第2讲氧化还原反应的计算及方程式的配平

1、第2讲氧化还原反应的计算及方程式的配平考纲要求 1.掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。2.能利用得失电子守恒原理进行相关计算。考点一氧化还原反应方程式的配平方法氧化还原反应的实质是反应过程中发生了电子转移,而氧化剂得电子总数(或元素化合价降低总数必然等于还原剂失电子总数(或元素化合价升高总数,根据这一原则可以对氧化还原反应的化学方程式进行配平。配平的步骤:(1标好价:正确标出反应前后化合价有变化的元素的化合价。(2列变化:列出元素化合价升高和降低的数值。(3求总数:求元素化合价升高和降低的总数,确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。(4配系数:用观察法配平其他各物质的化学计量

2、数。(5细检查:利用“守恒”三原则(即质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒,逐项检查配平的方程式是否正确。典例 根据FeS2+O2Fe2O3+SO2,回答下列问题:(1氧化剂_,还原剂_,氧化产物_,还原产物_。(2元素化合价升高的元素为_,元素化合价降低的元素为_。(31“分子”还原剂化合价升高总数为_,1“分子”氧化剂化合价降低总数为_。(4配平后各物质的系数依次为_。答案(1O2 FeS2 Fe2O3、SO2 Fe2O3、SO2(2Fe、S O (311 4(44、11、2、8失误防范配平氧化还原反应方程式的关键是正确标出化合价,找准1“分子”氧化剂化合价降低总数,1“分子”还原剂化合价升高

3、总数,在计算时,往往容易忽略氧化剂、还原剂中的粒子个数。题组一正向配平类1.(1_HCl(浓+_MnO2_Cl2+_MnCl2+_H2O(2_Cu+_HNO3(稀_Cu(NO32+_NO+_H2O(3_KI+_KIO3+_H2SO4_I2+_K2SO4+_H2O(4_MnO+_H+_Cl-_Mn2+_Cl2+_H2O答案(14 1 1 1 2 (23 8 3 2 4(35 1 3 3 3 3 (42 16 10 2 5 8题组二逆向配平类2.(1_S+_KOH_K2S+_K2SO3+_H2O(2_P4+_KOH+_H2O_K3PO4+_PH3答案(13 6 2 1 3 (22 9 3 3 5题

4、组三缺项配平类3.(1_ClO-+_Fe(OH3+_Cl-+_FeO+_H2O(2_MnO+_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。+答案(13 2 4OH- 3 2 5(22 5 6H+ 2 5 8(3Al2O3+3C+N22AlN+3CO解析(3根据氮元素、碳元素的化合价变化,N2是氧化剂,C是还原剂,AlN为还原产物,CO为氧化产物。题组四信息型氧化还原反应方程式的书写4.按要求书写方程式:(1已知将浓盐酸滴入高锰酸钾溶液中,产生黄绿

5、色气体,而溶液的紫红色褪去。在一氧化还原反应的体系中,共有KCl、Cl2、浓H2SO4、H2O、KMnO4、MnSO4、K2SO4七种物质。写出一个包含上述七种物质的氧化还原反应方程式,并配平_。在反应后的溶液中加入NaBiO3(不溶于冷水,溶液又变为紫红色,BiO反应后变为无色的Bi3+。写出该实验中涉及反应的离子方程式_。(2+6价铬的毒性很强,制取红矾钠后的废水中含有的Cr2O,可以用绿矾除去。测得反应后的溶液中含Cr3+、Fe2+、Fe3+、H+等阳离子。写出该反应的离子方程式_。(3KMnO4的氧化性随pH的减小而增大,在酸性介质中还原产物是Mn2+;在中性或碱性介质中还原产物主要是

