验室常用NaNO2和NH4Cl反应制取N2。
下列有关说法正确的是( )
A.NaNO2是还原剂
B.NH4Cl中N元素被还原
C.生成1molN2时转移6mol电子
D.氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶1
解析 NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O,该反应中NaNO2是氧化剂,A项错误;氯化铵中氮元素被氧化,B项错误;生成1molN2时转移3mol电子,C项错误;D项正确。
答案 D
考点3 “守恒”规律的应用
5.某强氧化剂XO(OH)
被Na2SO3还原。
如果还原2.4×10-3molXO(OH)
,需用30mL0.2mol·L-1的Na2SO3溶液,那么X元素被还原后的价态是( )
A.+2 B.+1
C.0 D.-1
解析 在氧化还原反应中电子得失数目相等。
假设在反应后X的化合价为+x,则2.4×10-3×(5-x)=0.03×0.2×2,解得x=0,因此C选项正确。
答案 C
6.足量铜溶于一定量浓硝酸,产生NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体若与1.12LO2(标准状况)混合后通入水中,气体被水完全吸收。
若向原所得溶液中加入5mol·L-1H2SO4溶液100mL,则继续溶解的Cu的质量为( )
A.6.4gB.9.6g
C.19.2gD.24g
解析 设溶解Cu的物质的量为x,Cu失去2x电子被N元素得到形成氮的氧化物,这些氧化物再与O2、H2O反应生成HNO3,
则2x=
×4
x=0.1mol
所以溶液中NO
的物质的量为0.2mol;
3Cu,+8H++,2NO
===,3Cu2++,2NO↑+,4H2O,,1mol,0.2mol)
H+过量,所以继续溶解Cu的质量为
×3×64g·mol-1=19.2g。
答案 C
考点4 氧化还原反应规律及应用
1.
(1)联氨是一种常用的还原剂。
向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是_______________________________________________________。
(2)(2016·上海化学,26)(CN)2与Cl2的化学性质相似。
(CN)2与NaOH溶液反应生成________、________和H2O。
(3)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后浓缩,再向浓缩液中加MnO2和H2SO4,即可得到I2,该反应的还原产物为________。
(4)ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。
若要除去超标的亚氯酸盐,下列物质最适宜的是________(填标号)。
a.明矾 B.碘化钾
c.盐酸 D.硫酸亚铁
答案
(1)固体逐渐变黑,并有气泡产生
(2)NaOCN NaCN (3)MnSO4 (4)d
【提升训练】
1.(2017北京卷,T6)二氧化硒(SeO2)是一种氧化剂,其被还原后的单质硒可能成为环境污染物,通过与浓硝酸或浓硫酸反应生成SeO2以回收Se。
完成下列填空。
(1)Se和浓硝酸反应的还原产物为NO和NO2,且NO和NO2的物质的量之比为1∶1,写出Se和浓硝酸反应的化学方程式:
。
(2)已知:
Se+2H2SO4(浓)===2SO2↑+SeO2+2H2O;
2SO2+SeO2+2H2O===Se+2SO
+4H+。
SeO2、H2SO4(浓)、SO2的氧化性由强到弱的顺序是 。
(3)回收得到的SeO2的含量,可以通过下面的方法测定:
①SeO2+KI+HNO3―→Se+l2+KNO3+H2O
②I2+2Na2S2O3===Na2S4O6+2NaI
配平方程式①,用单线桥标出电子转移的方向和数目 。
(4)实验中,准确称量SeO2样品0.1500g,消耗了0.2000mo1·L-1的Na2S2O3溶液25.00mL,所测定的样品中SeO2的质量分数为 。
【答案】
(1)Se+2HNO3(浓)===SeO2+NO↑+NO2↑+H2O
(2)H2SO4(浓)>SeO2>SO2
(3)
