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- 2021-05-14 发布
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第三讲 氧化还原反应
1.熟悉常见元素的化合价。能根据化合价正确书写化学式(分子式),或根据化学式判断元素的化合价。
2.了解氧化还原反应的本质。了解常见的氧化还原反应。掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。
氧化还原反应的相关概念及表示方法
[知识梳理]
一、氧化还原反应的特征和本质
二、氧化还原反应的有关概念及其相互关系
1.有关概念
口诀:升(化合价升高)失(失电子)氧(被氧化,发生氧化反应)还(作还原剂,本身具有还原性),
降(化合价降低)得(得电子)还(被还原,发生还原反应)氧(作氧化剂,本身具有氧化性)。
例如:反应4HCl(浓)+MnO2MnCl2+Cl2↑+2H2O中,氧化剂是MnO2,氧化产物是Cl2,还原剂是HCl,还原产物是 MnCl2;生成1 mol Cl2时转移电子的物质的量为 2__mol,被氧化的HCl的物质的量是 2__mol。
2.氧化还原反应与四种基本反应类型间的关系
三、氧化还原反应中电子转移的表示方法
1.双线桥法
请用双线桥法标出Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目:
。
2.单线桥法
===还原产物+氧化产物
请用单线桥法标出Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目:
(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
四、常见的氧化剂和还原剂
1.常见氧化剂
常见氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。例如:
2.常见还原剂
常见还原剂包括活泼的金属单质、非金属离子及低价态元素的化合物、低价金属阳离子、非金属单质及其氢化物等。例如:
3.具有中间价态的物质既有氧化性,又有还原性
其中:Fe2+、SO主要表现还原性,H2O2主要表现氧化性。
[自我检测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2017·高考全国卷Ⅱ,8B)2.4 g Mg与H2SO4完全反应,转移的电子数为0.1NA。( )
(2)(2016·高考全国卷Ⅲ,7C)次氯酸盐具有氧化性,所以可用漂白粉漂白织物。( )
(3)金属阳离子一定只具有氧化性。( )
(4)某元素从游离态变为化合态,该元素可能被氧化也可能被还原。( )
(5)有单质参加或有单质生成的化学反应一定是氧化还原反应。( )
(6)氧化还原反应中有一种元素被氧化时,一定有另一种元素被还原。( )
(7)氧化还原反应中的反应物,不是氧化剂就是还原剂。( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
2.下列反应中属于氧化还原反应的是_________________________________________,
属于化合反应的是______________,属于分解反应的是______________,属于置换反应的是______________,属于复分解反应的是______________。
①Cu2S+O22Cu+SO2
②3O22O3
③Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
④2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
⑤CaCO3CaO+CO2↑
⑥2H2O22H2O+O2↑
⑦SO3+H2O===H2SO4
⑧2Fe+3Cl22FeCl3
⑨H2SO4+2NaOH===Na2SO4+2H2O
⑩NaH+H2O===NaOH+H2↑
⑪IBr+H2O===HIO+HBr
答案:①③④⑥⑧⑩ ⑦⑧ ⑤⑥ ①④ ⑨⑪
(1)氧化还原反应概念间的关系:熟记六个字“升、失、氧;降、得、还”[元素化合价升高(降低)、失(得)电子,发生氧化(还原)反应]。
(2)熟记常见元素的化合价:一价氢、钾、钠、氟、氯、溴、碘、银;二价氧、钙、钡、镁、锌;三铝、四硅、五价磷;说变价也不难,二三铁、二四碳、二四六硫都齐全;铜汞二价最常见。
(3)近几年高考常考的一些特殊物质中的化合价如下:
CuFeS2:Cu(+2)、Fe(+2)、S(-2)
K2FeO4:Fe(+6) Li2NH:N(-3)
LiNH2:N(-3) AlN:N(-3)
Na2S2O3:S(+2) C2O:C(+3)
HCN:C(+2)、N(-3) CuH:Cu(+1)、H(-1)
FeO:Fe[+(8-n)] Si3N4:Si(+4)、N(-3)
CuCl:Cu(+1) S4O:S (+)
Mg2B2O5·H2O:B(+3) NaBH4:B(+3)、H(-1)
MnOOH:Mn(+3) Fe3O4:Fe(+2、+3)
VO:V(+5)
(2018·湖北部分重点中学适应性考试)某离子反应中涉及H2O、ClO-、NH、H+、N2、Cl-六种微粒。常温条件下反应时,溶液pH随时间变化的曲线如图所示。下列判断错误的是( )
A.该反应的氧化剂是ClO-
B.该反应中有两种离子生成
C.该反应生成1 mol氧化产物时,转移的电子为6 mol
D.参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
[解析] 反应涉及的六种微粒中,ClO-具有强氧化性,应为该反应的氧化剂,分析其他微粒的化合价变化可知,NH应为该反应的还原剂,由题图可知,反应过程中c(H+)不断增大,因此H+应为该反应的生成物,再由原子守恒可知,H2O也是该反应的生成物,据此可写出该反应的离子方程式:3ClO-+2NH===N2↑+3Cl-+3H2O+2H+
。分析各选项不难发现,D项错误,因为氧化剂与还原剂之比应为3∶2。
[答案] D
ClO2是新一代饮用水消毒剂,我国成功研制出利用NaClO2和稀盐酸反应制取ClO2的新方法。关于该反应,下列说法中正确的是( )