6、MnO2。三氯乙烯(C2HCl3是地下水有机污染物的主要成分,研究显示在地下水中加入KMnO4溶液可将其中的三氯乙烯除去,氧化产物只有CO2,写出反应的化学方程式_。答案(12KMnO4+10KCl+8H2SO46K2SO4+2MnSO4+5Cl2+8H2O2Mn2+5NaBiO3+14H+2MnO+5Na+5Bi3+7H2O(2Cr2O+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O(32KMnO4+C2HCl32KCl+2CO2+2MnO2+HCl解析(1根据信息,KMnO4在H2SO4作用下,把KCl氧化成Cl2,本身被还原成Mn2+。注意NaBiO3不能拆写成离子形式。NaBiO3作为

7、氧化剂,把Mn2+氧化成MnO,本身被还原成Bi3+。(3根据信息,MnO的还原产物为MnO2,C2HCl3中C被氧化为CO2,H、Cl的化合价不发生变化。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:先使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。考点二电子守恒思想

8、在氧化还原反应计算中的应用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。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·L-1的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol·L-1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.+2B

9、.+3C.+4D.+5答案 B解析题目中指出被还原的物质是Cr,则得电子的物质必是K2Cr2O7,失电子的物质一定是Na2SO3,其中S元素的化合价从+4+6;而Cr元素的化合价将从+6+n(设化合价为+n。根据氧化还原反应中得失电子守恒规律,有0.05 mol·L-1×0.024 L×(6-4=0.02 mol·L-1×0.020 L×2×(6-n,解得n=3。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116,则x的值为( 答案

10、D解析本题考查在氧化还原反应中利用得失电子守恒进行相关的计算。Na2xxNa2O4 NaONa得关系式1×·x=16×2,x=5。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。题组二多元素之间得失电子守恒问题3.(2015·静安高三模拟在反应3BrF3+5H2O9HF+Br2+HBrO

11、3+O2中,若有5 mol H2O参加反应,被水还原的溴元素为( A.1 molB. molC. molD.2 mol答案 C解析设被水还原的溴元素(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。4.在P+CuSO4+H2OCu3P+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。解析设7.5 mol CuSO4氧化P的物质的量为x;生成1 mol Cu3P时,被氧化的P的物质的量为y根据得失电子守恒得:7.

12、5 mol×(2-1=x·(5-0x=1.5 mol1 mol×3×(2-1+1 mol×0-(-3=y·(5-0y=1.2 mol所以参加反应的P的物质的量为1.2 mol+1 mol=2.2 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。答案 B解析反应流程为x g

13、=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。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·L-1 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是( A.60 mLB.45

14、mLC.30 mLD.15 mL答案 A解析由题意可知,HNO3,则Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等。即n(Cu=2n(O2=2×=0.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO32的反应可得关系式:n(NaOH=2nCu(NO32=2n(Cu=0.3 mol,则V(NaOH= =0.06 L=60 mL。探究高考明确考向全国卷、高考题调研1.2014·新课标全国卷,27(2PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为_。答案PbO2+4HCl(浓PbCl2+Cl2+2H2O2.2014·新课标全国卷,27(2(3(2H3PO2及NaH2PO

15、2均可将溶液中的Ag+还原为银,从而可用于化学镀银。H3PO2中,P元素的化合价为_。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41,则氧化产物为_(填化学式。(3H3PO2的工业制法是:将白磷(P4与Ba(OH2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO22,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH2溶液反应的化学方程式_。答案(2+1 H3PO4(32P4+3Ba(OH2+6H2O3Ba(H2PO22+2PH3解析(2H3PO2中P元素化合价为+1价。根据H3PO2与Ag+反应中两者物质的量之比为14,4 mol Ag+在反应中得到4 mol e-,1 mol H3P

16、O2则失去4 mol e-,所以P元素将显+5价,产物为H3PO4,即氧化产物为H3PO4。(3依据氧化还原反应方程式配平原则,得6H2O+2P4+3Ba(OH22PH3+3Ba(H2PO22。3.(2013·新课标全国卷,27氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌含有Fe(、Mn(、Ni(等杂质的流程如下:工业ZnO浸出液滤液滤液滤饼ZnO提示:在本实验条件下,Ni(不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题:(1反应中除掉的杂质离子是_,发生反应的离子方程式为_;在加高锰酸钾溶液前,若pH 较低,对除杂的影响是_。(2反应的反应类型为_,过滤

