2 - 9 氧化还原反应的计算和方程式的配平

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考纲要求 1.掌握常见氧化还原反应方程式的配平。2.掌握常见氧化还原反应的相关计算。3.理解质量守恒定律。

考点一 氧化还原反应的基本规律

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，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。 (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，如：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。 2．强弱规律

自发进行的氧化还原反应，一般遵循强氧化剂制弱氧化剂，强还原剂制弱还原剂，即“由强制弱”。 3．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。

＋

－

＋

加入氧化剂

(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、

＋

加入还原剂

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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

＋

＋

＋

＋

＋

＋

依次为Cu2、H。

＋

＋

4．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。

题组一 电子转移数目判断与计算

1．下列表示反应中电子转移的方向和数目正确的是( )

2．ClO2遇浓盐酸会生成Cl2，反应方程式为2ClO2＋8HCl===5Cl2＋4H2O，该反应中若转移电子的数目为9.632×1023，则产生的Cl2在标况下的体积为( ) A．11.2 L C．22.4 L

B．33.6 L D．44.8 L

3．用下列方法制取O2：①KClO3(MnO2)受热分解；②Na2O2加水；③H2O2中加MnO2；④KMnO4受热分解，若制得相同质量的O2，反应中上述各种物质(依编号顺序)的电子转移数目之比是( )

A．3∶2∶2∶4 C．2∶1∶1∶2 题组二 价态规律的应用

4．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

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电解

B．1∶1∶1∶1 D．1∶2∶1∶2

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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、X C．X、Z、Q、Y、G

B．X、Z、Q、G、Y D．G、Q、Y、Z、X

5．氯气跟氢氧化钾溶液在一定条件下发生如下反应：Cl2＋KOH―→KX＋KY(未配平)，KX在一定条件下能自身反应：KX―→KY＋KZ(未配平，KY与KZ关系比为1∶3)，以上KX、KY、KZ均是一元酸的钾盐，由以上条件推知在KX中氯的化合价是( ) A．＋1 C．＋5

题组三 先后规律的应用 6．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( )

＋

－

－

－

＋

－

B．＋3 D．＋7

A．Cl2 C．FeCl3

＋

－

＋

B．KMnO4 D．HCl

＋

－

＋

7．已知2Fe3＋2I===I2＋2Fe2、2Fe2＋Br2===2Br＋2Fe3。现向含有FeBr2、FeI2的溶液中通入一定量的氯气，再向反应后的溶液中滴加少量的KSCN溶液，结果溶液变为红色，则下列叙述中正确的是( ) ①氧化性：Br2＞Fe3＞I2

＋

②原溶液中Br一定被氧化

③通入氯气后，原溶液中的Fe2一定被氧化

＋

－

④不能确定通入氯气后的溶液中是否还存在Fe2

＋

⑤若取少量所得溶液，加入CCl4后静置，向上层溶液中加入足量的AgNO3溶液，只产生白色沉淀，说明原溶液中Fe2、Br均被完全氧化

＋

－

A．①②③④ C．②④⑤

－

＋

－

－

B．①③④⑤ D．①②③④⑤

8．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( )

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考点二 电子守恒思想在化学计算中的应用

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思维，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)。

题组一 两元素之间得失电子守恒问题

1．现有24 mL浓度为0.05 mol·L1的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol·L1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．＋2 C．＋4

B．＋3 D．＋5

2．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

题组二 多元素之间得失电子守恒问题

3．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( )

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A．1 mol B. mol C. mol D．2 mol

33

4．在P＋CuSO4＋H2O―→Cu3P＋H3PO4＋H2SO4(未配平)的反应中，7.5 mol CuSO4可氧化P的物质的量为________mol。生成1 mol Cu3P时，参加反应的P的物质的量为________mol。 题组三 多步反应得失电子守恒问题

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。

5．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(都已折算到标准状态)，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 C．9.00

B．9.20 D．9.44

6．足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，将这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol·L1 NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是( )

－

＋

A．60 mL C．30 mL

B．45 mL D．15 mL

考点三 氧化还原反应方程式的书写与配平

1．氧化还原方程式配平的基本原则

2．氧化还原方程式配平的一般步骤

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[示例] 配平化学方程式： H2S＋HNO3―→S↓＋NO↑＋H2O 分析 配平步骤如下

第一步：标变价，H2S＋HNO3 ―→S↓＋NO↑＋H2O

－2

＋5

0

＋2

故H2S的化学计量数为3，HNO3的化学计量数为2。

第四步：配系数，先配平变价元素，再利用原子守恒配平其他元素。 3H2S＋2HNO3===3S↓＋2NO↑＋4H2O

第五步：查守恒，其他原子在配平时相等，最后利用O原子守恒来进行验证。

题组一 正向配平类

1．(1)____HCl(浓)＋____MnO2=====____Cl2↑＋____MnCl2＋____H2O (2)____Cu＋____HNO3(稀)===____Cu(NO3)2＋____NO↑＋____H2O (3)____KI＋____KIO3＋____H2SO4===____I2＋____K2SO4＋____H2O (4)____MnO4＋____H＋____Cl===____Mn2＋____Cl2↑＋____H2O

