内容正文:
优化探究
大单元一 化学基本概念与化学实验基础
专题1 化学物质及其变化
第4讲 氧化还原反应方程式的配平与计算
[导航·复习目标] 1.能利用化合价升降总数相等配平氧化还原反应方程式。2.熟练应用电子守恒法进行氧化还原反应的相关计算。
2
考点一 氧化还原反应方程式的配平
考点二 得失电子数守恒法计算
练真题 明考向
3
考点一 氧化还原反应方程式的配平
4
1.氧化还原反应方程式配平的基本原则
梳理 必备知识
5
2.氧化还原反应方程式配平的一般步骤
6
1.正向配平法(氧化剂、还原剂中某元素化合价全变)
(1)________KI+________KIO3+________H2SO4====________I2+________K2SO4+________H2O
(2)________Mn+________H++________Cl-====________Mn2++________Cl2↑+_______H2O
提升 关键能力
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2.逆向配平法(自身氧化还原反应,包括分解、歧化等)
(1)________I2+________NaOH====________NaI+________NaIO3+________H2O
(2)________P4+________KOH+________H2O====________K3PO4+________PH3↑
(3)________NH4NO3====________N2↑+________O2↑+________H2O
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[点拨] 逆向配平法适用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。先确定生成物的化学计量数,然后确定反应物的化学计量数。例如:
由于S的化合价既升高又降低,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。
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3.缺项配平类(缺少某些反应物或生成物,一般为H2O、H+或OH-)
(1)________Fe3++________SO2+________====________Fe2++________S+_________
(2)________ClO-+________Fe(OH)3+_______====________Cl-+________Fe+_______H2O
(3)________Mn+________H2O2+________====________Mn2++________O2↑+_______H2O
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2H2O
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4H+
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4OH-
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6H+
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(4)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、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。
________+________+_______________AlN+_________
(5)将NaBiO3固体(黄色,微溶)加入MnSO4和H2SO4的混合溶液里,加热,溶液显紫色(Bi3+无色)。配平该反应的离子方程式:
________NaBiO3+________Mn2++________====________Na++________Bi3++________+_________
Al2O3
3C
N2
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3CO
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14H+
5
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2Mn
7H2O
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4.整体配平法(某反应物或生成物中同时有两种元素化合价升高或降低)
(1)________FeS2+________O2________Fe2O3+________SO2
(2)________P+________CuSO4+________H2O====________Cu3P+________H3PO4+_______H2SO4
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[点拨] 以有两种元素化合价升高或降低的物质为着手点,将化合价升降总数作为一个整体,再用一般方法进行配平。如Cu2S+HNO3(稀)Cu(NO3)2+NO+H2SO4+H2O,有Cu、S、N三种元素的化合价发生变化,Cu2S中Cu、S元素化合价均升高,看作一个整体,(稀)(NO3)2+O↑+H2O4+H2O,配平得3Cu2S+22HNO3(稀)====6Cu(NO3)2+10NO↑+3H2SO4+8H2O。
5.有机物参与的方程式的配平
(1)________KClO3+________H2C2O4+_______H2SO4====________
ClO2↑+________CO2↑+________KHSO4+________H2O
(2)________C2H5OH+________KMnO4+________H2SO4====________
K2SO4+________MnSO4+________CO2↑+________H2O
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[点拨] 在有机物参与的氧化还原反应方程式的配平中,一般有机物中H元素显+1价,O元素显-2价,根据物质中元素化合价代数和为零的原则,确定碳元素的平均价态,然后进行配平。
考点二 得失电子数守恒法计算
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1.得失电子数守恒法计算的原理
氧化剂得电子总数=还原剂失电子总数
2.得失电子数守恒法解题的流程
梳理 必备知识
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。
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3.多步氧化还原反应的计算
有的试题涉及的氧化还原反应较多,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。解答这类试题时,注意不要遗漏某个氧化还原反应,要厘清具体的反应过程,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,即可迅速求解。
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一、确定元素的价态或物质的组成
1.24 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________。
