1、第9讲 氧化还原反应的计算及方程式的配平【核心素养分析】证据推理与模型认知：建立氧化还原反应的观点，掌握氧化还原反应的规律，结合常见的氧化还原反应理解有关规律；通过分析、推理等方法认识氧化还原反应的特征和实质，建立氧化还原反应计算和配平的思维模型。科学探究与创新意识：认识科学探究是进行科学解释和发现。创造和应用的科学实践活动；能从氧化还原反应的角度，设计探究方案，进行实验探究，加深对物质氧化性、还原性的理解。【重点知识梳理】知识点一 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以上方法步骤以Cu与稀HNO3反应的方程式配平为例说明如下：(1)标变价
2、uO3(稀) (NO3)2H2O(2)列变化uO3(稀) (NO3)2H2O(3)求总数uO3(稀) (NO3)2H2O(4)定系数3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(5)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。【方法技巧】配平的基本方法(1)全变从左边配：氧化剂、还原剂中某元素化合价是全变的，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
3、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。(5)整体配平：指某一氧化还原反应中，有三种元素的化合价发生了变化，但其中一种反应物中同时有两种元素化合价升高或降低，这时要进行整体配平。 知识点二 电子守恒思想在氧化还原反应计算中的应用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，只要把物质分为始态和终态，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)
4、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氧化还原反应计算的常用方法得失电子守恒法得失电子守恒是指在发生氧化还原反应时，氧化剂得到的电子总数一定等于还原剂失去的电子总数。得失电子守恒法常用于氧化还原反应中氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的有关计算及电解过程中电极产物的有关计算等。(1)应用电子守恒解题的一般步骤“一、二、三”。“一找各物质”：找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和
5、氧化产物。“二定得失数”：确定一个原子或离子得失电子数(注意化学式中原子的个数)。“三列关系式”：根据题中物质的物质的量和电子守恒列出等式。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。(2)多步连续进行的氧化还原反应的有关计算：对于多步连续进行的氧化还原反应，只要中间各步反应过程中电子没有损耗，可直接找出起始物和最终产物，删去中间产物，建立二者之间的电子守恒关系，快速求解。应用以上方法解答有关氧化还原反应的计算题时，可化难为易，化繁为简。【典型题分析】高频考点一 氧化还原反应的相关计算例1.（2020浙江卷）反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是( )A. 1
6、:2B. 1:1C. 2:1D. 4:1【答案】B【解析】由反应方程式可知，反应物MnO2中的Mn元素的化合价为+4价，生成物MnCl2中Mn元素的化合价为+2价，反应物HCl中Cl元素的化合价为-1价，生成物Cl2中Cl元素的化合价为0价，故MnCl2是还原产物，Cl2是氧化产物，由氧化还原反应中得失电子守恒可知，n(Cl2)：n(MnCl2)=1：1，B符合题意；答案选B。 【举一反三】（2019浙江选考）反应8NH33Cl2N26NH4Cl，被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为（ ）A23 B83 C63 D32【答案】A【解析】该氧化还原反应用双线桥表示为，可知实际升价的N原
7、子为2个，所以2个NH3被氧化，同时Cl2全部被还原，观察计量数，Cl2为3个，因而被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为2：3，故答案选A。【变式探究】（2020广东广雅中学模拟）四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米颗粒稳定、容易生产且用途广泛，是临床诊断、生物技术和环境化学领域多种潜在应用的有力工具。水热法制备Fe3O4纳米颗粒的反应是3Fe22S2OO2xOH=Fe3O4S4O2H2O。请回答下列问题：(1)水热法制备Fe3O4纳米颗粒的反应中，还原剂是_。(2)反应的离子方程式中x_。(3)每生成1 mol Fe3O4，反应转移的电子为_mol，被Fe2还原的O2的物质的量为_mo
8、l。【解析】(2)根据电荷守恒得：232(2)(x)2，解得x4。(3)根据还原剂失电子总数等于氧化剂得电子总数，当生成 1 mol Fe3O4时，转移的电子数即1 mol O2得电子总数为 4 mol。设被Fe2还原的O2的物质的量为y，根据得失电子守恒可知，4y1 mol3，解得y0.5 mol。【答案】(1)Fe2、S2O(2)4(3)40.5高频考点二 考查多步反应中的计算例2(2020河北石家庄质检)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(都已折算为标准状况下的体积)，在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液