17、得到的滤渣中,除了过量的锌外还有_。(3反应形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(4反应中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH2,取干燥后的滤饼11.2 g,煅烧后可得到产品8.1 g,则x等于_。答案(1Fe2+和Mn2+MnO+3Fe2+7H2O3Fe(OH3+MnO2+5H+、2MnO+3Mn2+2H2O5MnO2+4H+铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质(2置换反应镍(3取少量水洗液于试管中,滴入12滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净(41解析从分析整个流程图入手,明确每步发生的反应,从而解决相关问题。(1

18、在反应中,通过调节溶液的pH,高锰酸钾能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,将Mn2+氧化为MnO2而除去;若溶液的pH过低,Fe2+、Mn2+将很难生成沉淀而除去。(2第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2+、Ni2+、H+等,加入锌后可将Ni置换出来,故滤渣中还含有金属镍。(3反应生成的沉淀为ZnCO3,同时生成Na2SO4,若沉淀未洗涤干净,洗涤液中应含有SO和Na+,故只要对洗涤液中是否含有SO进行检验即可。(4煅烧过程中ZnCO3、Zn(OH2均发生分解反应生成ZnO,根据关系式ZnCO3·xZn(OH2(x+1ZnO,可得=,故x=1。各省市高考题调研1.(2014

19、83;上海,16含有砒霜(As2O3的试样和锌、盐酸混合反应,生成的砷化氢(AsH3在热玻璃管中完全分解成单质砷和氢气。若砷的质量为1.50 mg,则( A.被氧化的砒霜为1.98 mgB.分解产生的氢气为0.672 mLC.和砒霜反应的锌为3.90 mgD.转移的电子总数为6×10-5NA答案 C解析本题考查氧化还原反应。砒霜(As2O3的试样和锌、盐酸混合反应的方程式为As2O3+6Zn+12HCl2AsH3+ 6ZnCl2+3H2O。根据砷的相对原子质量为75,若砷的质量为1.50 mg,物质的量为0.02 mmol,被还原的砒霜为0.02 mmol÷2×1

20、98 g·mol-1=1.98 mg,和砒霜反应的锌为3.90 mg。2AsH32As+ 3H2分解产生的氢气标准状况下为0.03 mmol×22.4 L·mol-1=0.672 mL; 转移的电子总数为1.8×10-4NA。2.(2014·高考试题组合(12014·天津理综,7(6KClO3可用于实验室制O2,若不加催化剂,400 时分解只生成两种盐,其中一种是无氧酸盐,另一种盐的阴阳离子个数比为11。写出该反应的化学方程式:_。答案4KClO3KCl+3KClO4(22014·天津理综,9(7Na2S2O3还原性较强,在

21、溶液中易被Cl2氧化成SO,常用作脱氯剂,该反应的离子方程式为_。答案S2O+4Cl2+5H2O2SO+8Cl-+10H+(32014·天津理综,10(1天然气中的H2S杂质常用氨水吸收,产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式:_。答案2NH4HS+O22NH3·H2O+2S(4(2014·上海,28硫化氢具有还原性,可以和许多氧化剂反应。在酸性条件下,H2S和KMnO4反应生成S、MnSO4、K2SO4和H2O,写出该反应的化学方程式_。答案3H2SO4+5H2S+2KMnO45S+2MnSO4

22、+K2SO4+8H2O解析考查氧化还原反应方程式的书写:根据所给出的反应物和生成物配平含变价元素物质的计量系数,再根据质量守恒配平其他计量系数,所以化学方程式为3H2SO4+5H2S+2KMnO45S+2MnSO4+K2SO4+8H2O。3.2014·江苏,20(2将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反应回收S,其物质转化如图所示。(1在图示的转化中,化合价不变的元素是_。(2反应中当有1 mol H2S转化为硫单质时,保持溶液中Fe3+的物质的量不变,需消耗O2的物质的量为_。(3在温度一定和不补加溶液的条件下,缓慢通入混合气体,并充分搅拌。欲

