1、第四节氧化还原反应规律及应用考点一 氧化还原反应“三大”规律的应用高考考查层面命题点1“三种守恒”规律氧化还原反应遵循以下三个守恒关系(1)质量守恒:反应前后元素的种类和质量不变。(2)电子守恒:即氧化剂得电子的总数等于还原剂失电子的总数。这是配平氧化还原反应方程式的依据,也是有关氧化还原反应计算的依据。(3)电荷守恒:离子方程式中反应物中各离子的电荷总数与产物中各离子的电荷总数相等。书写氧化还原反应的离子方程式时要注意满足电荷守恒,如Fe3Cu=Fe2Cu2(错误) ,2Fe3Cu=2Fe2Cu2(正确)。典题示例1(2015长郡模拟)已知离子方程式:As2S3H2ONOAsO SONO_(
2、未配平),下列说法错误的是()A配平后水的化学计量数为4B反应后溶液呈酸性C配平后氧化剂与还原剂的物质的量之比为328D氧化产物为AsO和SO解析:选C根据电子守恒,结合电荷守恒可配平化学方程式,3As2S34H2O28NO=6AsO 9SO28NO8H,由此可知A、B、D正确,C项应为283。2若(NH4)2SO4在强热时分解的产物是SO2、N2、NH3和H2O,则该反应中化合价发生变化和未发生变化的N原子数之比为()A14B12C21 D41解析:选B配平该反应:3(NH4)2SO43SO24NH3N26H2O,从而推断出化合价变化和未变化的N原子个数之比为12。命题点2“价态归中,互不交
3、叉”规律同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时可总结为:价态相邻能共存,价态相间能归中,归中价态不交叉,低升高降只靠拢。如:H2 H2 O4(浓)= 得6e 失6eO22H2O(错误)H2 H2 O4(浓)= 失2e 得2eO22H2O(正确)典题示例1在KClO36HCl(浓)=KCl3Cl23H2O的反应中, 被氧化的氯与被还原的氯的原子个数比为()A16 B61C15 D51解析:选DKClO3中的Cl元素和HCl中的Cl元素发生归中反应,生成零价态的Cl2,用双线桥法标出电子得失情况如下:K lO36H (浓)=KCl3C失5e得5el23H2O知HCl中的Cl元素化合价升高被氧化,K
4、ClO3中的Cl元素化合价降低被还原,且原子个数之比为51。2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):GQNaClQH2OXH2YNaOHGQH2OZNaOHQXH2O这五种化合物中Cl元素化合价由低到高的顺序是()AG、Y、Q、Z、X BX、Z、Q、G、YCX、Z、Q、Y、G DG、Q、Y、Z、X解析:选A由得出Q价态高于G,因为G必介于Q和1价的Cl之间,1价为氯元素的最低价;将该结论引用到,Y介于Q与G之间,故有Q价态高于Y,Y价态高于G;分析:H2O中的H化合价降低,则Q中的氯元素转变为X中的氯元素,化合价必升高,则得出X价态高于Q;最后分析:
5、Z介于Q、X之间,则X价态高于Z,Z价态高于Q。命题点3“强易弱难,先强后弱”规律在浓度相差不大的溶液中:(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Fe2Br,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Fe粉,因为氧化性Fe3Cu2H,所以Fe粉先与Fe3反应,然后依次为Cu2、H。典题示例1(2015辽宁检测)含有a mol FeBr2的溶液中,通入x mol Cl2。下列各项为通Cl2过程中,溶液内发生反应的离子方程式,其中不正确的是()A
6、x0.4a,2Fe2Cl2=2Fe32ClBx0.6a,2BrCl2=Br22ClCxa,2Fe22Br2Cl2=Br22Fe34ClDx1.5a,2Fe24Br3Cl2=2Br22Fe36Cl解析:选B还原性:Fe2Br,根据氧化还原反应的先后顺序知,Cl2先氧化Fe2,然后再氧化Br。离子反应为2Fe2Cl2=2Fe32Cl,2BrCl2=Br22Cl。当x0.4a时,Cl2不能完全氧化Fe2,只发生反应2Fe2Cl2=2Fe32Cl,A正确;当x0.6a时,Cl2将Fe2完全氧化后,又能氧化 mol的Br,B错误;xa时,Cl2氧化Fe2后又能氧化a mol的Br,C正确;当x1.5a时
7、,Cl2将Fe2、Br完全氧化,D正确。2在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01 mol的酸性混合溶液中加入0.01 mol铁粉,经搅拌后发生的变化应是()A铁溶解,析出0.01 mol Ag和0.005 mol CuB铁溶解,析出0.01 mol Ag并放出H2C铁溶解,析出0.01 mol Ag,溶液中不再有Fe3D铁溶解,析出0.01 mol Ag,溶液中不再有Cu2解析:选C因为氧化性AgFe3Cu2H,所以先发生反应2AgFe=2AgFe2,其中0.005 mol的铁粉与0.01 mol 的AgNO3反应,析出0.01 mol Ag,再发生:
