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1、第一单元氧化还原反应考点一氧化还原反应的基本概念及配平(考试要求:b、c;考查频率:6年10卷8考)【梳理自查】1.氧化还原反应的本质和特征:2.氧化还原反应关系图:例如,反应MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O中,氧化剂是MnO2,还原剂是HCl,氧化产物是Cl2。3.氧化还原反应中电子转移的表示方法:(1)双线桥法。小结:双线桥,“谁”变“谁”(还原剂变成氧化产物,氧化剂变成还原产物)例如,用双线桥表示铜与浓硝酸反应的电子转移情况:(2)单线桥法。小结:单线桥,“谁”给“谁”(还原剂将电子转移给氧化剂)例如,用单线桥表示铜与浓硝酸反应的电子转移情况:4.氧化还原反应与四种基
2、本反应类型间的关系:5.常见的氧化剂与还原剂:(1)常见氧化剂:活泼的非金属单质,如X2(X指卤素单质Cl、Br)、O2、O3等;高价态的离子,如H+、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Ag+等;高价态的物质,如H2SO4(浓)、HClO4、HNO3、PbO2、MnO2、KClO3、KMnO4等;含的物质,如H2O2、Na2O2等。(2)常见还原剂:金属单质,如Na、Mg、Al、Fe、Cu等;非金属单质,如H2、C、S等;低价态离子,如S2-、I-、Fe2+、Br-等;含较低价态元素的物质,如CO、NH3、H2S、HI、SO2、H2SO3、Na2SO3、NO等。(3)化合价与氧化性、还原性的关系:
3、当化合价处于规律:高价氧化,低价还原,中间价态两边转6.氧化还原反应方程式配平的一般步骤:标价态、找变化、求总数、配系数、查守恒。即:(1)标出变价元素化合价的始态和终态;(2)求升高总数与降低总数的最小公倍数;(3)调整化合价变化的原子的化学计量数;(4)用观察法配平其他物质的化学计量数;(5)检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律,离子方程式还要看是否符合电荷守恒。【易错辨析】判断正误(正确的打“”,错误的打“”)(1)有单质参加或有单质生成的化学反应一定是氧化还原反应。 ()提示:。同素异形体之间的转化不是氧化还原反应,如3O22O3。(2)金属阳离子一定只具有氧化性。()提示:。Fe2
4、+既具有氧化性又具有还原性。(3)氧化还原反应中有一种元素被氧化时,一定有另一种元素被还原。()提示:。发生氧化反应和还原反应的可能是同一种元素,如Cl2+H2OHClO+HCl。(4)氧化还原反应中的反应物,不是氧化剂就是还原剂。()提示:。有些反应物既不是氧化剂也不是还原剂,如Cl2+H2OHClO+HCl中的H2O。(5)某元素从游离态变为化合态,该元素可能被氧化也可能被还原。()提示:。元素从游离态变为化合态,化合价可能升高,也可能降低,如Fe+Cu2+Fe2+Cu、Cl2+2Br-2Cl-+Br2。(6)由水参与反应制取1 mol H2,转移电子数必定是2NA。()提示:。如NaH+
5、H2ONaOH+ H2,该反应制取1 mol H2转移1 mol e-。【要点归纳】氧化还原反应配平的特殊技巧(1)从右向左配平法适用范围:此法最适用于某些物质(如硝酸、浓硫酸的反应)部分参加氧化还原反应的类型。例如:Cu+HNO3(浓)Cu(NO3)2+NO2+H2O(2)整体总价法(零价法)适用范围:在氧化还原反应中,一种反应物中有两种或两种以上的元素化合价发生变化,或几种不同物质中的元素化合价经变化后同存在于一种产物中,把该物质当成一个“整体”来考虑,可令该物质中各元素的化合价均为零,然后计算出各元素化合价的升降值,利用化合价升降相等进行配平。例如:FeS2+ O2Fe2O3 + SO2
6、(3)歧化归一法适用范围:同种元素之间的歧化反应或归一反应。第三种价态元素之前的系数等于另两种元素价态的差值与该价态原子数目的比值。例如:Cl2+KOHKCl+KClO3+H2O该反应中,电子转移只发生在氯元素之间,属于歧化反应。Cl的化合价由0变为-1和+5,因此Cl2 的系数为=3,KCl的系数为5,KClO3的系数为1。(4)缺项配平法缺项化学方程式是指某些反应物或生成物的分子式没有写出来,一般为水、酸或碱。方法。先用“化合价升降法”配平含有变价元素的物质的化学计量数,然后由原子守恒确定未知物,再根据原子守恒进行配平。补项原则。条件补 项 原 则酸性条件下缺H(氢)或多O(氧)补H+ ,
