高考化学一轮复习 专题2-3 氧化还原反应教学案

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高考化学一轮复习 专题2-3 氧化还原反应教学案

1 / 30 【2019 最新】精选高考化学一轮复习 专题 2-3 氧化还原反应教学案 1.了解氧化还原反应的本质是电子转移; 2. 能正确理解氧化还原反应的概念及概念间的相互关系; 3.能用单、双线桥正确表示氧化还原反应中电子转移的方向和数目; 4.能正确判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。 5.掌握氧化还原反应方程式的配平方法和技巧; 6.灵活运用电子转移守恒法进行氧化还原反应的相关计算。 一、氧化还原反应的相关概念 1.本质和特征 2.有关概念及其相互关系 例如: 反应 4HCl(浓)+MnO2MnCl2+Cl2↑+2H2O 中,氧化剂是 MnO2,氧化产物是 Cl2,还原剂是 HCl,还原产物是 MnCl2;生成 1 mol Cl2 时转移电子的物质的量 为 2_mol,被氧化的 HCl 的物质的量是 2_mol。 3.氧化还原反应中电子转移的表示方法 (1)双线桥法 请标出 Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目: (2)单线桥法 请标出 Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目: 4.常见的氧化剂和还原剂 (1)常见氧化剂 常见氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。 如: 2 / 30 (2)常见还原剂 常见还原剂包括活泼的金属单质、非 金属离子及低价态化合物、低价金属阳离 子、非金属单质及其氢化物等。如: (3)具有中间价态的物质既有氧化性,又有还原性 其中:Fe2+、SO 主要表现还原性,H2O2 主要表现氧化性。 二、物质氧化性、还原性强弱的比较 1.氧化性、还原性的判断 (1)氧化性是指物质得电子的性质(或能力);还原性是指物质失电子的性质 (或能力)。 (2)氧化性、还原性的强弱取决于物质得、失电子的难易程度,与得、失电 子数目的多少无关。如:Na-e-===Na+,Al-3e-===Al3+,但根据金属活动 性顺序表,Na比 Al 活泼,更易失去电子,所以 Na比 Al 的还原性强。 (3)从元素的价态考虑:最高价态——只有氧化性,如 Fe3+、H2SO4、KMnO4 等;最低价态——只有还原性,如金属单质、Cl-、S2-等;中间价态——既有 氧化性又有还原性,如 Fe2+、S、Cl2 等。 2.氧化性、还原性的强弱判断方法 方法一:依据反应原理判断 氧化性:氧化剂>氧化产物 还原性:还原剂>还原产物 可总结为:比什么性,找什么剂,产物之性小于剂。 方法二:据“三表”判断 (1)根据元素周期表判断。 (2)根据金属活动性顺序表判断。 (3)根据非金属活动性顺序表判断。 具有中间价态的物质 氧化产物 还原产物 Fe 2+ Fe 3+ Fe SO2-3 SO2-4 S H2O2 O2 H2O 3 / 30 方法三:根据“两池”判断 (1)根据原电池原理判断:一般情况下,两种不同的金属构成原电池的两极, 其还原性:负极>正极。 (2)根据电解池原理判断 用惰性电极电解混合溶液时,若混合溶液中存在多种金属阳离子,则在阴极 先得到电子的阳离子的氧化性较强(对应金属单质的还原性较弱);若混合溶液中 存在多种阴离子,则在阳极先失去电子的阴离子的还原性较强(对应非金属单质 的氧化性较弱)。 方法四:根据“三度”(浓度、温度、酸碱度)判断 (1)浓度 一般来说,氧化剂的浓度越大,其氧化性越强。如浓硝酸的氧化性强于稀硝 酸,浓硫酸有强氧化性(指 SO)而稀硫酸只有弱氧化性(H+)。还原剂的浓度越大, 其还原性越强,如浓盐酸的还原性强于稀盐酸,因此在实验室制取 Cl2 时用浓盐 酸与 MnO2 共热。 (2)温度 许多氧化还原反应是在加热条件下进行的。可见升高温度可增强氧化剂的氧 化性、还原剂的还原性。 (3)酸碱度 HNO3 的氧化性与 H+的浓度有关,H+的浓度越大,HNO3 的氧化性越强,KMnO4 酸化后氧化性增强。 方法五:根据反应条件来判断 当不同的氧化剂(或还原剂)与同一还原剂(或氧化剂)反应时,反应越易进 行,则对应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,反之越弱。如: MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O 2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 4 / 30 氧化性:KMnO4>MnO2 方法六:根据反应的剧烈程度判断 (1)金属单质与水反应的剧烈程度:如 Na、Mg、Al 分别与水反应时,Na剧烈, Mg 加热才明显,Al加热条件下也不明显。故还原性:Na>Mg>Al。 (2)非金属单质与 H2化合的难易程度:如 F2、Cl2、Br2、I2 分别与 H2 反应, F2 在冷暗处剧烈反应而爆炸,Cl2 在光照条件下剧烈反应而爆炸,Br2 加热至 500 ℃时才能发生反应,I2在不断加热的条件下才能缓慢进行,且为可逆反应。故氧 化性:F2>Cl2>Br2>I2。 方法七:根据同一物质被氧化或被还原的程度(根据产物价态的高低)判断 (1)同一物质被氧化的程度越大(把还原剂氧化到的价态越高),则氧化剂的 氧化性越强。 如 2Fe+3Cl22FeCl3(其中铁的化合价为+3 价)、Fe+SFeS(其中铁的化合价 为+2 价),则氧化性:Cl2>S。 (2)同一物质被还原的程度越大(把氧化剂还原到的价态越低),则还原剂的 还原性越强。 如 HCl+H2SO4(浓)→不反应、2HBr+H2SO4(浓)===Br2+SO2↑+2H2O、8HI +H2SO4(浓)===4I2+H2S↑+4H2O,从化学反应方程式看,HCl 不能还原浓硫酸, 而 HBr、HI 却能把浓硫酸中+6 价的硫分别还原成+4 价、-2 价,故还原性: HI>HBr>HCl。 