8、2Fe3Fe=3Fe2,其中剩余的0.005 mol铁粉与0.01 mol的Fe(NO3)3反应,溶液中不再有Fe3,故选C。考点达标层面1(2015温州检测)已知OCN中每种元素都满足8电子稳定结构,在反应OCNOHCl2CO2N2ClH2O(未配平)中,如果有6 mol Cl2完全反应,则被氧化的OCN的物质的量是()A2 mol B3 molC4 mol D6 mol解析:选COCN中C显4价,N显3价,反应中只有N和Cl的化合价改变,根据OCNN2、Cl22Cl,由得失电子守恒:3n(Cl2)2n(OCN),可知6 mol Cl2完全反应,有4 mol OCN被氧化,C正确。2(201
9、5新建模拟)已知酸性高锰酸钾溶液可以将FeSO4氧化,化学方程式为2KMnO410FeSO48H2SO4=K2SO42MnSO45Fe2(SO4)38H2O,现将一定量的硫酸酸化的高锰酸钾溶液与硫酸亚铁溶液混合,充分反应后再向所得溶液中加入KI溶液,混合溶液中铁离子的物质的量随加入的KI的物质的量的变化关系如上图所示。则下列有关说法不正确的是()A图中AB段主要是高锰酸钾和碘化钾溶液反应B图中BC段发生的反应为2Fe32I=2Fe2I2C根据OC段的数据可知开始加入的高锰酸钾的物质的量为0.25 molD根据OC段的数据可知开始加入的硫酸亚铁的物质的量为1 mol解析:选D根据题中方程式可知:
10、MnO的氧化性强于Fe3,当加入KI溶液时,n(Fe3)不变,说明MnO先氧化I,A正确;MnO反应完全后,Fe3氧化I,使n(Fe3)减小,B正确;BC段参加反应的I为0.75 mol,故还原的n(Fe3)为0.75 mol,再根据电子守恒,生成0.75 mol Fe3需0.15 mol MnO,加入的高锰酸钾的物质的量为0.25 mol,C正确。考点二 守恒规律在化学方程式配平及相关计算中的应用高考考查层面命题点1氧化还原反应方程式的配平1配平的三大守恒原则2配平的四种方法技巧(1)正向配平法:适合反应物分别是氧化剂、还原剂的反应,配平按以下4步进行。例如:(2)逆向配平法:适用于一种元素
11、的化合价既升高又降低的反应和分解反应中的氧化还原反应。先确定生成物的化学计量数,然后再确定反应物的化学计量数。例如: KOH(热、浓)K2 化合价降低2K2 化合价升高4O3H2O由于S的化合价既升又降,而且升降总数要相等,所以K2S的化学计量数为2,K2SO3的化学计量数为1,然后确定S的化学计量数为3。(3)奇数配偶法:适用于物质种类少且分子组成简单的氧化还原反应。如SCKNO3CO2N2K2S,反应物KNO3中三种元素原子数均为奇数,而生成物中三种元素的原子数均为偶数,故可将KNO3乘以2,然后用观察法配平得:S3C2KNO3=3CO2N2K2S。(4)缺项配平法:对于化学反应方程式,所
12、缺物质往往是酸、碱或水;如果是离子方程式,所缺物质往往是H、OH或水。可以根据质量守恒先写出所缺物质,再用其他守恒法配平。如果无法确定所缺物质,可先依据元素化合价的升降相等原则将已知的物质配平,然后再根据质量守恒确定所缺物质的化学式及化学计量数。典题示例1正向配平法。(1)_KI_KIO3_H2SO4=_I2_K2SO4_H2O(2)_MnO_H_Cl=_Mn2_Cl2_H2O(3)_MnO_Fe2_H=_Mn2_Fe3_H2O(4)_P_CuSO4_H2O=_Cu_H3PO4_H2SO4答案:(1)513333(2)21610258(3)158154(4)2585252逆向配平法。(1)_I
13、2 _NaOH=_NaI_NaIO3_H2O(2)_S_KOH=_K2S_K2SO3_H2O(3)_P4_KOH_H2O=_KH2PO2_PH3(4)_(NH4)2Cr2O7=_N2_Cr2O3_H2O答案:(1) 36513(2)36213(3)13331(4)11143缺项配平法。(1)_ClO_Fe(OH)3_=_Cl_FeO_H2O(2)_MnO_H2O2_=_Mn2_O2_H2O(3)_MnO_NO_=_Mn2_NO_H2O答案:(1)324OH325(2)256H258(3)256H253命题点2电子守恒在氧化还原反应计算中的应用典题示例1某温度下将Cl2通入KOH溶液里,反应后得
14、到KCl、KClO、KClO3的混合溶液,经测定ClO与ClO的物质的量浓度之比为111,则Cl2与KOH反应时,被还原的氯原子和被氧化的氯原子的物质的量之比为()A13B43C21 D31解析:选B本题考查氧化还原反应的简单计算。xClKCl 降x111ClKClO升1111ClKClO3升15关系式:x111115,得x16,则被还原和被氧化的氯元素之比是16(111)43。2(2015福州联考)24 mL浓度为0.05 mol/L的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol/L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
15、产物中的化合价为()A2 B3C4 D5解析:选B由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46,而Cr元素的化合价将从6n(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/L0.024 L(64)0.02 mol/L0.020 L2(6n),解得n3。方法技巧应用电子守恒法解题的思维流程(1)“一找各物质”:找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。(2)“二定得失数”:确定一个原子或离子得失电子数(注意化学式中的原子个数)。(3)“三列关系式”:根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出关