(4)93%
【解析】
(1)Se→SeO2化合价升高4价,HNO3转化为NO和NO2的物质的量比为1∶1时,化合价降低总价为4价,故反应的化学方程式可写为Se+2HNO3(浓)===SeO2+NO↑+NO2↑+H2O。
(2)Se+2H2SO4(浓)===2SO2↑+SeO2+3H2O中氧化剂是浓硫酸,氧化产物是SeO2,则氧化性:
H2SO4(浓)>SeO2;SO2中硫的化合价是+4价,处于中间价态,既有氧化性又有还原性,在2SO2+SeO2+2H2O===Se+2SO
+4H+中氧化剂是SeO2,SO2作还原剂体现还原性,故氧化性:
SeO2>SO2。
综上所述氧化性:
H2SO4(浓)>SeO2>SO2。
(3)SeO2→Se,化合价降低4价,2KI→I2,化合价升高2价,根据化合价升降总数相等和元素守恒,可配平反应方程式:
。
(4)根据反应①、②可知,物质转化存在如下关系:
SeO2~2I2~4Na2S2O3
111g4mol
m(SeO2)0.2000mol·L-1×0.025L
解得:
m(SeO2)≈0.14g,样品中SeO2的质量分数为
×100%≈93%。
2.高锰酸钾(KMnO4)是一种常用的氧化剂,不同条件下高锰酸钾可发生如下反应:
①MnO
+5e-+8H+===Mn2++4H2O
②MnO
+3e-+2H2O===MnO2+4OH-
③MnO
+e-===MnO
(溶液绿色)
(1)从上述三个半反应中可以看出MnO
的还原产物与溶液的__________________有关。
(2)用草酸(H2C2O4)的稀溶液可以洗涤沾在皮肤上的高锰酸钾,其中的变化:
H2C2O4→CO2↑。
写出该反应的离子方程式:
________________________________________________。
(3)将PbO2粉末投入酸性MnSO4溶液中搅拌,溶液变为紫红色。
下列说法正确的是______(填字母)。
a.氧化性强弱:
PbO2>KMnO4
b.还原性强弱:
PbO2>KMnO4
c.该反应可以用盐酸酸化
d.PbO2发生还原反应:
PbO2+SO
+4H++2e-===PbSO4+2H2O
(4)用KMnO4可以测定H2O2溶液的有效含量:
取15.00mL某浓度H2O2溶液,逐滴加入0.03mol·L-1KMnO4溶液(已酸化),产生无色气体,至终点时共消耗20.00mLKMnO4溶液。
①写出反应的离子方程式_____________________________________________;
②溶液中c(H2O2)=_________mol·L-1;
③反应中转移的电子数目_________mol。
【答案】
(1)酸碱性
(2)5H2C2O4+2MnO
+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O(3)ad
(4)①2MnO
+5H2O2+6H+===2Mn2++5O2↑+8H2O②0.1③0.003
【解析】
(1)由不同条件下高锰酸钾可发生的反应可知,溶液的酸性越强,反应后锰元素的化合价越低,所以高锰酸根离子(MnO
)反应后的产物与溶液的酸碱性有关。
(2)H2C2O4→CO2↑,C化合价升高,则H2C2O4表现还原性并且呈酸性,MnO
被还原的产物应为Mn2+,即发生还原反应的离子反应过程为MnO
→Mn2+,所以反应的离子方程式为5H2C2O4+2MnO
+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O。
(3)将PbO2投入酸性MnSO4溶液中搅拌,溶液
变为紫红色,证明二者之间发生氧化还原反应生成了含高锰酸根离子的溶液,二氧化铅是氧化剂,硫酸锰是还原剂。
根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,即氧化性:
PbO2>KMnO4,故a正确、b错误;盐酸具有酸性且Cl-具有还原性,PbO2能将Cl-氧化,所以该反应不能用盐酸酸化,故c错误;二氧化铅是氧化剂,则PbO2发生还原反应生成PbSO4,反应式为PbO2+SO
+4H++2e-===PbSO4+2H2O,故d正确。
(4)
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