A.在反应中NaClO2作氧化剂,HCl作还原剂
B.在反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶4
C.在化学反应过程中溶液的pH保持不变
D.在反应中每生成1 mol ClO2转移5 mol电子
解析:选B。观察三者的化合价变化:NaO2+H ―→CO2,可知该反应不是NaClO2将HCl氧化,而应是NaClO2在酸性条件下自身的氧化还原反应,即歧化反应。
解决氧化还原反应相关概念辨析题思路
(1)要明确解题的思路:在明确相关概念前提下,找变价、判类型、分升降、定其他。其中“找变价”是非常关键的一步,特别是不同反应物中含有同种元素的氧化还原反应,必须弄清元素化合价的变化情况。
(2)有关电子转移数目的判断
关键是明确反应中元素化合价的变化,找出氧化剂或还原剂的物质的量,以及1 mol氧化剂得电子的物质的量或者1 mol还原剂失电子的物质的量。例如:
题组一 氧化还原反应及基本概念辨析
1.(2017·高考北京卷)下列变化中,气体被还原的是( )
A.二氧化碳使Na2O2固体变白
B.氯气使KBr溶液变黄
C.乙烯使Br2的四氯化碳溶液褪色
D.氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀
解析:选B。二氧化碳与过氧化钠反应,过氧化钠中氧元素化合价既有升高又有降低,二氧化碳中的碳元素和氧元素化合价都不变,A项错误;溶液变黄说明有溴单质生成,
反应后溴元素化合价升高,溴离子被氧化,氯气被还原,B项正确;乙烯与溴的反应是加成反应,C项错误;氨气与氯化铝溶液反应产生白色沉淀,是复分解反应,D项错误。
2.(2017·高考天津卷)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是( )
A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能
B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能
C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能
D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能
解析:选A。A项,硅太阳能电池工作时,光能转化为电能,与氧化还原反应无关;B项,锂离子电池放电时,化学能转化为电能,原电池总反应为氧化还原反应;C项,电解质溶液导电时,电能转化为化学能,总反应为氧化还原反应;D项,葡萄糖为人类生命活动提供能量时,葡萄糖发生氧化还原反应,化学能转化为热能。
3.(2018·永丰高三调研)新型纳米材料氧缺位铁酸盐(MFe2Ox)(3正极。
(2)电解池:用惰性电极电解混合溶液时,在阴极先放电的阳离子的氧化性较强,在阳极先放电的阴离子的还原性较强。
依据反应条件及反应的剧烈程度
反应条件要求越低,反应越剧烈,对应物质的氧化性或还原性越强,如是否加热、反应温度高低、有无催化剂和反应物浓度大小等。例如:根据2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,可以推知还原性:Na>Mg。
依据氧化还原反应的程度
相同条件下,不同氧化剂作用于同一种还原剂,氧化产物价态高的其对应氧化剂的氧化性强。例如:根据2Fe+3Cl22FeCl3,Fe+SFeS,可以推知氧化性:Cl2>S。
根据“三度”(浓度、温度、酸碱度)判断
一般情况下,浓度越大,温度越高,氧化剂的氧化性(或还原剂的还原性)越强,氧化性:HNO3(浓)>HNO3(稀),HNO3(热、浓)>HNO3(冷、浓);酸碱度是影响氧化性强弱的重要因素,如KMnO4在酸性条件下具有较强的氧化性,常温下即可和浓盐酸反应制取氯气。
[自我检测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)含最高价元素的化合物一定只表现强氧化性。( )
(2)具有氧化性的物质一定是氧化剂。( )
(3)同一元素不同价态的化合物中,元素的化合价越高,物质的氧化性越强。( )
(4)物质氧化性或还原性的强弱取决于得失电子的难易程度,与得失电子的数目无关。
( )
(5)强氧化剂与强还原剂混合不一定能发生氧化还原反应。( )
(6)元素的非金属性越强,其氧化性越强,相应单质越活泼。( )
(7)难失电子的物质一定易得电子。( )
(8)锌粉加入硝酸铁、硝酸铜的混合溶液中,锌首先与硝酸铁反应置换出铁。( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
(7)× (8)×
2.已知下列反应:Co2O3+6HCl(浓)===2CoCl2+Cl2↑+3H2O (Ⅰ);5Cl2+I2+6H2O===10HCl+2HIO3 (Ⅱ)。下列说法正确的是( )
A.反应(Ⅰ)中HCl是氧化剂
B.反应(Ⅱ)中Cl2发生氧化反应
C.还原性:CoCl2>HCl>I2
D.氧化性:Co2O3>Cl2>HIO3
解析:选D。反应(Ⅰ)中,Cl-失去电子,HCl作还原剂,选项A错误;反应(Ⅱ)中,Cl2得到电子变为Cl-,发生还原反应,选项B错误;根据反应(Ⅰ)可知,Co2O3(氧化剂)的氧化性强于Cl2(氧化产物),HCl(还原剂)的还原性强于CoCl2(还原产物),根据反应(Ⅱ)可知,Cl2(氧化剂)的氧化性强于HIO3(氧化产物),I2(还原剂)的还原性强于HCl(还原产物),故选项D正确、选项C错误。
(1)根据化合价的高低可判断物质是否具有氧化性或还原性,但不能判断氧化性或还原性的强弱。元素处于最高价态时只有氧化性,但不一定有强氧化性,如Na+、SO;同理,元素处于最低价态时也不一定具有强还原性。
(2)非金属阴离子不一定只具有还原性,如O既有氧化性又有还原性。金属阳离子不一定只具有氧化性,如Fe2+既有还原性又有氧化性。
已知:①A+B2+===A2++B;②D+2H2O===D(OH)2+H2↑;③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池,电极反应为E2++2e-===E,B-2e-===B2+。下列说法正确的是( )