－

＋

－

＋

△

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题组二 逆向配平类

2．(1)____S＋____KOH===____K2S＋____K2SO3＋____H2O (2)____P4＋____KOH＋____H2O===____K3PO4＋____PH3 题组三 缺项配平类

3．(1)____ClO＋____Fe(OH)3＋____===____Cl＋____FeO24＋____H2O

－

－

－

(2)____MnO4＋____H2O2＋____===____Mn2＋____O2↑＋____H2O

－

＋

(3)某高温还原法制备新型陶瓷氮化铝(AlN)的反应体系中的物质有：Al2O3、C、N2、AlN、CO。

请将AlN之外的反应物与生成物分别填入以下空格内，并配平。 ＋ ＋ === AlN＋

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：先将得失电子数配平，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。

“四步法”突破新情景下氧化还原方程式的书写

[示例] KMnO4能与热的经硫酸酸化的Na2C2O4反应，生成Mn2和CO2，该反应的离子方程

＋

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式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 题组一 根据题干信息书写方程式 1．按要求完成下列方程式。

(1)已知在酸性介质中FeSO4能将＋6价铬还原成＋3价铬。写出Cr2O27与FeSO4溶液在酸性

－

条件下反应的离子方程式：________________________________________________。 (2)用NaClO—NaOH溶液氧化AgNO3，制得高纯度的纳米级Ag2O2。写出该反应的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)KMnO4氧化废水中Mn2生成MnO2的离子方程式为____________________________。

＋

(4)温度高于200 ℃时，硝酸铝完全分解成氧化铝和两种气体(其体积比为4∶1)，该反应的化学方程式：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2。生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，反应的离子方程式：_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)生产硫化钠大多采用无水芒硝(Na2SO4)—碳粉还原法，若煅烧所得气体为等物质的量的CO和CO2，写出煅烧时发生反应的化学方程式：___________________________________ ________________________________________________________________________。 (7)向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I，其离子方程式：________________________________________________________________________。 (8)H3PO2的工业制法：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。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式：_____________________ ________________________________________________________________________。 题组二 根据图示信息书写方程式

2．(1)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：

－

反应Ⅰ的化学方程式：_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下：

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Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)二氧化氯(ClO2)是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。

该法工艺原理示意图如下。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠(NaClO3)与盐酸反应生成ClO2。发生器中生成ClO2的化学方程式为____________________________ ________________________________________________________________________。

(4)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。

上图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

1．完成下列离子方程式：

(1)[2015·天津理综，10(2)②] ClO3＋ Fe2＋ ________=== Cl＋ Fe3＋

－

＋

－

＋

________

(2)[2015·安徽理综，27(2)] NaBO2＋ SiO2＋ Na＋ H2—— NaBH4＋ Na2SiO3

2

(3)[2015·浙江理综，27(4)] MnO4＋ C2O2＋ CO2↑＋4＋________=== Mn

－

－

＋

________

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(4)[2013·全国卷Ⅰ，27(3)] LiCoO2＋ H2SO4＋ H2O2=== Li2SO4＋ CoSO4＋ O2↑＋ ________。

(5)[2013·北京理综，27(2)] MnO4＋ Fe2＋ ________=== Mn2＋ Fe3＋

－

＋

＋

＋

________。

2．按要求完成下列氧化还原反应的方程式：

(1)[2016·全国卷Ⅱ，26(2)]实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)[2016·天津理综，9(3)]MnO(OH)2＋I＋H―→Mn2＋I2＋H2O(未配平)其化学计量数依次为

－

＋

＋

________。

(3)[2016·四川理综，8(5)]在稀硫酸中，Cr的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化氧的一种氢化物，Cr被还原为＋3价，该反应的化学方程式是___________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)[2015·全国卷Ⅱ，28(3)①]将ClO2通入KI和H2SO4的混合液中，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)[2015·福建理综，25(3)③]KClO3与KI淀粉溶液混合后溶液显蓝色，假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，则此反应的离子方程式为_____________________________________。 3．按要求回答下列问题：

(1)[2015·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________。

(2)(2015·海南，6)已知在碱性溶液中可发生如下反应：

n2R(OH)3＋3ClO＋4OH===2ROn4＋3Cl＋5H2O，则RO4中R的化合价是________。

－

－

－

－

－

A．＋3 C．＋5

B．＋4 D．＋6

4．(2016·全国卷Ⅰ，28)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：

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