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- 2021-07-07 发布
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专题整合(四) 氧化还原反应
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[一题串知·迁移练]
NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:
[串知设计]
(1)NaClO2中Cl的化合价为________。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式:______________________________
________________________________________________________________________;
在此反应中,SO2、ClO2还原性强弱的顺序是________________________________。
(3)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是________。
答案:(1)+3
(2)2NaClO3+SO2+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4 SO2>ClO2
(3)2∶1 O2
[保分题目·综合练]
1.吸进人体内的O2有2%转化为氧化性极强的活性氧副产物,如· ·等,这些活性氧能加速人体衰老,被称为“夺命杀手”。我国科学家尝试用含硒化合物Na2SeO3消除人体内的活性氧,在消除活性氧时,Na2SeO3的作用是( )
A.还原剂 B.氧化剂
C.既是氧化剂,又是还原剂 D.以上均不是
解析:选A 由信息可知,活性氧的氧化性极强,用含硒(Se)的化合物Na2SeO3清除人体内的活性氧,则Na2SeO3作还原剂,在反应中失去电子被氧化。
2.下列物质应用中,利用物质氧化性的是( )
A.纯碱溶液作油污的洗涤剂
B.食品袋中铁粉作除氧剂
C.臭氧作自来水消毒剂
D.活性炭作冰箱里的去味剂
解析:选C A项,纯碱溶液作油污的洗涤剂,利用碳酸钠水解生成碱;B项,铁粉作除氧剂,利用铁粉的还原性;C项,臭氧作消毒剂,利用臭氧的强氧化性;D项,活性炭作去味剂,利用活性炭的吸附性。
3.被称为万能还原剂的NaBH4溶于水并和水反应:NaBH4+2H2O===NaBO2+4H2↑,下列说法中正确的是(NaBH4中H为-1价)( )
A.NaBH4既是氧化剂又是还原剂
B.NaBH4是氧化剂,H2O是还原剂
C.硼元素被氧化,氢元素被还原
D.被氧化的元素与被还原的元素质量之比为1∶1
解析:选D 首先分析四种元素价态的变化:Na的价态反应前后都是+1价,B反应前后都是+3价,O反应前后都是-2价,变价元素只有H,NaBH4中-1价氢被H2O中+1价氢氧化,发生价态归中反应生成H2。
4.已知几种阴离子的还原性强弱顺序为OH-<Cl-<Br-<I-<S2-,若某溶液含有相同浓度的OH-、Cl-、Br-、I-、S2-,当向其中逐滴滴入新制的饱和氯水直至过量时,最后被氧化的离子是( )
A.Br- B.Cl-
C.OH- D.S2-
解析:选A 还原性:S2->I->Br->Cl->OH-,Cl2最后氧化Br-,本题选A。
5.宋代著名法医学家宋慈的《洗冤集录》中有关于银针验毒的记载,“银针验毒”的原理是4Ag+2H2S+O2===2X+2H2O,下列说法不正确的是( )
A.X的化学式为Ag2S
B.银针验毒时,空气中氧气得到电子
C.反应中Ag和H2S均是还原剂
D.每生成1 mol X,反应转移2 mol e-
解析:选C A项,根据原子守恒可知X的化学式为Ag2S,正确;B项,O2中O元素化合价降低,所以银针验毒时,空气中O2得到电子,正确;C项,反应时,Ag化合价升高,所以Ag是还原剂,S元素化合价不变,H2S不是还原剂,错误;D项,根据Ag元素的化合价变化,每生成1 mol Ag2S,转移电子的物质的量为2 mol,正确。
6.下列反应中的氨与反应4NH3+5O2===4NO+6H2O中的氨作用相同的是( )
A.2Na+2NH3===2NaNH2+H2
B.2NH3+3CuO===3Cu+N2+3H2O
C.NH3+HNO3===NH4NO3
D.3SiH4+4NH3===Si3N4+12H2
解析:选B 题干提供的反应中NH3为还原剂。A项反应中NH3为氧化剂,错误;B项反应中NH3为还原剂,正确;C项反应为非氧化还原反应,NH3既不是氧化剂也不是还原剂,错误;D项反应生成物H2中的H来自SiH4和NH3,SiH4中H为-1价,NH3中H为+1价,故该反应中NH3是氧化剂,SiH4是还原剂,错误。