A.氧化性:E2+>B2+>A2+>D2+
B.氧化性:D2+>E2+>A2+>B2+
C.反应E+A2+===A+E2+能够进行
D.提取某废水中含有的少量A2+时可以选用D
[解析] 由①得氧化性:B2+>A2+,由②得D为活泼金属,D2+氧化性非常弱;由③得氧化性:E2+>B2+,所以氧化性强弱顺序为E2+>B2+>A2+>D2+。若发生反应E+A2+===A+E2+,则有氧化性:A2+>E2+,与题干事实不符,所以该反应不能进行。虽然D比A活泼,但D能与H2O反应,所以不能用D来提取溶液中的A2+。
[答案] A
根据上述例题信息,若在某溶液中存在E2+、A2+、D2+,要除去E2+而不影响A2+和D2+,可以加入的试剂是( )
A.E B.A
C.B D.D
答案:C
比较氧化性或还原性强弱的解题思路
(1)若已知反应的化学方程式,可根据强弱规律判断:比什么性,找什么剂,产物之性小于剂。
(2)若已知反应条件,反应条件越低,物质表现性质越强。如果反应放出能量,放出能量越大,该过程越容易,性质越强;如果反应吸收能量,吸收能量越小,该过程越容易,性质越强。
(3)时刻记住,氧化性或还原性强弱不是依据得失电子的多少衡量,而是看反应的难易程度。
题组 物质的氧化性、还原性强弱比较
1.(2018·株洲质检)向CuSO4溶液中逐滴加入KI溶液至过量,观察到有沉淀(CuI)生成,且溶液变为棕色。再向反应后的混合物中不断通入SO2气体,溶液逐渐变成无色。下列有关分析中正确的是( )
A.上述实验条件下,物质的氧化性:Cu2+>SO2>I2
B.在SO2与I2反应中得到的还原产物为H2SO4
C.通入SO2后溶液逐渐变成无色,体现了SO2的漂白性
D.滴加KI溶液时,每转移2 mol e-会生成2 mol CuI沉淀
解析:选D。由题干信息可知,向CuSO4溶液中加入KI溶液时发生反应:
===2K2SO4+2CuI↓+I2①,当转移2 mol e-时生成2 mol CuI沉淀,故D项正确;向反应后的混合物中再通入SO2气体,又发生反应:I2+SO2+2H2O===H2SO4+2HI②,该反应中SO2作还原剂,体现了SO2的还原性,得到的还原产物是HI,故B、C项错误;根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性可知,反应①中氧化性Cu2+>I2,反应②中氧化性I2>SO2,故A项错误。
2.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(浓)===2CoCl2+Cl2↑+3H2O
D.2Fe3++2I-===2Fe2++I2
解析:选A。氧化还原反应发生的条件是强氧化剂+强还原剂===弱还原剂+弱氧化剂。由于Fe3+氧化性强于I2,所以FeI3不存在,A中反应不可能发生;B、C、D中反应符合氧化还原反应规律,所以可以发生。
氧化还原反应的基本规律及其应用
[知识梳理]
1.价态规律
(1)升降规律:氧化还原反应中,化合价有升必有降,升降总值相等。
(2)价态归中规律
含不同价态的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:H2S与浓硫酸的反应:
(3)歧化反应规律
“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。
例如:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
2.电子守恒规律
氧化还原反应中,氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
3.强弱规律
(1)氧化性和还原性规律:同一个反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物的,还原剂的还原性强于还原产物的。如反应2FeCl3+2KI===2FeCl2+I2+2KCl中,氧化性:Fe3+>I2,还原性:I->Fe2+。
(2)根据金属性或非金属性判断:K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag,由左至右,单质的还原性逐渐减弱。K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、(H+)、Cu2+、Hg2+、Ag+,由左至右,阳离子的氧化性逐渐增强。F2、Cl2、Br2、I2、S,由左至右,单质的氧化性逐渐减弱。F-、Cl-、Br-、I-、S2-,由左至右,阴离子的还原性逐渐增强。
(3)根据氧化还原反应进行的程度判断:如2Fe+3Cl22FeCl3,Fe+SFeS,氧化性:Cl2>S。
4.先后规律
(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+的溶液中加入铁粉,因为氧化性:Fe3+>Cu2+>H+,所以铁粉先与Fe3+反应,然后依次与Cu2+、H+。
[自我检测]
1.某氧化还原反应中有反应物和生成物共六种:NO、FeSO4、Fe(NO3)3、H2O、HNO3和Fe2(SO4)3。已知HNO3为反应物,则该氧化还原反应中的还原剂是________,还原产物是________。
答案:FeSO4 NO
2.根据氧化还原反应的规律写出浓硫酸、H2S和SO2三种物质可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式:________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:H2SO4(浓)+H2S===S↓+SO2+2H2O、2H2S+SO2===3S↓+2H2O
3.已知还原性:I->Fe2+>Br-。向FeBr2溶液中通入少量Cl2,反应的离子方程式为________________________________________________________________________;