16、系式: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。考点达标层面1(2012全国卷)FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质,该反应的离子方程式为_;高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为_。(2)(2013全国卷)ZnSO4溶液中含有少量Fe2和Mn2,为了除去这两种离子,调节溶液pH为5,然后加入高锰酸钾溶液,使之生成沉淀。已知高锰酸钾的还原产物是MnO2。请写出该过程中两反应的离子方程式:_,_。解析:(1)FeCl3与氢碘酸反应生成的棕色物质,根据现
17、象可知道生成碘单质,则I被氧化为I2、Fe3被还原成Fe2,可以写出Fe3IFe2I2,然后根据得失电子守恒、电荷守恒配平。FeCl3与KClO反应时,根据题目信息Fe3被氧化为FeO,则ClO被还原成Cl,可以写出Fe3ClOFeOCl,然后根据氧化还原反应中得失电子守恒可以得到2Fe33ClOFeO3Cl,再结合溶液强碱性和电荷守恒,在左边补上OH然后配平即可。(2)除去杂质离子Fe2和Mn2发生反应的离子方程式为MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H2MnO3Mn22H2O=5MnO24H。答案:(1)2Fe32I=2Fe2I22Fe33ClO10OH=2FeO3Cl5H2
18、O(2)MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H2MnO3Mn22H2O=5MnO24H2重铬酸钠俗称红矾钠(Na2Cr2O72H2O)是重要的化工产品和强氧化剂。工业上通过煅烧铬铁矿制取,其反应如下:反应4Fe(CrO2)28Na2CO37O2=2Fe2O38Na2CrO48CO2反应2CrO2H=Cr2OH2O反应3CrO4H=Cr3O2H2O(副反应)(1)上述反应中不属于氧化还原反应的有_个。已知Fe(CrO2)2中铬元素是3价,关于反应的下列说法中正确的是_。a被氧化的元素只有3价的Cr,被还原的元素只有0价的Ob氧化剂与还原剂的物质的量之比为47c每生成1 mol CO
19、2,转移3.5 mol电子d每摩尔3价的Cr能还原0.75 mol氧气(2)6价的铬毒性很强,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并标出电子转移的方向和数目:_。(3)某厂废水中含1.00103mol/L的Cr2O,其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝,将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4 (Cr的化合价为3,Fe的化合价依次为3、2)。欲使1 L该废水中的Cr2O完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4。理论上需要加入_ g FeSO47H2O。解析:(1)反应属于氧化还原反应,反应
20、和反应都不属于氧化还原反应,反应中被氧化的有2价的铁和3价的铬,氧化剂与还原剂的物质的量之比为74;7 mol氧气转移28 mol电子,所以每生成1 mol CO2,转移3.5 mol电子;Cr元素化合价从3价升高到6价,所以每摩尔3价的Cr能还原0.75 mol氧气。(2)Cr2O可以氧化Fe2,生成Fe3,Cr元素被还原为3价。(3)Cr2O的物质的量1.00103 mol/L1 L1.00103 mol,生成Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量为4.00103mol,根据元素守恒,需要FeSO47H2O的物质的量为:(1.51)4.00103 mol0.01 mol,m(FeSO47H
21、2O)2.78 g。答案:(1)2cd(2) 14H=2Cr36Fe37H2O(3)2.78以“剧毒物质砒霜(As2O3)”为载体串联电子守恒规律的应用高考载体(2014上海高考T16改编)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生成单质砷和氢气。知识串联设计(1)砒霜(As2O3)和锌、盐酸混合反应的离子方程式为_砷化氢(AsH3)完全分解生成单质砷和氢气的化学方程式为_。(2)As2O3和Zn2的氧化性强弱顺序为_;Zn和AsH3的还原性强弱顺序为_。(3)假设砒霜(As2O3)和锌、盐酸恰好充分反应,所得溶液中Zn2的浓度为0.05 molL1,则反应前盐酸的pH为_。(反应前后不考虑溶液体积的变化)(4)若生成砷的质量为1.50 g,则被还原的As2O3的质量为_。(5)若生成标准状况下的氢气为1.344 L,则转移电子总数为_,和砒霜反应的锌的物质的量为_。答案:(1)As2O36Zn12H=2AsH36Zn23H2O2AsH32As 3H2(2)As2O3Zn2ZnAsH3(3)1(4)1.98 g(5)0.36NA0.12 mol