高2021届高2018级高中化学第一轮复习配套学案第二章第9讲

第9讲 氧化还原反应的计算及方程式的配平

考纲要求 掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。

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)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)。

题组一 确定元素价态或物质组成

1.现有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。

2.Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4,而NaClO被还原为NaCl,若反应中Na2Sx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。

22NaSxx―→624NaSOx 1NaClO―→1NaCl

得关系式1×6－－2x·x＝16×2,x＝5。

题组二 多步反应得失电子守恒问题

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。

3.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(均已折算为标准状况),在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀质量为17.02 g。则x等于( )

A.8.64 B.9.20 C.9.00 D.9.44

答案 B

【解析】 反应流程为 MgCu―――→浓HNO3 Mg2＋、Cu2＋――→NaOH MgOH2CuOH2NO2、N2O4

x g＝17.02 g－m(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－)＝8.96 L22.4 L·mol－1×1＋0.672 L22.4 L·mol－1×2×1＝0.46 mol

所以x g＝17.02 g－0.46 mol×17 g·mol－1＝9.20 g。

4.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1.68 L O2(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5 mol·L－1 NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是( )

A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL

答案 A

【解析】 由题意可知,HNO3CuO2 NO2N2O4NO,则Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等。即n(Cu)＝2n(O2)＝2×1.68 L22.4 L·mol－1＝0.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式：n(NaOH)＝2n[Cu(NO3)2]＝2n(Cu)＝0.3 mol,则V(NaOH)＝0.3 mol5 mol·L－1＝0.06 L＝60 mL。

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

[示例] 配平化学方程式：

H2S＋HNO3―→S↓＋NO↑＋H2O

分析 配平步骤如下

第一步：标变价,H2S－2＋HNO3＋5―→S0↓＋N＋2O↑＋H2O

第二步：列得失,H2S－2 ＋ HN＋5O3

失去↓2e－ ↓得到(5－2)e－

S0 N＋2O

第三步：求总数,从而确定氧化剂(或还原产物)和还原剂(或氧化产物)的化学计量数。

H2S－2 ＋ HN＋5O3

失去2e－×3↓ ↓得到3e－×2

S0 N＋2O

故H2S的化学计量数为3,HNO3的化学计量数为2。

第四步：配系数,先配平变价元素,再利用原子守恒配平其他元素。

3H2S＋2HNO3===3S↓＋2NO↑＋4H2O

第五步：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。

题组一 正向配平类

1.____KI＋____KIO3＋____H2SO4===____I2＋____K2SO4＋____H2O

答案 5 1 3 3 3 3

2.____MnO－4＋____H＋＋____Cl－===____Mn2＋＋____Cl2↑＋____H2O

答案 2 16 10 2 5 8

题组二 逆向配平类

3.____S＋____KOH===____K2S＋____K2SO3＋____H2O

答案 3 6 2 1 3

4.____P4＋____KOH＋____H2O===____K3PO4＋____PH3↑

答案 2 9 3 3 5

5.____(NH4)2Cr2O7===____N2↑＋____Cr2O3＋____H2O

答案 1 1 1 4

题组三 缺项配平类

6.____ClO－＋____Fe(OH)3＋____===____Cl－＋____FeO2－4＋____H2O

答案 3 2 4OH－ 3 2 5

7.____MnO－4＋____H2O2＋____===____Mn2＋＋____O2↑＋____H2O

答案 2 5 6H＋ 2 5 8

8.____Mn2＋＋____ClO－3＋____H2O===____MnO2↓＋____Cl2↑＋____

答案 5 2 4 5 1 8H＋

9.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、AlN、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＋

答案 Al2O3 3C N2 2 3CO

【解析】 根据氮元素、碳元素的化合价变化,N2是氧化剂,C是还原剂,AlN为还原产物,CO为氧化产物。

配平的基本技能

(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。

1.[2019·全国卷Ⅱ,26(2)①](1)重晶石在回转炉中900～1 200 ℃条件下,被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为______________________________。回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为__________________________________________________________________。

(2)[2019·全国卷Ⅲ,26(1)]工业上可由天然二氧化锰粉和硫化锰矿用硫酸溶浸得硫单质和硫酸锰,写出该反应的化学方程式____________________________________________________。

答案 (1)BaSO4＋4C===BaS＋4CO↑ CO＋H2O===CO2＋H2

(2)MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O

2.[2017·全国卷Ⅲ,27(1)]FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3――→高温Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2

上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是____________________________________________________________________________。

答案 2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应

【解析】 首先标出变价元素的化合价,分析价态变化可知：1 mol FeO·Cr2O3失去7 mol电子,1

mol NaNO3得到2 mol电子,则由得失电子守恒可知二者系数比应为2∶7；该步骤中主要反应的反应物中有Na2CO3,而陶瓷中含有二氧化硅,二者在熔融时反应,故不能使用陶瓷容器。

3.[2017·全国卷Ⅰ,27(6)]已知FePO4沉淀―――――――→Li2CO3、H2C2O4高温煅烧LiFePO4,写出该反应的化学方程式______________________________________________________________________________。

答案 2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4=====高温2LiFePO4＋H2O↑＋3CO2↑

【解析】 反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4,生成物有LiFePO4,铁元素的化合价降低,则H2C2O4中碳元素的化合价升高,产物为CO2,配平。

4.[2016·全国卷Ⅱ,26(2)]实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨(N2H4),反应的化学方程式为______________________________________________________________________。

答案 NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O

【解析】 次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨的反应中,氮元素的化合价由氨分子中的－3价升高到联氨分子中－2价,氯元素的化合价由次氯酸钠中的＋1价降低到－1价,根据化合价升高与降低总数相等和原子守恒配平化学方程式为NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O。