三、氧化还原反应中的四大规律及其应用 1.氧化还原反应规律 (1)守恒规律 化合价有升必有降,电子有得必有失。对于一个完整的氧化还原反应,化合 价升降总数相等,电子得失总数相等。 (2)强弱规律 5 / 30 具有较强氧化性的氧化剂跟具有较强还原性的还原剂反应,生成具有较弱还 原性的还原产物和具有较弱氧化性的氧化产物。 (3)转化规律 氧化还原反应中,以元素相邻价态间的转化最易;同种元素不同价态之间若 发生反应,元素的化合价只靠近而不交叉;同种元素相邻价态间不发生氧化还原 反应。 (4)先后规律 一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时,优先与还原性最强的还原剂发生反 应;同理,一种还原剂遇到多种氧化剂时,优先与氧化性最强的氧化剂反应。 四、氧化还原反应方程式的配平 (1)常规配平 其关键是确定还原剂(或氧化剂)化合价升高(或降低)总数,这就必须弄 清还原剂(或氧化剂)中有几种元素发生化合价变化,每一种元素有几个变价原 子。 配平的原则是:化合价升降总数相等。 下面以 NH3 + O2 — NO + H2O 为例例来说明配平的步骤:氧化还原反应方 程式的配平步骤: ①写出反应物和生成物的化学式,并标出反应前后变价元素的化合价。 -3 N H3 + 2 — + H2 ②列出元素化合价升高和降低的数值 N:-3 → +2 升高 5 O:0 → -2 降低 2,O2 中含有 2个氧原子,则降低 2×2 = 4 ③求出最小公倍数,使化合价升高和降低总价数相等 6 / 30 5 与 4 的最小公倍数为 20,则 N:-3 → +2 升高 5×4 O:0 → -2 降低 2,O2 中含有 2个氧原子,则降低 2×2 = 4×5 则 4和 5 即是 NH3 与 O2 前的系数,但不一定是最终系数。 即 4 NH3 + 5 O2 — NO + H2O ④用观察法配平其他物质的系数 由 NH3 的系数可以确定 NO的系数为 4,H2O 的系数为 6,检查 O 的原子数, 反应物中为 5×2=10,生成物中 O 原子个数为 4+6=10。则 4 NH3 + 5 O2 — 4 NO + 6 H2O ⑤.将“—”写为“=”,给定条件的写明条件 4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O (2)缺项配平: 一般先确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物的化学计量数,再通过比 较反应物和生成物,确定缺项。缺项的物质一般为 H2O 、酸或碱,然后用观察法 配平。 五、氧化还原反应的计算: (1)题型:计算氧化剂与还原剂的物质的量之比或质量比,参加反应的氧化 剂或还原剂的量,氧化产物或还原产物的量及确定反应前后某一元素的价态等。 (2)关键:依据电子守恒,列出守恒关系式求解。 (3)步骤 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)。 7 / 30 ③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(高价-低价)=n(还原剂)×变 价原子个数×化合价变化值(高价-低价) 高频考点一 氧化还原反应及基本概念判断 例 1. 被称为万能还原剂的 NaBH4 溶于水并和水反应:NaBH4+2H2O===NaBO2 +4H2↑,下列说法中正确的是(NaBH4 中 H为-1价)( ) A.NaBH4 既是氧化剂又是还原剂 B.NaBH4 是氧化剂,H2O 是还原剂 C.硼元素被氧化,氢元素被还原 D.被氧化的元素与被还原的元素质量之比为 1∶1 答案 D 【变式探究】下列应用不涉及氧化还原反应的是( ) A.酸雨的形成 B.根瘤菌固氮 C.氨碱法制纯碱 D.电池放电 答案 C 解析 有电子转移的反应是氧化还原反应,酸雨的形成是燃烧含硫、氮化合 物引起的,是氧化还原反应;根瘤菌固氮是将氮气转化为化合态的氮;电池放电 是氧化还原反应;氨碱法制纯碱的反应是 NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+ NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑,选 C。 【举一反三】某种飞船以N2H4和 N2O4为动力源发生反应:2N2H4+N2O4===3N2 +4H2O,反应温度可高达 2700 ℃,对于该反应,下列说法中正确的是( ) A.该反应属于置换反应 8 / 30 B.N2H4 是氧化剂 C.N2O4 是还原剂 D.N2 既是氧化产物又是还原产物 答案 D 高频考点二 依据方程式判断氧化性、还原性强弱 例 2.已知常温下在溶液中可发生如下两个离子反应: Ce4++Fe2+===Fe3++Ce3+ Sn2++2Fe3+===2Fe2++Sn4+ 由此可以确定 Fe2+、Ce3+、Sn2+三种离子的还原性由强到弱的顺序是 ( ) A.Sn2+、Fe2+、Ce3+ B.Sn2+、Ce3+、Fe2+ C.Ce3+、Fe2+、Sn2+ D.Fe2+、Sn2+、Ce3+ 答案 A 解析 在氧化还原反应中还原剂的还原性比还原产物的还原性强。由方程式 可知,还原性:Fe2+ >Ce3+;Sn2+>Fe2+。 【感悟提升】 1.物质氧化性、还原性强弱判断的常用方法 (1)根据化学方程式 氧化性:氧化剂>氧化产物; 还原性:还原剂>还原产物。 (2)依据反应条件来判断 当不同的氧化剂作用于同一还原剂时,若氧化产物价态相同,可依据反应条 9 / 30 件的难易程度来判断氧化剂氧化性的相对强弱,一般来说反应条件越苛刻,说明 反应越难发生(即氧化剂得电子越困难),则对应氧化剂的氧化性越弱,例如: Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O 氧化性:浓硝酸>浓硫酸。 (3)根据元素周期表判断 (4)根据金属活动性顺序表判断 2.