普宁市城东中学高考化学二轮复习：专题三《氧化还原反应与电化学问题的解决策略》

1、普宁市城东中学2010高考化学二轮复习：专题三氧化还原反应与电化学问题的解决策略 【考情分析】 1 氧化还原反应知识贯穿于中学化学学习的始终，故每年必考，且题型多样。今后命题将会继续集 中在以下2个方面：氧化还原反应的概念及应用，包括氧化还原反应的配平与计算，氧化性、还 原性强弱的判断。同时也会因涉及知识面广，可能出现新的题型、新的设问方式，特别是与实验应用 相结合成为命题的新趋势。 2 电化学内容在工业生产中有着广泛应用，是高考重点考查的内容之一，其主要考点有：掌握原 电池的概念、形成条件、装置中各部分名称、电极反应、导线上电流方向、电子流向、溶液中离子 运动方向、对盐桥的认识；正确认识化学

2、腐蚀、电化学腐蚀、析氢腐蚀、吸氧腐蚀并能加以区别； 了解金属腐蚀的防护方法；掌握电解的原理及有关规律，能对电极产物进行判断，能对电解后 溶液的酸碱性变化加以判断，能正确表示电解的电极反应及总反应；电解原理的应用和基本计算。 【知识交汇】 、氧化还原反应 1 .熟练掌握基本概念 氧化剂氧化性一披还原一还原反应还原严输 良应物 f 表现性质变化过程发生反应一4所得产物 还原剂 还原性 披氣化氧化反应一氧化产 2 .会标电子转移的方向和数目 失去6e CU2S + O2= 2Cu + SO2 1 Ir 得到2e得到4e- 氧化剂氧化剂还原产物氧化产物 还原剂还原产物 2e CaH2 +2H2O =

3、Ca(0H)2 + 2H?f 还原剂 氧化剂氧化产物 还原产物 3.氧化产物、还原产物的判断 氧化产物、还原产物是从实验得出的。对于一些我们不熟悉的氧化还原反应，可以根据化合价变化的 规律，分析氧化产物、还原产物，如下表。 氧化剂 还原剂 氧化产物 还原产物 Q I 不能确定 HO L 3 + Fe SQ SO2 L 2+ Fe MnC H2Q Q 不能确定 CIO CI CI2 CI 2 4 .氧化反应与还原反应的关系 氧化还原反应中，氧化反应与还原反应总是同时发生的。一个完整的氧化还原反应方程式可以拆写成 两个 半反应” 一个是 氧化反应” 一个是 还原反应”。如2Fe3+Cu=2Fe2+

4、Cu2+的拆写结果是：氧化反 应为Cu-2e_ =Cu2+ ；还原反应为2Fe3+2e_=2Fe3+，又如下表： 氧化还原反应 氧化反应 还原反应 + 3NO2+H2O=2H +2NO3 +NO 2NO2 2e-+ 2H2O=4H + 2NO3 2NO2+ 2e+ 2H+=NO + H2O 2 CH4+2O2+2OH =CO3+3H2O CH 4+ 10OH 8e = CO32 + 7H?O 2H2O + O2 + 4e= 4OH 5.氧化还原反应的基本规律 守恒规律：电子得失总数（或化合价升降总数）相等。据此，可用于配平、计算。 价态规律 同种元素最高价态只具有氧化性；最低价态只具有还原性；

5、 中间价态既具有氧化性， 又具有还原性。 可简记为：高价氧，低价还，中价全。 + 1 2 化合物（如H2S）:因既有正价又有负价，所以 同时具有氧化性和还原性。 归中不交规律 若价态相隔（即有中间价），一般能反应，且生成中间价态，但二者的化合价不会交叉变化。如 + 2H2O +6 +4 0 2 +6 +4 0 2 失2e- H2S + H 2SO4 = S +SO2 得2e- 若价态相邻，则不反应。如 C CO、 COCO2、SO2SO3 等。 先强后弱规律（反应顺序） 一种氧化剂遇多种还原剂时, 总是按还原性先强后弱的顺序反应。 例如，把CI2通入FeB2溶液中，CI2可把Fe2*、Br氧化