7.已知Co2O3在酸性溶液中易被还原成Co2+,Co2O3、Cl2、FeCl3、I2的氧化性依次减弱。下列反应在水溶液中不可能发生的是( )
A.3Cl2+6FeI2===2FeCl3+4FeI3
B.Cl2+FeI2===FeCl2+I2
C.Co2O3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+3H2O
D.2Fe3++2I-===2Fe2++I2
解析:选A 由于I-的还原性强于Fe2+,因此根据氧化还原反应先后规律,Cl2与FeI2反应,应先氧化I-,A项符合题意。
8.O2F2可以发生反应:H2S+4O2F2===SF6+2HF+4O2,下列说法正确的是( )
A.氧气是氧化产物
B.O2F2既是氧化剂又是还原剂
C.若生成4.48 L HF,则转移0.8 mol电子
D.还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶4
解析:选D A项,O元素的化合价由反应前的+1价变为反应后的0价,化合价降低,获得电子,氧气是还原产物,错误;B项,在反应中O2F2中的O元素的化合价降低,获得电子,O2F2是氧化剂,而H2S中的S元素的化合价是-2价,反应后变为SF6中的+6价,H2S是还原剂,错误;C项,没有说明是标准状况,不能确定HF的物质的量,也不能确定转移电子的物质的量,错误;D项,根据化学方程式可知还原剂H2S与氧化剂O2F2的物质的量之比是1∶4,正确。
9.已知:还原性HSO>I-,氧化性IO>I2。在含3 mol NaHSO3的溶液中逐滴加入KIO3溶液。加入KIO3和析出I2的物质的量的关系曲线如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.0~b间的反应可用离子方程式3HSO+IO===3SO+I-+3H+表示
B.a点时消耗NaHSO3的物质的量为1.2 mol
C.b点到c点,KIO3与NaHSO3反应生成I2
D.当溶液中I-与I2的物质的量之比为5∶2时,加入的KIO3为1.08 mol
解析:选C 还原性HSO>I-,0~b间HSO与IO反应生成I-,A项正确;根据反应3HSO+IO===3SO+I-+3H+,a点时消耗IO 0.4 mol,故a点时消耗NaHSO3的物质的量为1.2 mol,B项正确;b点HSO已消耗完,b点到c点是IO与I-在溶液中反应生成I2,C项错误;b点时消耗的IO为1 mol,生成的I-为1 mol,设b点后消耗IO的物质的量为x mol,则
6H++5I-+IO===3I2+3H2O
5x x 3x
(1-5x)∶3x=5∶2,解得x=0.08,所以加入的KIO3为1.08 mol,D项正确。
10.肼(N2H4)和亚硝酸钠在化工生产及航天工业中具有十分广泛的应用,下图是以液氨为原料生产肼和亚硝酸钠的工艺流程(肼能与水混溶,形成稳定的N2H4·H2O):
回答下列问题:
(1)NaNO2中N的化合价为____________。
(2)写出在NaClO溶液中通入NH3得到成品液1的化学反应方程式:
________________________________________________________________________。
(3)由成品液2得到成品固体混合物需经过的操作步骤为
________________________________________________________________________。
(4)亚硝酸钠在一定条件下能与无水肼反应生成一种钠氮化合物和水,生成的钠氮化合物中钠的质量分数为35.38%。则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________;该反应中的氧化产物是
________________________________________________________________________。
(5)已知所得成品固体混合物中含有2种钠盐,若要获得NaNO2产品,则需要除去的物质为______________(填化学式);使用Pb进行处理时,杂质能转变为NaNO2,而Pb转化成PbO,则这一处理过程发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
解析:(1)根据化学式中正负化合价代数和为0,可得N的化合价为+3价。(2)由已知,肼能与水混溶形成稳定的N2H4·H2O ,N为-2价,所以Na lO与 H3
