第三单元 氧化还原反应（3）

2015-11-04 16:33:47   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第三单元    氧化还原反应（3）

基础知识精析

五．氧化还原反应的计算

（1）氧化还原反应比较典型的计算类型：

①求氧化剂与还原剂物质的量之比或质量之比。

②计算参加反应的氧化剂或还原剂的量。

③确定反应前后某一元素的价态变化等。

计算的关键是依据氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数列出守恒关系式求解。

（2）守恒法解题的一般思路和步骤：

首先找出氧化剂、还原剂及其物质的量以及每摩尔氧化剂、还原剂得失电子的物质的量，然后根据得失电子守恒列出等式：氧化剂的物质的量×每摩尔氧化剂得电子数＝还原剂的物质的量×每摩尔还原剂失电子数，利用这一等式，解氧化还原反应计算题，可化难为易，化繁为简。

注意：解决这类题时应充分抓住氧化还原反应的本质进行计算，一般不必配平氧化还原反应方程式。

练习：在3BrF₃+5H₂O=HBrO₃+Br₂+9HF+O₂↑的反应中，当有3mol BrF₃参加反应时，其中被水还原的BrF₃的物质的量是_{—————}mol；当有5mol H₂O参加反应时，其中被水还原的BrF₃的物质的量是_{—————}mol；当有5mol H₂O做还原剂时，其中被水还原的BrF₃的物质的量是_{—————}mol。

思维建模：守恒法解题的思维流程

对于氧化还原反应的计算，要根据氧化还原反应的实质——反应中氧化剂得到电子总数与还原剂失去电子总数相等，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。

 (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＝n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值。

【活学活用】

1． Na₂S_x在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na₂SO₄，而NaClO被还原为NaCl，若反应中Na₂S_x与NaClO的物质的量之比为1∶16，则x的值为 (　　)

A．2           B．3            C．4           D．5

答案　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。

得关系式1×·xe^－＝16×2e^－，x＝5。

2． 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．＋2            B．＋3          C．＋4          D．＋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。

3． 在P＋CuSO₄＋H₂O―→Cu₃P＋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。

答案　1.5　2.2

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P的物质的量为y根据电子守恒得：7．5 mol×(2－1)＝x·(5－0)

x＝1.5 mol

1 mol×3×(2－1)＋1 mol×[0－(－3)]＝y·(5－0)

y＝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。

4． 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3Fe^2＋＋2S₂O＋O₂＋xOH^－===Fe₃O₄↓＋S₄O＋2H₂O。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)反应的化学方程式中x＝________。

(3)每生成1 mol Fe₃O₄，反应转移的电子为________mol，被Fe^2＋还原的O₂的物质的量为________mol。

答案　(1)Fe^2＋、S₂O　(2)4　(3)4　0.5

解析　(2)根据电荷守恒得：

x＋2×2－3×2＝2，解得x＝4。

(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，转移的电子数即是1 mol O₂得电子总数，为4 mol。设被Fe^2＋还原的O₂的物质的量为x，根据电子守恒得：4x＝1 mol×3×(－2)，解得x＝0.5 mol。

题组三　多步反应的得失电子守恒问题

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。

5． 现有铁粉和氧化铁的混合物共27.2 g，加入足量的稀硫酸使之充分反应。当固体粉末完全溶解时，收集到2.24 L(标准状况下)气体，当向溶液中滴加KSCN溶液时，溶液不显血红色。试求原样品中氧化铁的质量分数。

答案　58.8%

6． 14 g铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合，通入水中恰好全部被吸收，则合金中铜的质量为                      (　　)

A．9.6 g          B．6.4 g          C．3.2 g           D．1.6 g

答案　C

解析　根据得失电子守恒规律可直接找出已知量(O₂)与未知量(Cu、Ag)之间的物质的量关系。HNO₃中的元素相当于电子的“二传手”，先得到Cu、Ag失去的电子，再传给O₂，最后恢复原貌，Cu、Ag失去的电子最终传给了O₂，所以根据得失电子守恒规律，得

×2＋＝×4，解得：m(Cu)＝3.2 g。

题组四　微粒先后反应时的得失电子守恒问题

当一种物质同时氧化两种或两种以上的微粒时，则强还原剂先被氧化。一种物质同时还原两种或两种以上微粒时，则强氧化剂先被还原。被氧化和被还原到何种程度，要以还原剂和氧化剂的物质的量多少来决定，具体计算时用电子守恒规律，但是对氧化还原反应过程中对应的每个阶段要分析清楚，电子守恒在对应的阶段同样适用。

7． 下列微粒在溶液中的还原性和氧化性强弱如下：还原性HSO>I^－，氧

化性IO>I₂>SO。向含有x mol NaHSO₃的溶液中逐滴加入KIO₃溶液。加入KIO₃和析出I₂的物质的量的关系曲线如图所示，则x＝________mol。

答案　3

解析　开始加入KIO₃溶液时，最先与IO反应的微粒是HSO，还原产物为I^－，氧化产物为SO。当HSO反应完后，b点到c点发生反应的离子方程式为IO＋5I^－＋6H^＋===3I₂＋3H₂O。所以0点到b点参加反应的HSO的物质的量可利用电子守恒求解，n(HSO)×2e^－＝n(IO)×6e^－，即n(HSO)×2＝1 mol×6，所以x＝3。

1． (2012·海南，6)将0.195 g锌粉加入到20.0 mL的0.100 mol·L^－1 MO溶液中，恰好完全反应，则还原产物可能是    (　　)

