内容正文:
微专题二 氧化还原反应的规律及其应用
【学科素养】 基于物质的类别、元素的价态,依据离子反应和氧化还原反应原理,掌握氧化还原反应的简单规律,培养宏观辨识与微观探析的核心素养,能用相关规律解答简单问题,建立相关思维模型。
一、氧化还原反应的基本规律
1.守恒规律
还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数=氧化剂化合价降低的总数=还原剂化合价升高的总数。
用于氧化还原反应方程式的配平和相关计算。
24 mL 0.05 mol·L-1的Na2SO3溶液恰好与20 mL 0.02 mol·L-1的K2Cr2O7(重铬酸钾)溶液完全反应。已知Na2SO3被K2Cr2O7氧化为Na2SO4,则Cr在还原产物中的化合价为( )
A.+2 B.+3
C.+4 D.+5
【解析】 n(Na2SO3)=0.05 mol·L-1×0.024 L=0.0012 mol
n(K2Cr2O7)=0.02 mol·L-1×0.02 L=0.0004 mol
K2r2O72
Na2O3Na2O4
K2Cr2O7在反应中得到电子:0.000 4×2×(6-x)mol
Na2SO3在反应中失去电子:0.001 2×2 mol。
根据氧化还原反应中,氧化剂和还原剂得失电子总数相等,有0.000 4×2×(6-x)=0.001 2×2,解得x=3。
【答案】 B
【方法规律】
用电子守恒法解题的一般步骤
(1)找出氧化剂、还原剂及相应的氧化产物和还原产物。
(2)找准一个原子或一个离子得失电子数(注意化学式中的粒子个数)。
(3)根据题中给出物质的物质的量和电子守恒列等式:n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价一低价)=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)。
2.强弱规律
还原性:还原剂>还原产物。
氧化性:氧化剂>氧化产物。
物质间氧化性(或还原性)的强弱比较或判断有氧化性和有还原性的物质在一定条件下是否发生反应。
根据反应:
①Fe+Cu2+===Fe2++Cu;
②2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+;
③2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
④HClO+H++Cl-===Cl2↑+H2O。
可判断出各粒子的氧化性由强到弱的顺序是( )
A.HClO>Cl2>Fe3+>Cu2+>Fe2+
B.Cl2>HClO>Fe3+>Cu2+>Fe2+
C.Cl2>Fe3+>HClO>Cu2+>Fe2+
D.HClO>Cl2>Cu2+>Fe3+>Fe2+
【解析】 ①Fe+Cu2+===Fe2++Cu,Cu2+是氧化剂,Fe2+是氧化产物,则氧化性:Cu2+>Fe2+;②2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+,Fe3+是氧化剂,Cu2+是氧化产物,则氧化性:Fe3+>Cu2+;③2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,Cl2是氧化剂,Fe3+是氧化产物,则氧化性:Cl2>Fe3+;④HClO+H++Cl-===Cl2↑+H2O,HClO是氧化剂,Cl2是氧化产物,则氧化性:HClO>Cl2;综上,A正确。
【答案】 A
【方法规律】
判断氧化还原反应能否发生的方法
已知物质的氧化性或还原性的强弱关系,判断某一氧化还原反应能否发生时可采用假设法。
(1)假设反应成立。
(2)根据氧化性:氧化剂>氧化产物,还原性:还原剂>还原产物的规律,列出假设反应中的上述关系。
(3)结合题干条件判断该结论是否符合事实。若符合事实,则反应能发生;反之,则反应不能发生。
3.先后规律
(1)同一氧化剂与多种还原剂混合,还原性强的先被氧化。
(2)同一还原剂与多种氧化剂混合,氧化性强的先被还原。
应用:判断物质的氧化性、还原性强弱或判断反应的先后顺序。
把氯气通入FeBr2溶液时,还原性Fe2+>Br-,若氯气的量不足时首先氧化Fe2+;把氯气通入FeI2溶液时,还原性I->Fe2+,若氯气的量不足时首先氧化I-。
将少量Zn片投入含Na+、Mg2+、Cu2+、Ag+的溶液中,最先得到的金属是( )
A.Na B.Mg
C.Ag D.Cu
【解析】 在金属活动性顺序中,位于前面的金属,其单质的还原性强,对应简单离子的氧化性弱;反之,位于后面的金属,其单质的还原性弱,对应简单离子的氧化性强。由此可知,四种离子中,Ag+的氧化性最强,Zn首先与Ag+发生反应,因此最先得到的金属是Ag。
【答案】 C
4.价态规律
(1)高低规律
元素最高价态:只有氧化性。
元素中间价态:既有氧化性又有还原性。
元素最低价态:只有还原性。
判断物质的氧化性、还原性
(2)归中规律
①同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时,高价态+低价态→中间价态,即“只靠拢,不交叉”。
如:
②同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应。
判断同种元素不同价态的物质间发生氧化还原的可能性。
(3)歧化规律
同种元素的中间价态生成高价和低价,即中间价→高价+低价。
反应KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O中,被氧化的氯原子与被还原的氯原子的个数之比为( )
A.1∶6 B.6∶1
C.1∶5 D.5∶1
【解析】 KClO3中的氯元素由+5价被还原为0价,HCl中的氯元素部分由-1价被氧化为0价,由得失电子守恒可知,被氧化的氯原子(化合价升高的氯原子)和被还原的氯原子(化合价降低的氯原子)的个数之比为5∶1。
【答案】 D
二、氧化还原反应方程式的配平
1.氧化还原反应方程式配平的基本原则
(1)得失电子守恒:氧化剂和还原剂得失电子总数相等,化合价升高总数=化合价降低总数。
(2)质量守恒:反应前后原子的种类和个数不变。
(3)电荷守恒:离子反应前后,阴、阳离子所带电荷总数相等。
2.氧化还原反应方程式配平的一般步骤
(1)标价态:写出反应物和生成物的化学式,标出发生氧化反应和还原反应的元素化合价。
+HO3(浓)―→O2↑+O2↑+H2O
(2)列变化:标出反应前后元素化合价的变化。
(3)求总数:依据电子得失守恒,使化合价升高和降低的总数相等。
(4)配化学计量数:用观察法配平其他物质的化学计量数。
C+4HNO3(浓)―→4NO2↑+CO2↑+2H2O
(5)查守恒:检查电荷是否守恒,原子个数是否守恒,配平后,把单线改成双线,标注反应条件。
C+4HNO3(浓)4NO2↑+CO2↑+2H2O
【方法技巧】
(1)配平氧化还原反应方程式的关键是正确标出元素化合价,找准“1分子”氧化剂中元素化合价降低总数,“1分子”还原剂中元素化合价升高总数,在计算时,切记不要忽略氧化剂、还原剂中变价原子的个数。
(2)对于一种元素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可采用逆向配平法,即先确定生成物的化学计量数,再确定反应物的化学计量数。
(3)对于残缺方程式,即某些反应物或生成物(一般为化合价不发生变化的水、酸、碱等)的化学式未写出,配平时不仅要配平化学计量数,还要写出未知物质的化学式,其方法是先配平含变价元素物质的化学计量数,再通过比较反应物和生成物,观察增、减的原子或离子数,从而确定未知物并配平。
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