根据影响因素判断氧化性、还原性强弱的方法 (1)浓度:同一种物质浓度越大,氧化性(或还原性)越强。 如氧化性:浓 H2SO4>稀 H2SO4,浓 HNO3>稀 HNO3, 还原性:浓 HCl>稀 HCl。 (2)温度:同一种物质,温度越高其氧化性越强,如热的浓硫酸的氧化性比 冷的浓硫酸的氧化性强。 (3)酸碱性:同一种物质,所处环境酸(碱)性越强其氧化性(还原性)越强。 如 KMnO4 在酸性条件下具有较强的氧化性,常温下即可和浓盐酸反应制取 Cl2。 拓展 为了提高 KMnO4 的氧化性,需酸化处理,所加入的酸为稀 H2SO4。 【变式探究】铊(Tl)盐与氰化钾(KCN)被列为 A 级危险品。已知下列反应在 一定条件下能够发生:①Tl3++2Ag===Tl++2Ag+,②Ag++Fe2+===Ag+Fe3 +,③Fe+2Fe3+===3Fe2+,下列离子氧化性比较顺序正确的是( ) A.Tl3+>Fe3+>Ag+ B.Fe3+>Ag+>Tl3+ C.Tl+>Ag+>Fe2+ D.Tl3+>Ag+>Fe3+ 答案 D 10 / 30 解析 在氧化还原反应中,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。 高频考点三 依据氧化性、还原性强弱判断氧化还原反应能否发生 例 3.已知 Co2O3 在酸性溶液中易被还原成 Co2+,Co2O3、Cl2、FeCl3、I2 的氧化性依次减弱。下列反应在水溶液中不可能发生的是( ) A.3Cl2+6FeI2===2FeCl3+4FeI3 B.Cl2+FeI2===FeCl2+I2 C.Co2O3+6HCl(浓)===2CoCl2+Cl2↑+3H2O D.2Fe3++2I-===2Fe2++I2 答案 A 【变式探究】已知 I-、Fe2+、SO2 和 H2O2 均有还原性,它们在酸性溶液 中还原性的强弱顺序为 Fe2+<H2O2<I-<SO2,则下列反应不能发生的是 ( ) A.2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SO+4H+ B.I2+SO2+2H2O===H2SO4+2HI C.H2O2+H2SO4===SO2↑+O2↑+2H2O D.2Fe3++H2O2===2Fe2++O2↑+2H+ 答案 C 解析 A 项,还原性:SO2>Fe2+,符合题意;B项,还原性:SO2>I-, 符合题意;C 项,还原性:H2O2>SO2,与题意矛盾;D 项,还原性:H2O2>Fe2 +,符合题意。 高频考点四 氧化还原反应三条规律的应用 例 4.现有下列三个氧化还原反应: 11 / 30 ①2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2 ②2FeCl2+Cl2===2FeCl3 ③2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 若某溶液中含有 Fe2+、Cl-和 I-,要除去 I-而不氧化 Fe2+和 Cl-,可 以加入的试剂是( ) A.Cl2B.KMnO4C.FeCl3D.HCl 答案 C 解析 本题是寻找一种氧化剂,其氧化性应大于 I2的氧化性,而小于 Cl2 和 Fe3+的氧化性(也可等于 Fe3+的氧化性)。由①知氧化性:Fe3+>I2,还原 性:I->Fe2+;由②知氧化性:Cl2>Fe3+,还原性:Fe2+>Cl-;由③知氧化 性:MnO>Cl2,还原性:Cl->Mn2+;由此推知氧化性强弱顺序为 KMnO4>Cl2>FeCl3>I2,还原性强弱顺序为 I->Fe2+>Cl->Mn2+。所以 KMnO4 可氧化 Cl-、Fe2+及 I-,Cl2 可氧化 Fe2+及 I-,FeCl3 只能氧化 I-。 【变式探究】已知 G、Q、X、Y、Z均为含氯元素的化合物,在一定条件下有 下列转化关系(未配平): ①G―→Q+NaCl ②Q+H2OX+H2 ③Y+NaOH―→G+Q+H2O ④Z+NaOH―→Q+X+H2O 这五种化合物中 Cl元素化合价由低到高的顺序是( ) A.G、Y、Q、Z、X B.X、Z、Q、G、Y C.X、Z、Q、Y、G D.G、Q、Y、Z、X 12 / 30 答案 A 【举一反三】氯气跟氢氧化钾溶液在一定条件下发生如下反应:Cl2+KOH― →KX+KY(未配平),KX 在一定条件下能自身反应:KX―→KY+KZ(未配平,KY 与 KZ 关系比为 1∶3),以上 KX、KY、KZ 均是一元酸的钾盐,由以上条件推知在 KX 中氯的化合价是( ) A.+1 B.+3 C.+5 D.+7 答案 C 高频考点五、氧化还原反应的配平 例 5.(1)H3PO2 的工业制法是:将白磷(P4)与 Ba(OH)2 溶液反应生成 PH3 气 体和 Ba(H2PO2)2,后者再与 H2SO4 反应。写出白磷与 Ba(OH)2 溶液反应的化学 方 程 式 : _____________________________________________________________________ _________。 (2)①PbO2 与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为 _______________________________________。 ②PbO2 可由 PbO 与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 _______________________________________________________________。 (3)[(2014·天津,9(7)]Na2S2O3 还原性较强,在溶液中易被 Cl2 氧化成 SO, 常用作脱氯剂,该反应的离子方程式为_________________________ _________________________________________________________________ _______。 【解析】(1)根据题意可知反应物和生成物,然后根据得失电子守恒和质量 13 / 30 守恒配平,即可得到白磷与 Ba(OH)2 溶液反应的化学方程式:6H2O+2P4+ 3Ba(OH)2===2PH3↑+3Ba(H2PO2)2。 (2)①由题意知:该反应中,Cl元素的化合价升高,则可推出 Pb元素化合价 降低,又由于+2价 Pb 较稳定,因此 PbO2 还原产物为 Pb2+,其化学方程式为: PbO2+4HCl(浓)PbCl2+Cl2↑+2H2O。 ②由题意知:PbO+ClO-―→PbO2,铅元素化合价升高,则 Cl 元素化合价 应降低,故有 PbO+ClO-―→PbO2+Cl-,利用化合价升降法配平,得反应的离 子方程式为 PbO+ClO-===PbO2+Cl-。 (3)S2O 被 Cl2 氧化成 SO,Cl2 被还原为 Cl-,首先根据化合价升降总值相 等写出 S2O+4Cl2―→2SO+8Cl-,然后根据电子守恒、电荷守恒配平:S2O+4Cl2 +5H2O===2SO+8Cl-+10H+。 【答案】(1)6H2O+2P4+3Ba(OH)2===2PH3↑+3Ba(H2PO2)2 (2)①PbO2+4HCl(浓)PbCl2+Cl2↑+2H2O ②PbO+ClO-===PbO2+Cl- (3)S2O+4Cl2+5H2O===2SO+8Cl-+10H+ 【变式探究】 1.(1)ZnSO4 溶液中含有少量 Fe2+和 Mn2+,为了除去这两种离子,调节溶 液 pH为 5,然后加入高锰酸钾溶液,使之生成沉淀。已知高锰酸钾的还原产物是 MnO2 。 请 写 出 该 过 程 中 两 反 应 的 离 子 方 程 式 : ___________________________________________________________________。 (2) 用 HNO3 清 洗 试 管 壁 上 的 Ag , 该 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ___________________________________。 14 / 30 (3)已知将浓盐酸滴入高锰酸钾溶液中,产生黄绿色气体,而溶液的紫红色 褪去。在一氧化还原反应的体系中,共有 KCl、Cl2、浓 H2SO4、H2O、KMnO4、MnSO4、 K2SO4 七种物质。 ①写出一个包含上述七种物质的氧化还原反应方程式,并配平 _____________________________。 ②在反应后的溶液中加入 NaBiO3(不溶于冷水),溶液又变为紫红色,BiO 反 应后变为无色的 Bi3+。写出该实验中涉及反应的离子方程式 _________________________________________________________________ _______。 (4)+6 价铬的毒性很强,制取红矾钠后的废水中含有的 Cr2O,可以用绿矾 除去。测得反应后的溶液中含 Cr3+、Fe2+、Fe3+、H+等阳离子。写出该反应 的离子方程式__________________ _____________________________________________________________________ ________。 (5)已知:①MnO+e-―→MnO(绿色)(强碱性条件) ②MnO+8H++5e-―→Mn2+(无色)+4H2O(强酸性条件)将KMnO4溶液滴入 NaOH 溶液中 微热,得到透 明的绿色溶 液,写出反 应的离子方程 式 ____________________________________________ _________________________________________________________________ _____。 【答案】(1)MnO+3Fe2++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2MnO+3Mn2 ++2H2O===5MnO2↓+4H+ 15 / 30 (2)Ag+2HNO3(浓)===AgNO3+NO2↑+H2O (3)①2KMnO4+10KCl+8H2SO4(浓)===6K2SO4+2MnSO4+5Cl2↑+8H2O ②2Mn2++5NaBiO3+14H+===2MnO+5Na++5Bi3++7H2O (4)Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O (5)4MnO+4OH-4MnO+2H2O+O2↑ 【方法技巧】 1.正向配平法:全变从左边配:氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的, 一般从左边反应物着手配平。 2.逆向配平法: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:先用得失电子数相等配平,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。 高频考点六 电子守恒思想在氧化还原反应计算中的应用 例 6.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 【变式探究】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 16 / 30 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。 Na2x―→xNa2O4 NaO―→Na Cl -1 得关系式 1×·x=16×2,x=5。 【举一反三】在反应 3BrF3+5H2O===9HF+Br2+HBrO3+O2↑中,若有 5 mol H2O 参加反应,被水还原的溴元素为( ) A.1 mol B. mol C. mol D.2 mol 答案 C 解析 设被水还原的溴元素(BrF3)的物质的量为 x,5 mol H2O 参加反应, 失去电子 4 mol,根据电子守恒得:3x=4 mol,x= mol。 高频考点七 多步反应得失电子守恒问题 例7.