23、使生成的硫单质中不含CuS,可采取的措施有_。答案(1Cu、H、Cl(或铜、氢、氯 (20.5 mol (3提高混合气体中空气的比例解析(1根据图示可知,整个过程中-2价的S与0价的S之间相互转化,还存在Fe2+与Fe3+之间的相互转化。(2根据电子守恒和化学反应方程式知,1 mol H2S转化为单质S转移2 mol电子,而1 mol O2转移4 mol 电子,因此需消耗O2 0.5 mol。(3根据图示,可增大空气的量,使S2-完全转化为单质S,使其没有机会和Cu2 +结合生成CuS。4.2014·福建理综,23(3工业上,通过如下转化可制得KClO3晶体:NaCl溶液NaClO3

24、溶液KClO3晶体完成中反应的总化学方程式:NaCl+H2ONaClO3+_。中转化的基本反应类型是_,该反应过程能析出KClO3晶体而无其他晶体析出的原因是_。答案NaCl+H2O=NaClO3+H2复分解反应室温下,氯酸钾在水中的溶解度明显小于其他晶体5.2014·重庆理综,11(1(2氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术,是当前关注的热点之一。(1氢气是清洁燃料,其燃烧产物为_。(2NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应得到NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为_,反应消耗1 mol NaBH4时转移的电子数目为_。答案(1H2O(2NaBH4

25、+2H2ONaBO2+4H24NA或2.408×1024(12011·福建理综,23(6在某强酸性混合稀土溶液中加入H2O2,调节pH3,Ce3+通过下列反应形成Ce(OH4沉淀得以分离。完成反应的离子方程式:Ce3+H2O2+H2OCe(OH4+_答案 2 1 6 2 6 H+(22010·福建理综,24(2改编完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式:Fe(OH2+ClO-+_Fe(OH3+Cl-答案 2 1 1 H2O 2 1(32011·安徽理综,27(2改编配平反应的离子方程式:Mn2+ClO+H2OMnO2+Cl2+_。答案 5 2 4 5 1

26、 8 H+(42010·重庆理综,26(3配平用钙线脱氧脱磷的化学方程式:P+FeO+CaOCa3(PO42+Fe答案 2 5 3 1 57.(2013·北京理综,27用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备Al2(SO43·18H2O,工艺流程如下(部分操作和条件略:.向铝灰中加入过量稀H2SO4,过滤:.向滤液中加入过量KMnO4溶液,调节溶液的pH约为3;.加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色;.加入MnSO4至紫红色消失,过滤;.浓缩、结晶、分离,得到产品。(1H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是_。(2将MnO

27、氧化Fe2+的离子方程式补充完整:MnO+Fe2+_Mn2+Fe3+_。(3已知:生成氢氧化物沉淀的pHAl(OH3 Fe(OH2 Fe(OH3 开始沉淀时 3.4 6.3 1.5 完全沉淀时 4根据表中数据解释步骤的目的_。(4已知:一定条件下,MnO可与Mn2+反应生成MnO2。向的沉淀中加入浓HCl并加热,能说明沉淀中存在MnO2的现象是_。中加入MnSO4的目的是_。答案(1Al2O3+6H+2Al3+3H2O(25 8 H+ 5 4 H2O(3pH约为3时,Fe2+和Al3+不能形成沉淀,将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉淀(4生成黄绿色气体除去过量的MnO解析(1H2SO4溶解

28、Al2O3的离子方程式为Al2O3+6H+2Al3+3H2O,在操作中,FeO·xFe2O3也同时被溶解,滤液中含有Al3+、Fe2+、Fe3+等。(2步骤所得溶液中会有过量H2SO4,故反应在酸性条件下进行,由氧化还原反应中得失电子守恒可知MnO和Fe2+的化学计量数之比为15,然后观察配平。得MnO+5Fe2+8H+Mn2+5Fe3+4H2O。(3步骤中,加入过量KMnO4溶液目的是把Fe2+氧化成易除去的Fe3+。调节pH约为3,由表中数据分析,可知该条件使Fe3+完全沉淀而Al3+不被沉淀,从而达到分离Fe3+和Al3+的目的。(4联想Cl2的实验室制法,很容易分析实验设计的