发生氧化还原反应生成N2H4·H2O 和NaCl,化学方程式为2NH3+NaClON2H4·H2O+NaCl。(3)从溶液中得到固体溶质的一般方法步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(4)钠氮化合物中钠的质量分数为35.38%,氮的质量分数为64.62%,设钠氮化合物化学式为NaxNy,则=,解得≈,故钠氮化合物化学式为NaN3,亚硝酸钠与无水肼反应的化学方程式为Na O2+2H4===2H2O+NaN3,Na O2是氧化剂,2H4是还原剂,NaN3既是氧化产物又是还原产物。(5)NO、NO2与NaOH溶液反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O、3NO2+2NaOH===2NaNO3+H2O+NO,若所得成品固体混合物中含有2种钠盐,要获得NaNO2产品,则需要除去的物质为NaNO3;若使用Pb进行处理时,杂质能转变为NaNO2,而Pb转化成PbO,则化学方程式为NaNO3+Pb===NaNO2+PbO。
答案:(1)+3
(2)2NH3+NaClON2H4·H2O+NaCl
(3)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
(4)1∶1 NaN3
(5)NaNO3 NaNO3+Pb===NaNO2+PbO
11.钒具有众多优良的性能,用途十分广泛,有金属“维生素”之称。
完成下列填空:
(1)将废钒催化剂(主要成分V2O5)与稀硫酸、亚硫酸钾溶液混合,充分反应,所得溶液显酸性,溶液中含VO2+、K+、SO等离子。写出该反应的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)向上述所得溶液中加入KClO3溶液,充分反应后,溶液中新增加了VO、Cl-。写出并配平该反应的离子方程式,并标出电子转移的数目和方向
________________________________________________________________________。
(3)在20.00 mL的0.1 mol·L-1 VO溶液中,加入0.195 g锌粉,恰好完成反应,则还原产物可能是____________________________________________________________________。
a.V b.V2+ c.VO d.VO2+
(4)已知V2O5能和盐酸反应生成氯气和VO2+。请再写一个离子方程式:________________________________,说明还原性:SO>Cl->VO2+。
解析:(1)V2O5在酸性条件下将亚硫酸钾氧化为硫酸钾,该反应的化学方程式为V2O5+K2SO3+2H2SO4===2VOSO4+K2SO4+2H2O。(2)KClO3将VO2+氧化为VO
,同时本身被还原为Cl-,+3H2O===Cl-+6VO+6H+。(3)n(VO)=20.00×10-3 L×0.1 mol·L-1=0.002 0 mol,n(Zn)=0.003 0 mol,VO中V的化合价为+5,设V在生成物中的化合价为x,根据得失电子守恒,0.003 0×2=0.002 0×(5-x),解得x=+2,故选b。(4)V2O5能和盐酸反应生成Cl2和VO2+,故还原性Cl->VO2+,Cl2可以将SO氧化生成SO,自身被还原为Cl-,反应的离子方程式为Cl2+SO+H2O===2Cl-+2H++SO,说明还原性:SO>Cl-。
答案:(1)V2O5+K2SO3+2H2SO4===
2VOSO4+K2SO4+2H2O
(2) +3H2O===Cl-+6VO+6H+
(3)b
(4)Cl2+SO+H2O===2Cl-+2H++SO
12.Ⅰ.某厂废水中含KCN,其浓度为0.01 mol·L-1,现用氯氧化法处理,发生如下反应(化合物中N化合价均为-3价):
KCN+2KOH+Cl2===KOCN+2KCl+H2O
(1)上述反应中被氧化的元素是__________(用元素符号表示)。
(2)投入过量液氯,可将氰酸盐进一步氧化为氮气,请配平下列化学方程式:
KOCN+____Cl2+____===
K2CO3+____N2+____KCl+____
(3)若将10 L含KCN的浓度为0.01 mol·L-1的废水中KCN氧化除去,最少需要氯气________mol。
Ⅱ.某实验小组为了测定(3)中溶液多余Cl2的含量,常用Na2S2O3标准溶液进行定量测定。
(4)现实验室需用480 mL一定浓度的Na2S2O3溶液,配制该溶液所需玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒、胶头滴管外,还需________。