6、，由于还原性Fe2* Br,所以CI2先氧化 Fe?，之后，若还有 C|2，才氧化Br。若n（FeBr2）: n（Cl2） = 1:1，其离子方程式为：2Fe? + 2Br + 2C|2 =2Fe + Br 2+ 4CI 同理，一种还原齐U遇多种氧化剂时，是按氧化性先强后弱的顺序反应。 如Fe与CuCI2HCl混合液，Fe先与Cu2+反应，后与H +反应。 由强变弱规律（反应方向） 氧化还原反应总是向着氧化性和还原性减弱的方向进行，反之不能。据此，可判断两物质能否发生氧 化还原反应。 、原电池 1 常见的原电池有两类：一类是类似伏打电池的普通原电池装置；另一类是产生电流效率较高的带 盐桥的原电

7、池装置，如下图所示: H2SO4溶液 ZnS04溶液稀硫酸 两装置工作原理是相同的，即总反应方程式是Zn+H2SQ=ZnSO+H2f。盐桥的作用是一一使整个装置构 成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电流效率。 2 在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能与电解质不反应，不发生反应的可看作金属发生吸 氧腐蚀。如图1 : CuCl2溶液NaCI溶液 图1图2 3 闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触，如图2。 r-H1 4根据原电池的工作原理可得二次电池充电装置图为。 5 原电池原理的应用 利用原电池原理可以制造出各种实用电池，即化学电源，如锌锰干电池、铅

8、蓄电池、锂电池、新型 燃料电池等。 原电池原理可用于解决一些实际问题，如加快某些化学反应时的速率（稀硫酸与锌反应时，常滴入 几滴硫酸铜溶液）；分析金属电化学腐蚀的快慢和防护方法等。 三、电解池 1.原电池装置与电解装置的比较有无外接电源。 要注意到原电池的两极称为正负极，溶液中放电的阴离子向负极移动，放电的阳离子向正极移动，电 解池的两极称为阴阳极，阴阳离子在外加电场的作用下分别向阳极和阴极移动。 2 串联装置图比较 晞H用6稀H再6 Zn $ Cu Fe 稀 HgSO* 图二 图一中无外接电源，两者必有一个装置是原电池装置（相当于发电装置），为电解装置提供电能，其中 两个电极活动性差异大者为

9、原电池装置，如图一中左图为原电池装置，右图为电解装置。图二中有外 接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。 3 .电解的规律 若用惰性电极（如 Pt、石墨）进行电解，产物的规律如下（氟化物例外）： 电解质 电解产物 结论 类另y 举例 阳极 阴极 溶液组成 无氧酸、不活泼金 HCI CuCI 2 非金属单 氢气或金 浓度减小， 实质是 属的无氧酸盐 质（非。2） 属单质 溶质不变。 溶质发生分解 含氧酸、强碱和活 泼金属的含氧酸盐 H2SO4 NaOH Na2SO4 氧气 氢气 溶质不变， 浓度增大。 实质是电解水 活泼金属的 无氧酸盐 NaCI 非金属单 质（非。2） 氢气 有

10、碱生成 实质是溶质和水同时分 不活泼金属的 含氧酸盐 CuSO4 氧气 金属单质 有含氧酸 生成 解 4 .电解原理的应用 氯碱工业：即电解饱和食盐水（制取烧碱和氯气）的工业。其反应原理是：阳极 2CI 一一 2e= CSf,阴 I_电解 极 2H + 2e_= H2 f,总反应 2NaCI + 2H2O =2NaOH + H2T+ CI2% 电镀：是特殊的电解。电镀时，用镀层金属做阳极、待镀金属（镀件）做阴极，用含含镀层金属阳离 子的电解质溶液。理论上讲，电镀时，电解质溶液的成分是不变的。 铜的电解精炼：粗铜中通常含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质 电极名称 电极材料 电极反应 电解质溶