向FeI2溶液中通入少量Cl2,反应的离子方程式为________________________;向FeI2溶液中通入过量的Cl2,反应的离子方程式为______________________。
答案:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- 2I-+Cl2===2Cl-+I2 2Fe2++4I-+3Cl2===6Cl-+2Fe3++I2
要明确几个规律的适用题型和注意事项。守恒规律可用于计算和配平;强弱规律可用于判断物质的氧化性、还原性强弱,或用于判断某个反应能否发生;价态规律可用于推测物质的性质;归中规律适合于判断价态变化情况,但注意只适用于同一元素的不同价态物质在反应时的判断;先后规律也叫难易规律,用于判断反应的先后顺序。
根据要求回答下列问题:
(1)[2016·高考全国卷Ⅰ,28(4)]“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____________。
(2)[2015·高考全国卷Ⅰ,28(1)]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________。
(3)[2015·高考全国卷Ⅱ,28(1)]工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。
[解析] (1)根据图示,“尾气吸收”时ClO2转化为ClO,ClO2作氧化剂,则H2O2作还原剂,H2O2转化为O2,由ClO2ClO、H2O2O2,根据得失电子守恒,氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1,氧化产物为O2。
(2)浓缩液中的碘元素以I-的形式存在,在酸性环境中,MnO2将I-氧化为I2,MnO2中+4价的Mn被还原,还原产物应为MnSO4(或Mn2+)。
(3)由题给的反应物中有KClO3、生成物中有ClO2,可知氧化剂为KClO3,还原剂为
Na2SO3。1 mol KClO3生成1 mol ClO2时得到1 mol电子,1 mol Na2SO3生成1 mol Na2SO4时失去2 mol电子,根据得失电子守恒可知,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。
[答案] (1)2∶1 O2 (2)MnSO4(或Mn2+) (3)2∶1
(1)1 mol Na2S2O3与足量稀硫酸反应时,氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。
(2)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的Ag+还原为银,从而可用于化学镀银。利用H3PO2进行化学镀银反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1,则氧化产物为________(填化学式)。
解析:(1)根据反应物与生成物中变价元素的化合价,可配平化学方程式:Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,即氧化产物(SO2)与还原产物(S)的物质的量之比为 1∶1。
(2)根据H3PO2与Ag+反应中两者物质的量之比为1∶4,4 mol Ag+在反应中得到4 mol e-,则1 mol H3PO2失去4 mol e-,产物中P元素显+5价,故氧化产物为H3PO4。
答案:(1)1∶1 (2)H3PO4
氧化还原反应习题的解题策略
首先分析题意的考查点,再确定用什么规律解决问题。涉及“几种元素被氧化(或还原)”或“谁先被氧化(或还原)”问题,必然用先后规律解答;涉及电子转移数或氧化剂(或氧化产物)与还原剂(或还原产物)比例问题,必然用守恒规律解答;涉及能否发生某反应,一般属于强弱规律,而判断同种元素的不同价态的物质之间反应的化合价变化问题,则要依据归中规律。
题组一 守恒规律的应用
1.(2018·成都诊断)水热法制备Fe3O4纳米颗粒的反应为3Fe2++2S2O+O2+xOH-===Fe3O4+S4O+2H2O,下列说法中错误的是( )
A.每生成1 mol Fe3O4,反应转移的电子总数为4NA
B.Fe2+和S2O都是还原剂
C.1 mol Fe2+被氧化时,被Fe2+还原的O2的物质的量为 mol
D.x=4
解析:选C。A项,该反应的氧化剂是O2,生成1 mol Fe3O4,消耗1 mol O2,转移的电子总数为4NA;B项,Fe2+和S2O都是还原剂;C项,3 mol Fe2+反应时,被氧化的只有
2 mol,此时反应的O2为1 mol,Fe2+还原的O2为 mol,所以当1 mol Fe2+被氧化时,被Fe2+还原的O2的物质的量为 mol;D项,根据电荷守恒可知x=4。
2.某强氧化剂XO(OH)被Na2SO3还原。如果还原2.4×10-3 mol XO(OH),需用30 mL 0.2 mol·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:选C。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 mol×(5-x)=0.03 L×0.2 mol·L-1×2,解得x=0,因此C选项正确。
题组二 价态归中、歧化规律的应用
3.(教材改编题)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.1 mol NO2与足量水反应转移电子个数为2NA
D.每生成22.4 L NO,有2 mol NO2被氧化
答案:B
4.NH3和NO2在催化剂作用下反应:8NH3+6NO27N2+12H2O。若还原产物比氧化产物少0.1 mol,则下列判断正确的是( )
A.转移电子4.8NA个
B.生成气体的体积为42.56 L(标准状况)
C.还原剂比氧化剂多0.2 mol
D.被还原的氮原子是11.2 g