29、意图,即通过是否产生Cl2来判断沉淀中有无MnO2。操作中加入MnSO4,紫红色消失,说明过量的MnO因加入MnSO4而被转化成沉淀,然后过滤除去MnO,保证产品的纯度。练出高分1.已知反应:Cu2O+2H+Cu+Cu2+H2O,则可用来检验氢气还原CuO所得的红色固体中是否含Cu2O的试剂是( 答案 C解析根据信息,应选用非氧化性酸。2.宋代著名法医学家宋慈的洗冤集录中有银针验毒的记载,“银针验毒”涉及的化学反应是4Ag+2H2S+O22X+2H2O,下列说法正确的是( B.银针验毒时,空气中氧气失去电子D.每生成1 mol X,反应转移2 mol电子答案 D解析根据原子守恒X应为Ag2S,

30、A项错误;B项,O2作氧化剂应得电子,错误;C项,根据化合价变化,Ag作还原剂,错误。3.(2014·哈尔滨高三上学期期末考试氢化亚铜(CuH是一种不稳定物质,能在氯气中燃烧,也能与酸反应。用CuSO4溶液和“某物质”在4050 时反应可产生它。下列有关叙述中错误的是( A.“某物质”具有还原性B.CuH与盐酸反应,可能产生H2C.CuH与足量的稀硝酸反应:CuH+3H+NOCu2+NO+2H2OD.CuH在氯气中燃烧:CuH+Cl2CuCl+HCl答案 D解析CuH中Cu呈+1价,当“某物质”与CuSO4溶液反应时,该物质作还原剂,A正确;B项,CuH+H+Cu+ +H2,正确;C

31、项,CuH被氧化成Cu2+和H2O,正确;D项,CuH在Cl2中燃烧应生成CuCl2和HCl,方程式为2CuH+3Cl22CuCl2+2HCl。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( B.生成气体的体积42.56 L(标准状况C.还原剂比氧化剂多0.2 molD.被还原的氮原子是11.2 g答案 C解析设还原产物为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,

32、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质量为0.6 mol×14 g·mol-1 =8.4 g。5.5.6 g Cu、Mg合金与一定量的硝酸恰好完全反应,收集到NO和NO2的混合气体V L(标准状况;向反应后的溶液中加入足量NaOH溶液,沉淀完全后将其过滤、洗涤、干燥,称得质量为10.7 g。则V等于( 答案 B解析合金中Cu、Mg失去的电子数等于硝酸获得的电子数,也等于Mg2+、Cu2+结合的OH-个数。则Mg(OH2、C

33、u(OH2的质量等于合金质量与OH-质量之和,故有:5.6 g+17n(OH-=10.7 g,n(OH-=0.3 mol。假设生成的气体全部为NO,则V(NO=2.24 L,假设全部为NO2,则V(NO2=6.72 L,所以混合气体的体积范围为2.24 L”或“=”。(2分析红褐色产生的原因。甲同学认为步骤中溶液呈红褐色是因为生成了Fe(OH3,用化学平衡移动原理解释溶液呈红褐色的原因:_。乙同学认为可能是发生了氧化还原反应,完成并配平其反应的离子方程式:Fe3+SO+_Fe2+_+_乙同学查阅资料得知:.Fe2+与反应生成墨绿色的絮状沉淀FeSO3;.墨绿色的FeSO3与黄色的FeCl3溶液混合后,溶液呈红褐色。(3甲同学为了确认溶液呈红褐色的原因是生成了Fe(OH3,设计并完成了如下实验:步骤操作现象用激光笔照射步骤中的红褐色溶液出现“丁达尔效应”甲同学因此得