11、液 溶液浓度 阳极 粗铜板 Cu 2e = Cu2+、Fe 2e = Fe2、 h2+ Ni 2e = Ni CuSO4溶液（加 入一定量的硫 酸） 基本保持不变 （或略有下降） 阴极 纯铜板 Cu2+ + 2e = Cu 位于金属活动顺序铜之后的 Ag、Au等金属，因为给出电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成离 子溶解下来，当阳极上的 Cu失去电子变成离子溶解后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形 成阳极泥。 电冶金：电解法冶炼活泼金属。 电解法冶炼活泼金属时, 电解液是用熔融的金属化合物（通常是氯化 物或氧化物），以制取金属钠为例, + 2e= 2Na,总反应式为 2NaCI 电解过

12、程中，电极反应式分别是: 电解 2Na + Cl2 阳极 2C一 2e= CI2 T,阴极 2Na 【思想方法】 【例1】1986年，人们成功的用如下反应制得了氟： 2KMnO 4+2KF+10HF+3H 2O2=2K2M nF6+8H2O+3O2 Mn F6+2SbF5=2KSbF 6+M nF 4 2MnF4=2MnF3+F2f。下列说法中正确的是 A .反应、都是氧化还原反应B .反应H2O2既是还原剂又是氧化剂 C.氧化性：H2O2 KMn O4D.每生成1mol F2,上述反应共转移 8mol电子 【分析】本题主要考查氧化还原反应中的基本概念。反应是氧化还原反应，氧化剂是KMnO4,

13、双氧水 作还原剂，选项B错。由氧化剂的氧化性大于还原剂的氧化性，可知选项C错，同时可知当有 2molK2MnF6生成时转移6mol电子。题中反应反应前后无元素化合价的升降，是非氧化还原反应， 故选项A错。每生成1molF2 ,反应转移2mol电子，根据3个反应式可列出关系式 1molF22molMnF42molK2MnF6，结合前面分析：可知反应转移6mol电子，因此每生成1mol F2, 上述反应共转移8mol电子。本题应选 D 【例2】在一定条件下有下列反应： X2 + Y2 + H2O T HXO 3 + HY 配平上述氧化还原反应的方程式，并标出电子转移的方向和数目。 反应中还原剂是

14、，若有转移2mol电子，则生成HXO 3的物质的量为 mol。 X?、丫2可能的组合是 （填编号， 下同）。 a. Br2F2 b. I2Cl2 c. Cl2 O2 d. N2Br2 若用KX制取 HX，则应该选用的酸是 。 a.稀 H2SO4 b. 稀 HNO3 C.浓 H2SO4 d.浓 H3PO4 原因是。 【分析】本题对氧化还原反应进行了综合考查。X2（0 t +5）/5怎X1（1为系数），丫2（0 t-1） 1 X2 0 （5为系数）, 再根据质量守恒定律可知水前面的化学计量数为6，反应的化学方程式表示为X2 + 5丫2 + 6H2O =2HXO 3 + 10HY。反应中丫2作氧化剂

15、，X2作还原剂，由于反应在水溶液中进行，因此 丫2不可能 是F2, a错，由于丫2的还原产物是 HY，因此丫2不可能是O2, c错，若选项d成立，据题意 N2的氧化产物HXO3是HNO3, B2的还原产物HY是HBr，很显然HNO3和HBr在溶液中不能大量共存，因 此d错。若用KX制取HX，由于X是I，根据HI的性质，易挥发，具有强还原性，因此只能选用 难挥发性酸（沸点高）和非氧化性酸，因此只有 d成立。 答案：I II II. .X2 0.4bd 磷酸是非氧化性酸，难挥发 性酸 灵敏电流计 KI 溶液 甲乙 【例3】控制适合的条件，将反应2Fe3+ 212Fe2 + + I2设计成如图所示的

16、原电池。下列判断不正确的 是 A 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3*被还原 C 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D 电流计读数为零后，在甲中溶入FeCb固体，乙中石墨电极为 负极 【分析】 本题中涉及的是带有盐桥的原电池，是课标中的新增内容， 盐桥的存在可使氧化还原反应在同时而不同地进行，大大提高电 流的效率。但其工作原理和不带盐桥的原电池的一样的，即负极 失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应。对于本题，甲中石墨作正极，发生还原反应，电极 反应式为2Fe3+2e_ = 2Fe2+，乙中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为2I-2e =