(5)Na2S2O3还原性较强,在溶液中易被Cl2氧化成SO,因此Na2S2O3常用作脱氯剂,该反应的离子方程式为________________________________________________。
(6)现取(3)中溶液20.00 mL,用a mol·L-1 Na2S2O3溶液进行滴定,经过平行实验测得消耗Na2S2O3标准溶液b mL,计算废液中Cl2的浓度为________mol·L-1(用含a、b的表达式表示)。
解析:(1)已知反应中氯元素化合价降低,被还原。碳元素化合价从+2价升高到+4价,失去电子,因此被氧化的元素是C。
(2)氯元素的化合价从0价降低到-1价,得到1个电子。氮元素化合价从-3价升高到0价,失去3个电子,因此根据电子得失守恒可知氧化剂和还原剂的物质的量之比是3∶2,根据原子守恒可知还有水生成,因此反应的化学方程式为2KOCN+3Cl2+8KOH===2K2CO3+N2+6KCl+4H2O。
(3)根据以上分析可知1 mol KCN最终被氧化为碳酸钾和氮气,失去5 mol电子,1 mol氯气得到2 mol电子,根据电子得失守恒可知将10 L含KCN的浓度为0.01 mol·L-1的废水中KCN氧化除去,最少需要氯气=0.25 mol。
(4)没有480 mL规格的容量瓶,所以还需500 mL容量瓶。
(5)消耗Na2S2O3的物质的量是0.001ab mol,根据方程式可知消耗氯气的物质的量是0.004ab mol,因此废液中Cl2的浓度为=0.2ab mol·L-1。
答案:(1)C
(2)2KOCN+3Cl2+8KOH===2K2CO3+N2+6KCl+4H2O
(3)0.25 (4)500 mL容量瓶
(5)0.2ab
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1.常见的氧化剂、还原剂
(1)常见的氧化剂
物质类型
举例
对应还原产物
活泼的非
金属单质
X2(卤素)
X-
O2、O3
H2O或OH-或O2-或O
元素
处于
高化
合价
时的
化合
物或
离子
氧化物
MnO2
Mn2+
含氧酸
浓H2SO4
SO2
HNO3
NO或NO2
HClO
Cl-
盐
KMnO4(H+)
Mn2+
Fe3+
Fe2+、Fe
NaClO
Cl-
过氧化物
Na2O2、H2O2
H2O或OH-
[注意] ①O2、O3在水溶液中的还原产物,其中酸性条件下是H2O
,中性、碱性条件下是OH-;而当还原产物为固态时是O2-或O;②浓硝酸的还原产物是NO2,稀HNO3的还原产物是NO。
(2)常见的还原剂
物质类型
举例
对应氧化产物
活泼的金属单质
Na、Al、Fe
Na+、Al3+、Fe2+或Fe3+
某些非金属单质
H2、C、S
H+或H2O、CO或CO2、SO2
变价元
素中低
价态化
合物或
离子
氧化物
CO
CO2
SO2
SO3或SO
氢化物
NH3
N2或NO
H2S
S或SO2
离子
SO
SO
Fe2+
Fe3+
I-
I2
[注意] Fe遇强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)氧化产物是Fe3+,遇弱氧化剂(如H+、S、I2等)氧化产物是Fe2+。
2.氧化剂、氧化产物、还原剂、还原产物之间的关系
3.氧化还原反应的基本规律
(1)守恒规律
对于氧化还原反应的计算,关键是氧化还原反应的实质——得失电子守恒,列出守恒关系求解,即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。
(2)强弱规律
①从化学反应方向的角度判断“剂>物”,即同一反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性。
②物质氧化性、还原性的强弱取决于元素得失电子的难易程度,可从“热>冷”(温度如热浓硫酸与冷浓硫酸)、“浓>稀”(浓度如浓HNO3与稀HNO3)
、以及金属活动性顺序表、元素在周期表中的位置、原电池原理、电解池中离子的放电顺序等角度判断。
(3)优先规律
当存在多种还原剂(氧化剂)时,氧化剂(还原剂)通常先和还原性(氧化性)最强的还原剂(氧化剂)反应。如向NaBr和NaI的混合溶液中通入Cl2,因I-的还原性强于Br-,则先发生反应:2I-+Cl2===2Cl-+I2,然后发生反应:2Br-+Cl2===2Cl-+Br2。
(4)价态规律
①氧化还原反应发生时,其价态一般先变为邻位价态。如:Cl-被氧化为Cl2,而不是更高价态氯元素;S2-一般被氧化为S,S单质一般被氧化成SO2。
②同种元素不同价态之间的反应,高价态的元素化合价降低,低价态的元素化合价升高,但升高与降低的化合价只接近不交叉。如:H2S+H2SO4(浓)===S↓+SO2↑+2H2O(H2→,H2O4→O2)、KClO3+6HCl===3Cl2↑+KCl+3H2O(KO3→,H→)。