解析:选C。题给反应中NH3为还原剂,NO2为氧化剂,由N原子守恒知7 mol N2中,3 mol为还原产物,4 mol为氧化产物。设还原产物为3x,则氧化产物为4x,4x-3x=0.1 mol,x=0.1 mol,即有0.8 mol NH3和0.6 mol的NO2反应生成0.7 mol N2。A项,应转移2.4NA个电子;B项,N2在标准状况下的体积为0.7 mol×22.4 L·mol-1=15.68 L;C项,NH3比NO2多0.8 mol-0.6 mol=0.2 mol;D项,被还原的N原子质量为0.6 mol×14 g·mol-1=8.4 g。
题组三 先后规律、强弱规律的应用
5.(2018·衡水模拟)有下列三个反应:
①Cl2+FeI2===FeCl2+I2
②2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-
③Co2O3+6HCl(浓)===2CoCl2+Cl2↑+3H2O
下列说法正确的是( )
A.①②③中的氧化产物分别是I2、Fe3+、CoCl2
B.氧化性:Co2O3>Cl2>Fe3+
C.根据反应①一定可以推理得到Cl2+FeBr2===FeCl2+Br2
D.在反应③中当1 mol Co2O3参加反应时,有1 mol HCl被氧化
解析:选B。三个反应中元素化合价升高所得的产物是I2、Fe3+、Cl2,它们是氧化产物,A错误;氧化还原反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物,在反应①中,氧化性:Cl2>I2,在反应②中,氧化性:Br2>Fe3+,在反应③中,氧化性:Co2O3>Cl2,所以氧化性顺序是Co2O3>Cl2>Br2>Fe3+,B正确;根据氧化性顺序:Cl2>Br2>Fe3+,Cl2和FeBr2反应时,氯气既能氧化溴离子又能氧化亚铁离子,所以还可能生成三价铁离子和溴单质,C错误;在反应③中生成1 mol Cl2时,有6 mol的HCl参加反应,其中2 mol HCl被氧化,D错误。
6.向含S2-、Fe2+、Br-、I-各0.1 mol的溶液中通入Cl2,通入Cl2的体积(标准状况)和溶液中相关离子的物质的量关系图正确的是( )
解析:选C。还原性:S2->I->Fe2+>Br-,所以发生反应的顺序:①Cl2+S2-===S↓+2Cl-,②Cl2+2I-===I2+2Cl-,③Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl-,④Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
电子转移守恒在化学计算中的应用
[知识梳理]
1.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分析,便可迅速获得正确结果。
2.守恒法解题的思维流程
(1)找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
(2)找准一个原子或离子得失电子数(注意化学式中粒子的个数)。
(3)根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式。
n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)。
3.有的试题反应过程多,涉及的氧化还原反应也多,数量关系较为复杂,若用常规方法求解比较困难,若抓住失电子总数等于得电子总数这一关系,则解题就变得很简单。解这类试题时,注意不要遗漏某个氧化还原反应,要理清具体的反应过程,分析在整个反应过程中化合价发生变化的元素得电子数目和失电子数目。
(2017·高考全国卷Ⅱ,28,15分)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下:
Ⅰ.取样、氧的固定
用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定。
Ⅱ.酸化、滴定
将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2被I-还原为Mn2+,在暗处静置5 min,然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O+I2===2I-+S4O)。
回答下列问题:
(1)取水样时应尽量避免扰动水体表面,这样操作的主要目的是___________________。
(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和__________;蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,其目的是杀菌、除________及二氧化碳。
(4)取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用a mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示剂,终点现象为____________________;若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为________mg·L-1。
(5)上述滴定完成时,若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏________。(填“高”或“低”)
[解析] (1)取水样时避免扰动水体表面,这样能保证所取水样中溶解氧量与水体中实际溶解氧量基本相同,以减小实验误差。(2)根据水样与Mn(OH)2碱性悬浊液反应生成MnO(OH)2,可写出固氧的反应为O2+2Mn(OH)2===2MnO(OH)2。(3)由于Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定,配制该溶液时无需用容量瓶,只需粗略配制,故配制Na2S2O3溶液时,还需要用到的玻璃仪器为量筒;所用蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,这样能除去水中溶解的氧气和CO2,且能杀菌。(4)根据Ⅱ可知MnO(OH)2能将水样中的I-氧化为I2,