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(都已折算到标准状态),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 【变式探究】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,HNO3,则 Cu 失去的电子数与 O2得到的电子数相等。即 17 / 30 n(Cu)=2n(O2)=2×=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)==0.06 L= 60 mL。 高频考点八 氧化还原反应在综合实验中的应用 例 8、过氧化钙可以用于改善地表水质,处理含重金属粒子的废水和治理赤 潮,也可用于应急供氧等。工业上生产过氧化钙的主要流程如下: CaCl2 固体 30%的 H2O2 ↓ ↓ 溶解 ―→―→―→―→―→ 烘烤 ↑ ↓ ↓ NH3 副产品 产品 已知 CaO2·8H2O 呈白色,微溶于水,加热至 350℃左右开始分解放出氧气。 (1)用上述方法制取 CaO2·8H2O 的化学方程式是 _____________________________。 (2)检验“水洗”是否合格的方法是 _______________________________________。 (3)沉淀时常用冰水控制温度在 0 ℃左右,其可能原因是 _________________________________________________________________ _______ _________________________________________________________________ _______。 (4)测定产品中 CaO2 的含量的实验步骤: 第一步:准确称取 a g产品于有塞锥形瓶中,加入适量蒸馏水和过量的 b g KI 晶体,再滴入少量 2 mol·L-1的 H2SO4 溶液,充分反应。 第二步:向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。 18 / 30 第三步:逐滴加入浓度为 c mol·L-1的 Na2S2O3 溶液至反应完全,消耗 Na2S2O3 溶液 V mL。 [已知:I2+2S2O===2I-+S4O] ①第一步发生反应的化学方程式为 ___________________________________________; CaO2 的质量分数为____________(用字母表示)。 ②某同学第一步和第二步的操作都很规范,第三步滴速太慢,这样测得的 CaO2 的质量分数可能________(填“不受影响”、“偏低”或“偏高”),原因是 __________________。 答案 (1)CaCl2+H2O2+2NH3+8H2O===CaO2·8H2O↓+2NH4Cl (2)取最后一次洗涤液少许于试管中,再滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液,看 是否产生白色沉淀 (3)温度低可减少过氧化氢的分解,提高过氧化氢的利用率 (4)①CaO2+2KI+2H2SO4===I2+CaSO4+K2SO4+2H2O ②偏高 S2O 在 滴定过程中被氧气氧化 解析 (1)本实验的目的是制备 CaO2·8H2O 固体,则流程中的沉淀应为 CaO2·8H2O,根据质量守恒判断还应有 NH4Cl 生成,故可写出反应的化学方程式 为 CaCl2+H2O2+2NH3+8H2O===CaO2·8H2O↓+2NH4Cl。 (2)滤液中含有大量的 Cl-,为将沉淀洗涤干净,应充分洗涤,根据检验 Cl -的方法,可用稀硝酸酸化的硝酸银溶液检验。 (3)温度低可减少过氧化氢的分解,提高过氧化氢的利用率。 (4)①CaO2 将 KI 氧化成碘单质:CaO2+2KI+2H2SO4===I2+CaSO4+K2SO4 +2H2O 根据反应的离子方程式:CaO2+4H++2I-===Ca2++2H2O+I2,I2+ 2S2O===2I-+S4O,可得关系式: 19 / 30 CaO2~2S2O 72 g 2 mol mcV×10-3mol 解得:m=0.036cV,CaO2 的质量分数为。②S2O 有还原性,由于滴速太慢, S2O 在滴定过程中被氧气氧化导致消耗体积偏大,从 CaO2 的质量分数的表达式可 知使计算结果偏高。 1. (2018 年北京卷)下列实验中的颜色变化,与氧化还原反应无关的是 A. A B. B C. C D. D 【答案】C 1.【2017 北京卷】下列变化中,气体被还原的是 A.二氧化碳使 Na2O2 固体变白 B.氯气使 KBr 溶液变黄 C.乙烯使 Br2 的四氯化碳溶液褪色 D.氨气使 AlCl3 溶液产生白色 沉淀 【答案】B 【解析】二氧化碳使 Na2O2 固体变白,发生反应 2CO2+2Na2O2=O2+2Na2CO3, CO2 的化合价没有发生改变,过氧化钠既是氧化剂,也是还原剂,A错误;氯气 使 KBr 溶液变黄,发生反应 2KBr+Cl2=2KCl+Br2,Cl 元素化合价降低,被还原, A B C D 实验 NaOH 溶液滴入 FeSO4溶液中 石蕊溶液滴入 氯水中 Na2S 溶液滴入 AgCl 浊液中 热铜丝插入稀 硝酸中 现象 产生白色沉淀, 随后变为红褐色 溶液变红,随后 迅速褪色 沉淀由白色逐 渐变为黑色 产生无色气体, 随后变为红棕色 20 / 30 B 正确;乙烯使 Br2 的四氯化碳溶液褪色,是乙烯与溴发生了加成反应,Br元素 化合价降低,Br2 被还原,乙烯被氧化,C错误;氨气使 AlCl3 溶液产生白色沉 淀氢氧化铝,反应过程中 NH3 化合价没有改变,不是氧化还原反应,D错误。 2.【2017 天津卷】下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是 A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能 B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能 C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能 D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能 【答案】A 3.