提升 关键能力
解析:由题意可知,Na2SO3发生失电子的氧化反应,K2Cr2O7发生得电子的还原反应,其中S元素的化合价从+4价升高到+6价,Cr元素的化合价将从+6价降低到+n价。根据氧化还原反应中得失电子守恒,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,因此元素Cr在还原产物中的化合价为+3价。
+3价
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2.把10 mL密度为1.6 g·cm-3的液态S2Cl2溶于石油醚(一种溶剂), 得到100 mL溶液,把它慢慢加入50 mL 3.2 mol·L-1的SO2水溶液中,振荡使之充分反应,当加入的S2Cl2溶液为67.5 mL时,恰好反应完全。生成物用含0.32 mol KOH的KOH溶液中和后,恰好完全转化为KCl和一种二元含氧酸的钾盐晶体。请计算:
(1)参与反应的n(S2Cl2)∶n(SO2)=1∶________。
解析:n(S2Cl2)=×=0.08 mol,n(SO2)=
3.2 mol·L-1×50×10-3 L=0.16 mol,则参与反应的n(S2Cl2)∶n(SO2)=1∶2。
2
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(2)确定二元含氧酸的化学式为__________。
解析:根据题意,反应过程中Cl、H、O元素的化合价不变,所以该反应为归中反应,设反应后硫元素化合价为x,依据得失电子数守恒有:2(x-1)=2(4-x),解得x= ,由此推断二元含氧酸的化学式为
H2S4O6。
H2S4O6
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二、多步反应中电子守恒的应用
3.将Mg、Cu组成的6.6 g混合物投入适量稀硝酸中恰好完全反应,固体完全溶解时收集到唯一还原产物NO气体2.24 L(标准状况),向反应后的溶液中加入一定量的NaOH溶液,金属离子恰好沉淀完全。则形成沉淀
的质量为__________。
11.7 g
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解析:根据得失电子数守恒和原子数目守恒可得关系式:Mg~2e-~
2OH-,Cu~2e-~2OH-,即金属转移电子数目与其消耗的氢氧根离子数目相等,稀硝酸被还原为NO气体且标准状况下体积为2.24 L,物质的量为0.1 mol,所以转移电子的物质的量为0.3 mol,最终沉淀为Cu(OH)2、Mg(OH)2,即沉淀中氢氧根离子的物质的量为0.3 mol,所以最后沉淀质量为6.6 g+0.3 mol×17 g·mol-1=11.7 g。
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4.一定量的金属Cu完全溶于适量浓硝酸中,收集到混合气体(含NO、N2O4、NO2)共1.8 mol。将上述气体平均分为两份,一份与标准状况下8.96 L O2混合后,用水吸收,无气体剩余;另一份恰好能被500 mL
2 mol·L-1 NaOH溶液完全吸收,生成含NaNO3和NaNO2的盐溶液,则
其中NaNO3的物质的量为__________。
0.2 mol
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解析:一份气体恰好能被500 mL 2 mol·L-1 NaOH溶液完全吸收,生成含NaNO3和NaNO2的盐溶液,根据元素守恒,则可知每份气体含有N元素的物质的量是1 mol;一份气体与标准状况下8.96 L O2混合后,用水吸收,无气体剩余,则完全生成硝酸,转移电子的物质的量n(e-)=4n(O2)=4×=1.6 mol,若将NaNO2全部氧化为NaNO3,转移电子的物质的量为1.6 mol,根据得失电子数守恒:n(NaNO2)=n(e-)=×1.6 mol=0.8 mol,根据Na原子守恒,n(NaNO3)=1 mol-n(NaNO2)=1 mol-0.8 mol=0.2 mol。
练真题 明考向
1.(2025·江苏卷)海洋出水铁质文物表面有凝结物,研究其形成原理和脱氯方法对保护文物意义重大。
文物表面凝结物种类受文物材质和海洋环境等因素的影响。
无氧环境中,文物中的Fe与海水中的S在细菌作用下形成FeS等含铁凝结物。写出Fe与S反应生成FeS和Fe(OH)2的离子方程式:
。
4Fe+S+4H2OFeS+3Fe(OH)2+2OH-
解析:无氧、弱碱性的海水中,Fe在细菌作用下被S氧化为+2价的FeS、Fe(OH)2,根据得失电子数守恒、电荷守恒、原子守恒可写出该反应的离子方程式:4Fe+S+4H2OFeS+3Fe(OH)2+2OH-。
2.(2025·黑吉辽蒙卷)某工厂采用如下工艺回收废渣(含有ZnS、PbSO4、FeS和CuCl)中的Zn、Pb元素。
已知:①“氧化浸出”时,PbSO4不发生变化,ZnS转变为[Zn(NH3)4]2+;
②Ksp[Pb(OH)2]=10-14.8;③酒石酸(记作H2A)结构简式为
HOOC(CHOH)2COOH。
回答下列问题:
(1)“氧化浸出”时,过二硫酸根(S2)转变为 (填离子符号)。
S
解析:S2中S元素的化合价为+6价,S2中2个S原子通过过氧键相连,过氧键中的O化合价为-1价,其他O的化合价为-2价,“氧化浸出”过程中S元素化合价不变,O元素化合价变为-2价,因此S2转变为S。
(2)“除铜”步骤中发生反应的离子方程式为__________________________
。
[Cu(NH3)4]2++Zn===
[Zn(NH3)4]2++Cu
解析:溶液中存在平衡[Cu(NH3)4]2+⥫⥬Cu2++4NH3,加入Zn,发生反应Zn+Cu2+===Zn2++Cu和Zn2++4NH3⥫⥬ [Zn(NH3)4]2+,使该平衡不断正移,最终使转化为[Zn(NH3)4]2+,总反应为[Cu(NH3)4]2++Zn=== [Zn(NH3)4]2++Cu。
(3)290 ℃“真空热解”生成2种气态氧化物,该反应的化学方程式为
。
Pb[OOC(CHOH)2COO] Pb+4CO↑+2H2O↑
解析:根据题给信息可知,H2A的化学式为C4H6O6,在290 ℃“真空热解”PbA生成Pb和2种气态氧化物,结合氧化物定义知,H元素转化为H2O,根据原子守恒,C元素转化为CO,所以该反应的化学方程式为Pb[OOC(CHOH)2COO]
Pb+4CO↑+2H2O↑。
3.(2024·江苏卷)氢能是理想清洁能源,氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。回答下列问题:
利用铁及其氧化物循环制氢,原理如图所示,反应器Ⅰ中化合价发生改变的元素有 ;含CO和H2各1 mol的混合气体通过该方法制氢,理
论上可获得 mol H2。
C、H、Fe
解析:由图可知,反应器Ⅰ中的反应物为一氧化碳、氢气、氧化铁,生成物为二氧化碳、水、铁,发生的反应为3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2、3H2+Fe2O3
===2Fe+3H2O,则反应器Ⅰ中化合价发生改变的元素为碳元素、氢元素、铁元素;由化学方程式可知,1 mol一氧化碳和1 mol氢气与氧化铁反应生成 mol铁,反应器Ⅱ中铁与水反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2,由化学方程式可知, mol铁生成氢气的物质的量为× mol= mol。
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