滴定过程中用淀粉溶液作指示剂,在滴定终点前淀粉遇I2变蓝,达到滴定终点时,I2完全被消耗,溶液蓝色刚好褪去。根据关系式O2~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3,结合消耗n(Na2S2O3)=a mol·L-1×b×10-3 L=ab×10-3 mol,可求出100.00 mL水样中溶解氧的质量为ab×10-3 mol×32 g·mol-1=8ab×10-3 g=8ab mg,则该水样中溶解氧的含量为8ab mg÷0.100 00 L=80ab mg·L-1。(5)滴定完成时,滴定管尖嘴处留有气泡,会导致读取的Na2S2O3标准液体积偏小,根据关系式O2~4Na2S2O3,可知测定的溶解氧的含量偏低。
[答案] (1)使测定值与水体中的实际值保持一致,避免产生误差
(2)O2+2Mn(OH)2===2MnO(OH)2
(3)量筒 氧气
(4)蓝色刚好褪去 80ab
(5)低
[2016·高考全国卷Ⅲ,28(2)]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量
分数/%
2.2~
2.9
2.8~
3.1
22~
28
60~
65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成VO,则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
解析:3 mol VO2+变为VO,共失去3 mol电子,而1 mol ClO变为Cl-得到6 mol电子,所以需要0.5 mol氯酸钾。
答案:0.5
题组一 单一反应电子守恒问题
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.2 B.3
C.4 D.5
答案:D
2.在反应3BrF3+5H2O===9HF+Br2+HBrO3+O2↑中,若有5 mol H2O参加反应,被水还原的溴为( )
A.1 mol B. mol
C. mol D.2 mol
解析:选C。设被水还原的溴(BrF3)的物质的量为x,5 mol H2O参加反应,失去电子4 mol,根据电子守恒得:3x=4 mol,x= mol。
题组二 多步反应电子守恒问题
3.取x g铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生8 960 mL的NO2气体和672 mL的N2O4气体(都已折算到标准状况),在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀质量为17.02 g。则x等于( )
A.8.64 B.9.20
C.9.00 D.9.44
解析:选B。反应流程为
x g=17.02 g-m(OH-),
而OH-的物质的量等于镁、铜失去电子的物质的量,等于浓HNO3得电子的物质的量,即:
n(OH-)=×1+×2×1=0.46 mol。
所以x g=17.02 g-0.46 mol×17 g·mol-1=9.20 g。
[课后达标训练]
一、选择题
1.(2016·高考上海卷)下列化工生产过程中,未涉及氧化还原反应的是( )
A.海带提碘 B.氯碱工业
C.氨碱法制碱 D.海水提溴
解析:选C。A.海带提碘是由I-变为I2,有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,错误;B.氯碱工业是由NaCl的水溶液在通电时反应产生NaOH、Cl2、H2,有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,错误;C.氨碱法制取碱的过程中没有元素化合价的变化,是非氧化还原反应,正确;D.海水提溴是由溴元素的化合物变为溴元素的单质,有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,错误。
2.下列实验中,颜色的变化与氧化还原反应有关的是( )
A.往紫色石蕊试液中加入盐酸,溶液变红
B.饱和FeCl3溶液在沸水中变成红褐色胶体
C.向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液,生成的沉淀由白色变成灰绿色,最后变成红褐色
D.SO2使滴有酚酞的NaOH溶液褪色
解析:选C。向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液,首先得到白色沉淀Fe(OH)2,Fe(OH)2迅速与空气中的O2发生氧化还原反应得到红褐色的Fe(OH)3。
3.下列反应不属于四种基本反应类型,但属于氧化还原反应的是( )
A.Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
B.AgNO3+NaCl===AgCl↓+NaNO3
C.Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
D.2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
解析:选C。 A为置换反应,B为复分解反应,D为分解反应,而C项铁元素和碳元素有化合价的升降,属于氧化还原反应且不属于四种基本反应类型。
4.图中两圆圈相交的阴影部分表示圆圈内物质相互发生的反应,其中属于氧化还原反应,但水既不作氧化剂也不作还原剂的是( )
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
解析:选A。甲中发生的反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO,属于氧化还原反应,但水既不作氧化剂也不作还原剂,A正确。乙中水作氧化剂,B错误。丙、丁中发生的反应都不是氧化还原反应,C、D错误。
5.实验室利用以下反应制取少量氮气:NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O,下列关于该反应的说法正确的是 ( )
A.NaNO2发生氧化反应
B.NH4Cl中的氮元素被还原
C.N2既是氧化产物又是还原产物
D.每生成1 mol N2时转移电子的物质的量为6 mol