【2017 海南】在酸性条件下,可发生如下反应: +2M3++4H2O=+Cl-+8H+, 中 M的化合价是 ( ) 3ClO 2 7M On 2 7M On A. +4 B. +5 C. +6 D. +7 【答案】C 【解析】根据离子反应方程式中,反应前后所带电荷数相等,即 6-1=8-n -1,解得 n=2,从而得出 M2O7n-中 M的化合价为+6价,故 C 正确。 1.【2016 年高考上海卷】下列化工生产过程中,未涉及氧化还原反应的是 ( ) A.海带提碘 B.氯碱工业 C.氨碱法制碱 D.海水提溴 【答案】C 【解析】海带提碘是将 KI变为 I2,有元素化合价的变化,属于氧化还原反 应,A错误;氯碱工业是由 NaCl 的水溶液在通电时反应产生 NaOH、Cl2、H2,有 21 / 30 元素化合价的变化,属于氧化还原反应,B错误;氨碱法制取碱的过程中没有元 素化合价的变化,是非氧化还原反应,C 正确;海水提溴是由溴元素的化合物变 为溴元素的单质,有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,D错误。 2.【2016 年高考上海卷】一定条件下,某容器中各微粒在反应前后变化的示 意图如下,其中和代表不同元素的原子。  关于此反应说法错误的是( ) A.一定属于吸热反应 B.一定属于可逆反应 C.一定属于氧化还原反应 D.一定属于分解反应 【答案】A 【解析】根据图示可知该反应反应物是一种,生成物是两种且其中一种是单 质。该物质属于分解反应, 一般的分解反应是吸热反应,但也有的分解反应如 2H2O2=2H2O+O2↑的反应是放 热反应,A 错误;根据图示 可知有一部分反应物未参加反应,属于该反应是可逆反应,B 正确;该反应中化 合物发生分解反应有单质生 成,所以有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,C 正确;反应物是一种,生 成物是两种,因此属于分解 反应,D正确。 3.【2016 年高考上海卷】O2F2 可以发生反应:H2S+4O2F2→SF6+2HF+4O2, 下列说法正确的是( ) A.氧气是氧化产物 B.O2F2 既是氧化剂又是还原剂 22 / 30 C.若生成 4.48 L HF,则转移 0.8 mol 电子 D.还原剂与氧化剂的物质的量之比为 1:4 【答案】D 4.【2016 年高考上海卷】某铁的氧化物(FexO)1.52g 溶于足量盐酸中, 向所得溶液中通入标准状况下 112mlCl2,恰好将 Fe2+完全氧化。x 值为 A.0.80 B.0.85 C.0.90 D.0.93 【答案】A 【解析】根据电子守恒可知,FexO 被氧化为 Fe3+转移的电子数和 Cl2 转移 的电子数相等。标准状况下 112mL Cl2 转移电子数为 0.01mol。则有:,解得 x=0.8。故选项 A 正确。 5.【2016 年高考上海卷】(本题共 12分) NaCN 超标的电镀废水可用两段氧化法处理: (1)NaCN 与 NaClO 反应,生成 NaOCN 和 NaCl (2)NaOCN 与 NaClO 反应,生成 Na2CO3、CO2、NaCl 和 N2 已知 HCN(Ki=6.3×10-10)有剧毒;HCN、HOCN 中 N 元素的化合价相同。 完成下列填空: (1)第一次氧化时,溶液的 pH应调节为____________(选填“酸性”、 “碱性”或“中性”);原因是______________________。 (2)写出第二次氧化时发生反应的离子方程式。 _______________________________________ (3)处理 100 m3 含 NaCN 10.3 mg/L 的废水,实际至少需 NaClO___g(实 际用量应为理论值的 4 倍),才能使 NaCN 含量低于 0.5 mg/L,达到排放标准。 23 / 30 (4)(CN)2 与 Cl2 的化学性质相似。(CN)2与 NaOH 溶液反应生成 _________、__________和 H2O。 【答案】(1)碱性;防止生成 HCN,造成人员中毒或污染空气。 (2)2OCN-+3ClO-=CO32-+CO2↑+3Cl-+N2↑ (3)14 900 (4)NaOCN、NaCN (3)参加反应的 NaCN 是,反应中 C 由+2 价升高到+4 价,N元素化合价 从-3 价升高到 0价,即 1molNaCN 失去 5mol 电子,1mol 次氯酸钠得到 2mol 电 子,所以处理 100 m3 含 NaCN 10.3 mg/L 的废水,实际至少需 NaClO 的质量为 g。 100 (10.3 0.5)g 20mol 49g/mol    20mol 5 74.5g/mol 4 14900 2     (4)(CN)2 与 Cl2 的化学性质相似,则根据氯气与氢氧化钠反应的方程式 可知,(CN)2 与 NaOH 溶液反应生成 NaOCN、NaCN 和 H2O。 6.【2016 年高考新课标Ⅰ卷】(14 分)NaClO2 是一种重要的杀菌消毒剂,也 常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下: 回答下列问题: (1)NaClO2 中 Cl 的化合价为_______。 (2)写出“反应”步骤中生成 ClO2 的化学方程式_______。 (3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去 Mg2+和 Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产 物是______。 (4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2。此吸收反应中, 24 / 30 氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是_________。 (5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:每克 含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克 Cl2 的氧化能力。NaClO2 的有效氯含量为 ____。(计算结果保留两位小数) 【答案】(1)+3 价;(2)2NaClO3+SO2+H2SO4=ClO2+2NaHSO4; (3)NaOH 溶液 ;Na2CO3 溶液 ;ClO2-(或 NaClO2); (4)2:1; O2; (5)1.57g。 还原剂的物质的量之比为 2:1,该反应中氧化产物为 O2。(5)每克 NaClO2 的物质的量 n(NaClO2)=1g÷90.5 g/mol= mol,其获得电子的物质的量是 n(e−)= mol×4=4/90.5 mol,1 mol Cl2 获得电子的物质的量是 2 mol,根据电子转移数 目相等,可知其相对于氯气的物质的量为 n=mol×4÷2=mol,则氯气的质量为 mol ×71 g/mol=1.57 g。 1 90.5 1 90.5 1 90.5 2 90.5 2 90.5 1.(2015·海南,1)化学与生活密切相关。下列应用中利用了物质氧化性的 是( ) A.明矾净化水 B.纯碱去油污 C.食醋除水垢 D.漂白粉漂白织物 答案 D 解析 A 项,明矾净水是利用 Al3+水解生成的氢氧化铝胶体具有吸附能力, 错误;B 项,纯碱去油污是利用碳酸钠水解,溶液呈碱性,错误;C 项,食醋除 水垢是利用醋酸的酸性,能与碳酸钙反应而除去,错误;D 项,因漂白粉具有强 氧化性而用于漂白织物,正确。 2.(2015·四川理综,1)下列物质在生活中应用时,起还原作用的是( ) 25 / 30 A.明矾作净水剂 B.甘油作护肤保湿剂 C.漂粉精作消毒剂 D.铁粉作食品袋内的脱氧剂 答案 D 3.(2015·上海,21 改编)工业上将 Na2CO3 和 Na2S 以 1∶2 的物质的量之比 配成溶液,再通入 SO2,可制取 Na2S2O3,同时放出 CO2。在该反应中( ) A.硫元素只被氧化 B.氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶2 C.每生成 1 mol Na2S2O3,转移 4 mol 电子 D.相同条件下,每吸收 10 m3 SO2 就会放出 2.5 m3 CO2 答案 D 解析 A 项,在反应物 Na2S 中 S 元素的化合价为-2价,在 SO2 中 S元素的 化合价为+4 价,反应后产生的物质 Na2S2O3 中,S元素的化合价为+2价,介于 -2 价与+4价之间,因此硫元素既被氧化又被还原,错误;B 项,根据题意可得, 在溶液中发生反应的方程式是 Na2CO3+2Na2S+4SO2===3Na2S2O3+CO2,在反应 中氧化剂 SO2 与还原剂 Na2S 的物质的量之比为 4∶2=2∶1,错误;C 项,根据 反应的化学方程式可知,每生成 3 mol Na2S2O3,转移 8 mol 电子,则产生 1 mol Na2S2O3,转移 8/3 mol 电子,错误;D 项,根据反应方程式可知,消耗的 SO2 与产生的 CO2 的物质的量的比是 4∶1,由于在相同条件下,气体的物质的量的比 等于气体的体积比,所以在相同条件下,每吸收 10 m3 SO2 放出 CO2 的体积为 2.5 m3,正确。 4.[2015·山东理综,29(2)]利用钴渣[含 Co(OH)3、Fe(OH)3 等]制备钴氧化 物的工艺流程如下: Co(OH)3 溶解还原反应的离子方程式为 ____________________________________。铁渣中铁元素的化合价为________。 在空气中煅烧 CoC2O4 生成钴氧化物和 CO2,测得充分煅烧后固体质量为 2.41 g, 26 / 30 CO2 的体积为 1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为________。 答案 2Co(OH)3+SO+4H+===2Co2++SO+5H2O[或 Co(OH)3 +3H+ ===Co3+ +3H2O,2Co3+ +SO+H2O===2Co2++SO+2H+] +3 Co3O4 解析 Co(OH)3 首先被 H2SO4 溶解生成 Co3+,Co3+具有氧化性,可将 SO 氧化为 SO,同时自身被还原为 Co2+,写出离子方程式并配平即可。铁渣中 Fe 元 素的化合价为+3 价。CO2 的物质的量为 n(CO2)==0.06 mol,根据 CoC2O4 的组 成可知 Co物质的量为 0.03 mol,其质量为 m(Co)=0.03 mol×59 g·mol-1= 1.77 g,设钴氧化物的化学式为 CoxOy,根据元素的质量比可得 59x∶16y=1.77 g∶(2.41 g-1.77 g),解得 x∶y=3∶4,所以钴氧化物的化学式为 Co3O4。 5.(2015·海南,6)已知在碱性溶液中可发生如下反应: 2R(OH)3+3ClO-+4OH-===2RO+3Cl-+5H2O,则 RO 中 R的化合价是 ( ) A.+3 B.+4 C.+5 D.+6 答案 D 解析 根据反应前后电荷守恒,可得:3+4=2n+3,解得 n=2,则 RO 中 R 的化合价为+6价,即选 D。 1.【2014 年高考上海卷第 2 题】下列试剂不会因为空气中的氧气而变质的是 A.过氧化钠 B.氢硫酸 C.硫酸亚铁 D.苯酚 【答案】A 2.【2014 年高考山东卷第 9 题】等质量的下列物质与足量稀硝酸反应,放出 NO物质的量最多的是 A.FeO B. Fe2O3 C. FeSO4 D、Fe3O4 【答案】A 【解析】根据化学式可算出四种物质中+2价 Fe 含量最大的是 FeO,所以等 27 / 30 质量的四种物质与足量稀硝酸反应,放出 NO物质的量最多的是 FeO,故 A 项正确。 3.