17、 I2。当反应 达到平衡时，正逆反应的速率相等，此时电路中电流强度的和为0，故电流计的读数为 0,反之也成 立，选项A、B、C均正确。当电流计读数为零后， 在甲中再溶入FeCl2固体，导致化学平衡逆向移动， 即把该反应的逆反应设置成原电池，甲中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为 2Fe2+2e-=2Fe3+，乙中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为2I2 2e-=2, D错。本题应选 【例4】如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯 化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是 A 生铁块中的碳是原电池的正极 B .红墨水柱两边的液面变为左低右高 2+

18、C .两试管中相同的电极反应式是：Fe 2e = Fe Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 【分析】粗看装置虽感到陌生，但仔细分析得知该实验是简单吸氧腐蚀与析氢腐蚀的简单综合。a试管内 盛装食盐水，溶液呈中性，发生的是吸氧腐蚀，负极反应式为Fe-2e-= Fe2+,正极反应式为 O2 + 2H2O + 4e-=4OH 显然a装置内气体的物质的量减少，压强减小。b试管内盛装氯化铵，溶液呈酸性， 发生的吸氢腐蚀，负极反应式为Fe-2e-Fe2+，正极反应式为 2H+2e-= 出匸，气体的物质的量增 加，压强增大。综上分析选项B错。 【例5】市场上经常见到的标记为 Li ion的电池称

19、为 锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材 料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li +的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为: Li + 2Lio.35NiO2二 2Lio.85NiO2。下列说法不正确 的是 A .放电时，负极的电极反应式：Li e Li C .该电池不能用水溶液作为电解质 D .放电过程中Li +向负极移动 1分析本题主要考查原电池和电解池的综合。电池放电时，相当于原电池, B .充电时，Li 0.85NiO 2既发生氧化反应又发生还原反应 Li从0价升至+1价，失电 子作负极，电极反应式为Li e Li十，根据总反应式可知正极反应式为2Li0.35N

20、iO2+ e + Li + 2Lio.85Ni0 2, A正确。充电时相当于电解池，由于反应物只有一种，所以放电过程中既发生氧化反 应又发生还原反应，B正确。由于金属Li较活泼，能与水反应生成 H2,因此电池介质应为非水材料， C正确。在放电过程中，电解质溶液相当于电池的内电路， 因此Li+应向正极移动，D错。本题应选D。 【专题演练】 CO + 科学家在多年前就探测到火星大气中存在微量的羰基硫(COS)。已知能发生下列反应: SCOS, 2COS + SO22CO2+ 3S。下列说法不正确的 A .利用这两个反应可以消除 CO、SO2的污染B .两反应均属于氧化还原反应 2. 3. 4. C

21、 .两反应均不属于离子反应 D .前者属于化合反应，后者属于置换反应 某容器中发生一个化学反应，反应过程中存在AS2S3、HNO 3、H2SO4、NO、H3ASO4、出0六种物质， 已知AS2S3是反应物之一。下列有关判断不正确的是 A .该容器中发生了氧化还原反应 B .该反应中HNO3、H2O是反应物，H2SO4、NO、H3ASO4是生成物 C 该反应中只有砷元素被氧化、只有氮元素被还原 D.氧化产物和还原产物的物质的量之比为15:28 酸性高锰酸钾能将醇氧化生成一系列产物，反应中 高锰酸钾溶液滴定 KMnO4被还原为Mn 2+，用0.60 mol L 1的酸性 20.0 mL0.50 m