解析:选C。由反应前后元素的化合价变化知,NaNO2为氧化剂,发生还原反应,NH4Cl为还原剂,发生氧化反应,N2既是氧化产物又是还原产物,每生成1 mol N2时转移电子的物质的量为3 mol。
6.(2018·广东六校联考)下列氧化还原反应中,实际参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比正确的是( )
①KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O;1∶6
②3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;
2∶3
③SiO2+3CSiC+2CO↑;1∶2
④3NO2+H2O===2HNO3+NO;2∶1
A.①③ B.②③
C.②④ D.①④
解析:选B。本题主要考查氧化还原反应的实质。结合氧化还原反应中得失电子守恒原理可知,反应①中比例为1∶5;反应④中比例为1∶2。
7.已知:①向KMnO4晶体中滴加浓盐酸,产生黄绿色气体;②向FeCl2溶液中通入少量实验①产生的气体,溶液变黄色;③取实验②生成的溶液滴在淀粉-KI试纸上,试纸变蓝色。下列判断正确的是( )
A.上述实验证明氧化性:MnO>Cl2>Fe3+>I2
B.上述实验中,共有两个氧化还原反应
C.实验①生成的气体不能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝
D.实验②证明Fe2+既有氧化性又有还原性
解析:选A。在氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,所以A项正确;三个反应都是氧化还原反应;实验①生成的气体是氯气,其氧化性大于②中产生的FeCl3,能使湿润的淀粉KI试纸变蓝;实验②只能证明Fe2+有还原性不能证明其氧化性。
8.R2O在一定条件下可以把Mn2+氧化成MnO,若反应中R2O变为RO,又知反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶2,则n值为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选B。根据得失电子守恒,2 mol Mn2+→2 mol MnO,失2×5 mol=10 mol e-,所以1 mol R2O→2 mol RO得2 mol e-,故可知R2O中R的化合价为+7。因此n=2。
9.N2O既是医学上的一种麻醉剂,又是一种常见的温室气体。制取N2O的方法有很多,例如(反应条件略):①30HNO3(稀)+8Fe===3N2O↑+8Fe(NO3)3+15H2O;②K2SO3+2NO===K2SO4+N2O;③2NH3+2O2===N2O+3H2O;④2NaNO3+(NH4)2SO4===2N2O↑+Na2SO4+4H2O。下列说法正确的是( )
A.反应①中生成1 mol N2O时,转移6 mol电子
B.反应②中K2SO3是还原剂,NO是氧化剂
C.反应③中1 mol O2参加反应转移8 mol电子
D.反应④中NaNO3是还原剂,(NH4)2SO4是氧化剂
解析:选B。分析各反应中元素的化合价变化情况,物质所含元素化合价升高,在反应中失电子,被氧化,本身作还原剂;物质所含元素化合价降低,在反应中得电子,被还原,本身作氧化剂。验证四个选项,反应①中生成1 mol N2O时,转移8 mol电子,A
项错误;反应③中O的化合价由0变为-2,1 mol O2参加反应转移4 mol电子,C项错误;反应④中NaNO3作氧化剂,(NH4)2SO4作还原剂,D项错误。
10.根据表中信息,判断下列叙述中正确的是( )
序号
氧化剂
还原剂
其他
反应物
氧化产物
还原
产物
①
Cl2
FeBr2
/
Fe3+、Br2
②
KClO3
浓盐酸
/
Cl2
③
KMnO4
H2O2
H2SO4
O2
Mn2+
A.由表中①组的信息可知通入Cl2的量不同,氧化产物可能不同
B.反应①中,当只有少量Cl2时,反应可表示为Cl2+Fe2+===Fe3++2Cl-
C.表中②组反应的还原产物是KCl,电子转移数目是6e-
D.表中③组反应的离子方程式为2MnO+3H2O2+6H+===2Mn2++4O2↑+6H2O
解析:选A。Cl2与FeBr2反应,Cl2少量时,只氧化Fe2+;足量时,可氧化Fe2+和Br-,A正确。Cl2+Fe2+===Fe3++2Cl-不符合电荷守恒、得失电子守恒,正确的离子方程式为Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl-,B错误。②组反应的化学方程式为KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O,氧化产物和还原产物均为Cl2,电子转移数目为5e-,C错误。D项中配平错误,得失电子不守恒,正确为2MnO+5H2O2+6H+===2Mn2++5O2↑+8H2O。
二、非选择题
11.已知将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。现有一个氧化还原反应的体系中共有KCl、Cl2、H2SO4、H2O、KMnO4、MnSO4、K2SO4七种物质:
(1)该反应中,化合价升高的反应物是________,化合价没有发生变化的反应物是__________。
(2)写出一个包含上述七种物质的氧化还原反应方程式:__________________________。
(3)上述反应中,氧化剂是________,1 mol氧化剂在反应中________(填“得到”或“失去”)________mol电子。
(4)如果在反应后的溶液中加入NaBiO3,溶液又变紫红色,说出NaBiO3的一个性质:________________________________________________________________________。
解析:(1)反应原理为在酸性条件下,KMnO4将Cl-氧化为Cl2,自身被还原。
(2)由(1)可知反应物为KMnO4、KCl、H2SO4,其余四种物质为生成物。
(4)溶液又显紫红色,说明NaBiO3将Mn2+氧化成了MnO,因而说明NaBiO3的氧化性比KMnO4的氧化性强。