【2014 年高考上海卷第 17题】用 FeCl3 溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所 得的溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是 A.若无固体剩余,则溶液中一定有 Fe3+ B.若有固体存在,则 溶液中一定有 Fe2+ C.若溶液中有 Cu2+,则一定没有固体析出 D.若溶液中有 Fe2+,则 一定有 Cu析出 【答案】B 4.【2014 年高考上海卷第 19题】下列反应与 Na2O2+SO2→Na2SO4 相比较, Na2O2 的作用相同的是 A.2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O2 B.2Na2O2+2SO3→2Na2SO4+ O2 C.2Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O2 D.3Na2O2+Cr2O3→2Na2CrO4+ Na2O 【答案】D 【解析】反应 Na2O2+SO2→Na2SO4 中 SO2 是还原剂,过氧化钠是氧化剂, 则 A、反应 2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O2 中过氧化钠既是氧化剂,也还原剂,A 不正确;B、反应 2Na2O2+2SO3→2Na2SO4+O2 中过氧化钠既是氧化剂,也还原 剂,B 不正确;C、反应 2Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O2 中元素的化合价均没有发 生变化,不是氧化还原反应,C 不正确;D、反应 3Na2O2+Cr2O3→2Na2CrO4+Na2O 中,过氧化钠是氧化剂,D 正确,答案选 D。 5.【2014·江苏化学,20(2)】将 H2S 和空气的混合气体通入 FeCl3 、FeCl2 、 28 / 30 CuCl2 的混合溶液中反应回收 S,其物质转化如图所示。 (1)在图示的转化中,化合价不变的元素是________。 (2)反应中当有 1 mol H2S 转化为硫单质时,保持溶液中 Fe3+的物质的量不 变,需消耗 O2的物质的量为________。 【答案】(1)Cu、H、Cl(或铜、氢、氯) (2)0.5 mol 6.【2014 年高考福建卷第 23题】(15 分)元素周期表中第 VIIA 族元素的单 质及其化合物的用途广泛。 (1)与氯元素同族的短周期元素的原子结构示意图 为 。 (2)能作为氯、溴、碘元素非金属性(原子得电子能力)递变规律的判断依 据是 (填序号)。 a.Cl2、Br2、I2 的熔点 b. Cl2、Br2、I2 的氧化性 c.HCl、HBr、HI 的热稳定性 d. HCl、HBr、HI 的酸性 (3)工业上,通过如下转化可制得 KClO3 晶体: NaCl 溶液 NaClO3 溶液 KClO3 晶体 ①完成 I 中反应的总化学方程式:□NaCl+□H2O=□NaClO3+□ 。 ②II 中转化的基本反应类型是 ,该反应过程能析出 KClO3 晶体而无其它晶体析出的原因是 。 (4)一定条件,在水溶液中 1 mol Cl-、ClO-(x=1,2,3,4)的能量(KJ) 相对大小如右图所示。 ①D是 (填离子符号)。 ②B→A+C反应的热化学方程式为 (用离子符号表 29 / 30 示)。 【答案】 ⑴ ⑵b、c ⑶①1NaCl+3H2O=1NaClO3+3H2↑ ②复分解反应 室温下,氯酸钾在水中的溶解度明显小于其它晶体 ⑷①ClO4- ②3ClO-(aq)=ClO3- (aq)+2Cl-(aq),ΔH=-117KJ·mol-1 7. (2014·上海,16)含有砒霜(As2O3)的试样和锌、盐酸混合反应,生成的 砷化氢(AsH3)在热玻璃管中完全分解成单质砷和氢气。若砷的质量为 1.50 mg, 则( )。 A.被氧化的砒霜为 1.98 mg B.分解产生的氢气为 0.672 mL C.和砒霜反应的锌为 3.90 mg D.转移的电子总数为 6×10-5NA 【解析】本题考查氧化还原反应。砒霜(As2O3)的试样和锌、盐酸混合反应 的方程式为 As2O3+6Zn+12HCl―→2AsH3+6ZnCl2+3H2O。根据砷的相对原子质 量为 75,若砷的质量为 1.50 mg,物质的量为 0.02 mmol,被还原的砒霜为 0.02 mmol÷2×198 g·mol-1=1.98 mg,和砒霜反应的锌为 3.90 mg。2AsH32As+3H2 分解产生的氢气标准状态下为 0.03 mmol×22.4 L·mol-1=0.672 mL;转移的 电子总数为 0.18×10-3NA。 【答案】C 30 / 30 8.磷酸铁(FePO4·2H2O,难溶于水的米白色固体)可用于生产药物、食品添 加剂和锂离子电池的正极材料,实验室可通过下列实验制备磷酸铁。 (1)称取一定量已除去油污的废铁屑,加入稍过量的稀硫酸,加热、搅拌, 反应一段时间后过滤。反应加热的目的是_______________________。 (2)向滤液中加入一定量 H2O2 氧化 Fe2+ 。为确定加入 H2O2 的量,需先用 K2Cr2O7 标准溶液滴定滤液中 的 Fe2+,离子方程式如下: Cr2O+6Fe2++14H +===2Cr3++6Fe3++7H2O ① 在向滴定管注入 K2Cr2O7 标准溶液前,滴定管需要检漏、________和 ________。 ② 若滴定 x mL 滤液中的 Fe2+,消耗 a mol·L-1 K2Cr2O7 标准溶液 b mL, 则滤液中 c(Fe2+)=________mol·L-1。 ③ 为使滤液中的 Fe2+完全被 H2O2 氧化,下列实验条件控制正确的是 ________(填序号)。 A.加入适当过量的 H2O2 溶液 B.缓慢滴加 H2O2 溶液并搅拌 C.加热,使反应在较高温度下进行 D.用氨水调节溶液 pH=7 【答案】(1)加快铁与稀硫酸反应速率 (2)①用蒸馏水洗净 用 K2Cr2O7 标准溶液润洗 2~3次 ② ③AB
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