9、，生成沉淀质量为17.02 g。则x等于()A8.64B9.20C9.00D9.44【答案】B【解析】反应流程为x g17.02 gm(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)1210.46 mol。所以x g17.02 g0.46 mol17 gmol19.20 g。【方法技巧】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
10、数目和失电子数目。【变式探究】（2020广西柳州高级中学模拟）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1.68LO2(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5molL1NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是()A60mL B45mL C30mL D15mL【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)20.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式：n(NaOH)2nCu(NO3)22n(Cu)0
11、.3 mol，则V(NaOH)0.06 L60 mL。 高频考点三 氧化还原反应方程式的书写和配平例3.（2020陕西西安交大附中模拟）KMnO4与热的稀硫酸酸化的Na2C2O4反应，生成Mn2和CO2，写出并配平该反应的离子方程式。【答案】2MnO5C2O16H2Mn210CO28H2O。【解析】第一步：依题意，锰元素的化合价降低，故 KMnO4是氧化剂，Mn2是还原产物；碳元素的化合价升高，故Na2C2O4(碳元素化合价为3价)是还原剂，CO2是氧化产物。第二步：按“氧化剂还原剂还原产物氧化产物”把离子方程式初步写成MnOC2OMn2CO2。由MnOMn2，锰元素降了5价；由C2OCO2，
12、碳元素升了1价，1 mol C2O共失去2 mol e，故在C2O前配5，在氧化产物CO2前配10；在MnO前配2，在还原产物Mn2前配2，即2MnO5C2O2Mn210CO2。第三步：反应在硫酸中进行，故在左边补充H，右边补充H2O，即2MnO5C2OH2Mn210CO2H2O。第四步：依据电荷守恒及H、O原子守恒配平，即2MnO5C2O16H2Mn210CO28H2O。【变式探究】（2020四川成都实验外国语学校模拟）高铁酸钾(K2FeO4)是一种易溶于水、高效的多功能水处理剂。工业上通常先制得高铁酸钠，然后在一定温度下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，从而使高铁酸钾析出。(1)高铁酸钾
13、中铁元素的化合价为_，推测其具有的化学性质是_。(2)高铁酸钾与水反应生成O2、Fe(OH)3(胶体)和KOH。该反应的离子方程式为_。高铁酸钾作为水处理剂起到的作用是_。(3)在无水条件下制备高铁酸钠的主要反应为2FeSO4aNa2O2=2Na2FeO4bX2Na2SO4cO2，该反应中物质X的化学式为_，b与c的关系是_。一定温度下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾，原因是_。(4)在碱性条件下，由氯化铁、氯气可制备高铁酸钾，写出该反应的离子方程式：_。(5)某同学配制了一瓶K2FeO4溶液，但标签丢失了，测定该瓶溶液物质的量浓度的实验步骤如下。步骤1：准确量取V mL溶液加
14、入锥形瓶中；步骤2：在强碱溶液中，用过量CrO与FeO反应生成Fe(OH)3和CrO；步骤3：加足量稀硫酸，使CrO转化为Cr2O，CrO转化为Cr3，Fe(OH)3转化为Fe3；步骤4：加入二苯胺磺酸钠做指示剂，用c molL1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液V1 mL。滴定时发生反应的离子方程式为_。原溶液中K2FeO4的物质的量浓度为_(用含字母的代数式表示)。【解析】(1)根据化合物中各元素化合价的代数和为零，可得K2FeO4中铁元素的化合价为6价；高铁酸钾中铁元素处于高价态，则高铁酸钾具有强氧化性。(2)高铁酸钾与水反应生成O2
15、、Fe(OH)3(胶体)和KOH，则反应的离子方程式为4FeO10H2O=4Fe(OH)3(胶体)8OH3O2。高铁酸钾具有强氧化性，作为水处理剂能起到杀菌消毒的作用，同时其还原产物为Fe(OH)3 胶体，又能起到净水的作用。(3)根据元素守恒可知，X应是Na2O，根据钠元素守恒有2a82b，根据氧元素守恒有2a8b2c，两式联立，可得b2c。一定温度下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾，原因是相同条件下高铁酸钾的溶解度小于高铁酸钠的溶解度。(4)用氯气在碱性条件下氧化氯化铁可制备高铁酸钾，根据得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒，反应的离子方程式为2Fe33Cl216OH=2FeO6Cl8H2O。(5)根据题意，步骤2中发生反应FeOCrO2H2O=Fe(OH)3CrOOH，步骤3中CrO在稀硫酸作用下发生反应2CrO2HCr2OH2O，步骤4滴定时发生反应Cr2O6Fe214H=6Fe32Cr37H2O，故可得关系式FeO3Fe2，原溶液中K2FeO4的物质的量浓度为 molL1。【答案】(1)6价强氧化性(2)4FeO10H2O=4Fe(OH)3(胶体)8OH3O2杀菌消毒、净水(3)Na2Ob2c相同条件下高铁酸钾的溶解度小于高铁酸钠的溶解度(4)2Fe33Cl216OH=2FeO6Cl8H2O(5)Cr2O6Fe214H=6Fe32Cr37H2O molL1