答案:(1)KCl H2SO4
(2)2KMnO4+10KCl+8H2SO4===6K2SO4+2MnSO4+5Cl2↑+8H2O
(3)KMnO4 得到 5
(4)NaBiO3具有强氧化性(或NaBiO3的氧化性比KMnO4的氧化性强)
12.硫、氯的单质和化合物应用广泛。
(1)将硫铁矿和焦炭按物质的量比3∶2混合放在炼硫炉中,通入适量空气中,发生燃烧反应:FeS2+C+O2―→Fe3O4+CO+S。
请配平上述化学反应方程式:____________________________________________
________________________________________________________________________。
生成3 mol硫,被氧化物质的物质的量为________。
(2)盐酸是应用广泛的酸之一,它具有:a.酸性
b.氧化性 c.还原性 d.挥发性。
请回答下列问题:
①浓盐酸长时间露置在空气中,溶液的质量减轻,盐酸表现了________(填序号)。
②实验室用稀盐酸和锌粒反应制取氢气,盐酸表现了________(填序号),反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③用盐酸除去铁表面的铁锈,盐酸表现了________(填序号),反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④实验室常用KMnO4和浓盐酸反应制取Cl2,反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。被还原的元素是________,还原剂是________,氧化产物是________。
解析:(1)根据电子得失守恒和原子守恒,配平可得:3FeS2+2C+3O2Fe3O4+2CO+6S,被氧化的物质为FeS2和C,根据化学方程式可知,当生成3 mol硫时,消耗FeS2和C的物质的量为1.5 mol+1 mol=2.5 mol。(2)①浓盐酸易挥发,露置在空气中溶质挥发使溶液的质量减轻。②盐酸与金属锌反应的化学方程式为Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑,其中H+化合价下降,表现出氧化性,Cl-化合价不变,与氧化产物结合形成盐,表现出酸性。③盐酸与金属氧化物反应时,没有改变金属离子的化合价,表现出酸性。④结合反应方程式中各物质的化合价变化情况可确定,Mn从+7价下降至+2价,被还原;HCl中-1价的氯部分化合价升高作还原剂;HCl被氧化得到氧化产物Cl2。
答案:(1)3FeS2+2C+3O2Fe3O4+2CO+6S 2.5 mol
(2)①d ②ab Zn+2H+===Zn2++H2↑
③a Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
④Mn HCl Cl2
13.(2018·衡阳高三模拟)NaNO2因外观和食盐相似,又有咸味,
容易使人误食中毒。已知NaNO2能发生反应:2NaNO2+4HI===2NO↑+I2+2NaI+2H2O。
(1)上述反应中氧化剂是________。
(2)根据上述反应,鉴别NaNO2和NaCl。可选用的物质有①水、②碘化钾淀粉试纸、③淀粉、④白酒、⑤食醋,你认为必须选用的物质有________(填序号)。
(3)某厂废液中含有2%~5%的NaNO2,直接排放会造成污染,下列试剂能使NaNO2转化为不引起二次污染的N2的是________。
A.NaCl B.NH4Cl
C.HNO3 D.浓H2SO4
(4)请配平以下化学方程式:
Al+NaNO3+NaOH===NaAlO2+N2↑+H2O
若反应过程中转移5 mol电子,则生成标准状况下N2的体积为________L。
解析:(1)NaNO2中N元素的化合价降低,作氧化剂。
(2)根据题中反应,NaNO2在酸性溶液中,能将I-氧化成I2,淀粉遇I2变蓝色,故必须选用的物质有②⑤。
(3)根据氧化还原知识,所选试剂应充当还原剂,题给选项中只有NH4Cl能与NaNO2反应转化为不引起二次污染的N2,故选B。
(4)根据化合价升降相等配平:10Al+6NaNO3+4NaOH===10NaAlO2+3N2↑+2H2O。根据关系式N2~10e-,若反应过程中转移5 mol e-,则生成标准状况下N2的体积为11.2 L。
答案:(1)NaNO2 (2)②⑤ (3)B (4)10 6 4 10 3 2 11.2
14.高锰酸钾在不同的条件下发生的反应如下:
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高锰酸根离子被还原的产物受溶液的________影响。
(2)将SO2通入高锰酸钾溶液中,发生还原反应的离子反应过程为________→________。
(3)将PbO2投入到酸性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:PbO2>KMnO4
b.还原性:PbO2>KMnO4
c.该反应可以用盐酸酸化
(4)将高锰酸钾逐滴加入到硫化钾溶液中发生如下反应,其中K2SO4和S的物质的量之比为3∶2。完成下列化学方程式:
①____KMnO4+____K2S+____===____K2MnO4+____K2SO4+____S↓+____。
②若生成6.4 g单质硫,反应过程中转移电子的物质的量为________。
解析:(1)题中①②③的反应分别是酸性、碱性和中性时的半反应,说明酸碱性对被还原的产物有影响。
(2)通入SO2属于酸性条件下的反应。
(3)PbO2氧化Mn2+,产物是Pb2+和MnO,说明氧化性PbO2>KMnO4,由于氧化性KMnO4>Cl2,故不能用盐酸酸化。
(4)①配平后的方程式是28KMnO4+5K2S+24KOH===28K2MnO4+3K2SO4+2S↓+12H2O。②n(S)=0.2 mol,n(KMnO4)=2.8 mol,转移n(e-)=2.8 mol。
答案:(1)酸碱性 (2)MnO Mn2+ (3)a
(4)①28 5 24KOH 28 3 2 12H2O ②2.8 mol