22、ol L 1的乙二醇溶液，当用去20.0 mL高锰酸钾溶液时，再滴加 1 滴高锰酸钾溶液时, A . OHC CHO 溶液刚好呈紫色，振荡后不褪色。则乙二醇的氧化产物为 B . HOOC COOH C. HOOC CHO D . CO2 1 下列四种装置中，溶液的体积均为250 mL ,开始时电解质溶液的浓度均为0.10 mol L ，工作一段 时间后，测得导线上均通过0.02 mol电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述正确的是 CuSS Hg 1 f - -H F : - 山9乜七 - fa. 2 =. 1 NaCl ZnCl2 A .工作一段时间后溶液的浓度二二二 B .工作一段时间后

23、溶液的 pH : C .产生气体的总体积： D 电极上析出的固体的质量： 5. 下图I、n分别是甲、乙两组同学将反应“ AsO + 21 + 2H , Aso/ + I2+出0设计成的原电池装 置，其中Ci、C2均为碳棒。甲组向图1烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图nB烧杯中逐滴加入适 量40%NaOH溶液。 下列叙述中正确的是 A .甲组操作时，微安表（A）指针发生偏转 B .甲组操作时，溶液颜色变浅 C .乙组操作时，C2作正极 D .乙组操作时，Ci上发生的电极反应为12 + 2e= 2I 6.膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。 有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂 N2O

24、5, 装置图如下。 质子廉（只允许H趣过） 憎悝电播 A装置是, B装置是（填 原电池”或 电解池”。 N2O5在电解池的 区生成，其电极反应式为 。 通入 02 一极的电极反应式为 。 若通入S02的速率为2.24L min 1（标准状况），为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则 左侧水的流入速率应为 mL min - 1O 【参考答案】 2C0 + S02 2CO2+ 3S,由此可知选项 A正确。题干中的 D错。 1. D 解析：题中两反应式相加得总反应方程式为 第二步反应不符合置换反应的定义， 2. C 解析：分析元素的化合价可确定反应物为AS2S3和HNO3, H2SO4、H3A

25、SO4、NO为生成物，H2O可以是反 应物，也可以是生成物，待后进一步确定。由此可得如下未配平的化学方程式：AS2S3 + HNO 3 H 3AsO 4 + H2SO4+ NOT，接着开始配平这一方程式。 325562 3AS2 S3 28H N O36H3ASO4 9H2SO4 28 N O T TJ -243 TJ 28 33 X28 根据质量守恒定律检查发现，方程式左边缺少8个H原子和4个O原子，所以水为反应物。完整的方 程式为：3AS2S3 + 28HNO3+ 4出0 = 6H3ASO4 + 9H2SO4+ 28NCT。由化合价升降情况分析可知砷元素和 硫元素被氧化，氮元素被还原，氧化

26、产物为H3ASO4、H2SO4，还原产物为 NO,两者的物质的量之比 为 15: 28。 3. C 解析：乙二醇中碳原子的平均化合价为-1价，设其氧化产物中碳原子的平均化合价为x,根据氧化还原 反应中得失电子数相等可得20 mL0.60 mol 17 2 = 20.0 mL .50 mol 1 X2 x-( 1),解 得x = 2。而各选项分子中碳原子的平均化合价分别为+1、+ 3、+ 2和+4,故本题选C。 4. B 解析：装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，电解时的总反应式为： 由解 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 T + 2H2SO44e，当测得导线上通过0.02 mol电

27、子时，共消耗0.01 molCuSO4，生成0.01 moICu、0.005 molO 2和0.01 molH 2SO4;装置为锌铜原电池装置，原电池的总 反应式为 Zn + H2SO4 ZnSO4+ H?T 2e，当测得导线上通过0.02 mol电子时，共消耗 0.01 molH 2SO4，还余0.015 molH2SO4，生成0.005 molH 2,但无固体析出。装置为电镀锌装置，阴极铁 棒上的电极反应式为：Zn2+ + 2e Zn，随着电解的进行，电解液的浓度不发生变化，阴极上析出 0.01 mol锌。装置也相当于用惰性电极电解NaCl溶液，电解时的总反应式为：2NaCI + 2H2O 竺 2NaOH + H2T + CI2T 2e，当测得导线上通过 0.02 mol电子时，共消耗 0.02 molNaCl，生 成0.02 mol气