A．M       B．M^2＋         C．M^3＋            D. MO^2＋

答案　B

解析　锌粉加入到MO溶液中发生氧化还原反应，反应物Zn为0.003 mol，反应中失去电子为0.003 mol×2＝0.006 mol，而溶液中MO为20.0×10^－3 L×0.100 mol·L^－1＝0.002 mol，根据反应中转移电子的物质的量相等，可求得反应中M元素降低3价，即MO的还原产物可能为M^2＋。

2． (2012·四川理综，13)向27.2 g Cu和Cu₂O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L，固体物质完全反应，生成NO 和Cu(NO₃)₂。在所得溶液中加入1.0 mol·L^－1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。下列有关说法不正确的是(　　)

A．Cu与Cu₂O 的物质的量之比为2∶1

B．硝酸的物质的量浓度为2.6 mol·L^－1

C．产生的NO在标准状况下的体积为4.48 L

D．Cu、Cu₂O与硝酸反应后剩余HNO₃为0.2 mol

答案　B

解析　解题的关键是会利用守恒法解题，包括元素守恒和得失电子守恒。Cu(OH)₂的质量为39.2 g，其物质的量为0.4 mol，设Cu、Cu₂O的物质的量分别为x、y，则x＋2y＝0.4 mol，64 g·mol^－1·x＋144 g·mol^－1·y＝27.2 g，解得：x＝0.2 mol，y＝0.1 mol，故A正确；Cu和Cu₂O中的Cu都变成了＋2价，转移的电子的物质的量为(0.4＋0.2) mol＝0.6 mol，根据得失电子守恒可知，生成的NO应为0.2 mol，故C正确；n(NaOH)＝1 mol，生成0.4 mol Cu(OH)₂时消耗了0.8 mol NaOH，另外0.2 mol NaOH中和了硝酸，故D正确；硝酸总的物质的量为0.2 mol(剩余的)＋0.2 mol(表现氧化性的)＋0.8 mol(表现酸性的)＝1.2 mol，其物质的量浓度为2.4 mol·L^－1，故B错。

3． [2011·山东理综，28(1)]研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

NO₂可用水吸收，相应的化学反应方程式为____________。

利用反应6NO₂＋8NH₃7N₂＋12H₂O也可处理NO₂。当转移1.2 mol电子时，消耗的NO₂在标准状况下是________L。

答案　3NO₂＋H₂O===2HNO₃＋NO　6.72

解析　根据题给化学方程式可知当6 mol NO₂全部参加反应时，转移电子6 mol×(4－0)＝24 mol，故转移1.2 mol电子时，消耗NO₂ 0.3 mol，即6.72 L。

4． 配平下列方程式

(1)[2011·福建理综，23(6)]在某强酸性混合稀土溶液中加入H₂O₂，调节pH≈3，Ce^3＋通过下列反应形成Ce(OH)₄沉淀得以分离。完成反应的离子方程式：

Ce^3＋＋H₂O₂＋H₂O===Ce(OH)₄↓＋________

答案　2　1　6　2　6　H^＋

(2)[2010·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(OH)₂＋ClO^－＋________===Fe(OH)₃＋Cl^－

答案　2　1　1　H₂O　2　1

(3)[2011·安徽理综，27(2)改编]配平反应的离子方程式是Mn^2＋＋ClO＋H₂O===MnO₂↓＋Cl₂↑＋________。

答案　5　2　4　5　1　8　H^＋

(4)[2010·重庆理综，26(3)]配平用钙线脱氧脱磷的化学方程式：

P＋FeO＋CaOCa₃(PO₄)₂＋Fe

答案　2　5　3　1　5

5． (2012·上海，五)二氧化硒(SeO₂)是一种氧化剂，其被还原后的单质硒可能成为环境污染物，通过与浓HNO₃或浓H₂SO₄反应生成SeO₂以回收Se。

完成下列填空：

(1)Se和浓HNO₃反应的还原产物为NO和NO₂，且NO和NO₂的物质的量之比为1∶1，写出Se和浓HNO₃的反应方程式                 。

(2)已知：Se＋2H₂SO₄(浓)―→2SO₂↑＋SeO₂＋2H₂O

2SO₂＋SeO₂＋2H₂O―→Se＋2SO＋4H^＋

SeO₂、H₂SO₄(浓)、SO₂的氧化性由强到弱的顺序是__________________。

(3)回收得到的SeO₂的含量，可以通过下面的方法测定：

①SeO₂＋KI＋HNO₃―→Se＋I₂＋KNO₃＋H₂O

②I₂＋2Na₂S₂O₃―→Na₂S₄O₆＋2NaI

配平方程式①，标出电子转移的方向和数目。

(4)实验中，准确称量SeO₂样品0.150 0 g，消耗了0.200 0 mol·L^－1的Na₂S₂O₃溶液

25.00 mL，所测定的样品中SeO₂的质量分数为__________。

答案　(1)Se＋2HNO₃(浓)―→H₂SeO₃＋NO↑＋NO₂↑

(2)H₂SO₄(浓)>SeO₂>SO₂

(3)

(4)92.5%

解析　(3)可以采用化合价升降法配平，即Se元素化合价由＋4降低为0，而I元素化合价由－1升高至0，根据化合价升降相等，KI系数为4，故I₂系数为2，然后配平即可；该反应中KI中的I元素失电子，而SeO₂中Se元素得电子。

〖教后记〗