7、少O (氧) 补 H2O(水)碱性条件下缺H(氢)或多O(氧)补H2O(水),少O (氧) 补 OH-【典例研析】【典例1】16HCl+2KMnO42MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是()A.25B.11C.52D.41【解析】选C。由反应方程式可知,反应物KMnO4中的Mn元素的化合价为+7价,生成物MnCl2中Mn元素的化合价为+2价,反应物HCl中Cl元素的化合价为-1价,生成物Cl2中Cl元素的化合价为0价,故MnCl2是还原产物,Cl2是氧化产物,由氧化还原反应中得失电子守恒可知,n(Cl2)n(MnCl2)=52,C符合题意。【典例2】(
8、1)请将下列五种物质:KBr、Br2、I2、KI、K2SO4分别填入下列横线上,组成一个未配平的化学方程式:KBrO3+_+H2SO4_+_+_+_+H2O。(2)如果该化学方程式中I2和KBr的化学计量数分别是8和1,则:Br2的化学计量数是_;请将反应物的化学式及配平后的化学计量数填入下列相应的位置中:KBrO3+_+H2SO4;若转移10 mol电子,则反应后生成I2的物质的量为_。【解题思路】本题的解题关键:熟练掌握氧化还原反应的化合价升降守恒规律。首先,氧化还原反应里存在着电子的转移,因此元素的化合价必然有升有降,我们将发生化合价变化的元素,标出其准确化合价;其次,依据还原剂失电子总
9、数=氧化剂得电子总数,即还原剂(元素)化合价升高的总价数=氧化剂(元素)化合价降低的总价数。化合价变化的元素先配平;再次,观察反应过程中化合价未变化的部分,配上系数。【解析】(1)根据溴元素反应后化合价降低可知,还需填入还原剂KI作反应物,其他物质I2、Br2、K2SO4、KBr为生成物,该反应为KBrO3+KI+H2SO4I2+Br2+K2SO4+KBr+H2O。(2)如果I2的化学计量数是8,KBr的化学计量数是1,则根据碘元素化合价变化知共失电子16 mol,KBr的化学计量数是1,得电子为6 mol,则KBrO3Br2共得电子10 mol,即Br2的化学计量数为1;碘元素的化合价由-1
10、价升高为0,溴元素的化合价由+5价降低为0、-1价,由电子及原子守恒可知反应为3KBrO3+16KI+9H2SO48I2+Br2+9K2SO4+KBr+9H2O;反应中KII2,碘元素化合价由-1价升高为0价,氧化产物只有I2,故转移10 mol电子生成I2的物质的量为 mol=5 mol。答案:(1)KII2Br2K2SO4KBr(后四种产物顺序可变)(2)1316KI95 mol【新题快递】命题角度1.氧化还原反应的概念辨析1.反应MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O中,氧化产物是()A.MnO2B.HClC.MnCl2D.Cl2【解析】选D。MnO2+4HCl(浓)MnC
11、l2+Cl2+2H2O该反应中Cl元素化合价由-1价变为0价,则还原剂是 HCl(浓),氧化产物是Cl2。2.反应8NH3+3Cl2N2+6NH4Cl,被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为()A.23B.83C.63 D.32【解题思路】本题的解题关键有:(1)会根据定义判断氧化还原反应中的相关物质及其变化。(2)能用双线桥表示出氧化还原反应中电子的得失。【解析】选A。该氧化还原反应用双线桥表示为,可知实际升价的氮原子为2 mol,所以2 mol NH3被氧化,同时Cl2全部被还原,观察化学计量数,Cl2为3 mol,因而被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为23。3.(1)
12、用浓盐酸来制取氯气的化学方程式如下:2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O,其中被还原的元素是_,被氧化的元素是_,氧化剂是_,还原剂是_,氧化产物是_,还原产物是_,氧化剂与还原剂的物质的量之比为_,假如有2.5 mol Cl2生成,则该反应中电子转移的物质的量为_。(2)在反应3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO+4H2O中,氧化剂是_,氧化产物是_,氧化剂和还原剂的物质的量之比是_,每生成2 mol NO转移的电子数为_。【解析】(1)反应中锰元素化合价降低,KMnO4是氧化剂,锰元素被还原,MnCl2是还原产物;氯元素化合价升高,HCl是还原剂,Cl
13、2是氧化产物,HCl作还原剂和酸性作用,氧化剂与还原剂的物质的量之比为15。每生成1 mol氯气转移电子为2 mol,所以有2.5 mol Cl2生成,则该反应中电子转移的物质的量为5 mol。(2)反应中,铜元素的化合价升高作还原剂,Cu(NO3)2是氧化产物,氮元素的化合价降低,HNO3一部分作氧化剂,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为23,反应中每生成2 mol NO转移6 mol电子,即转移的电子数为6NA。答案:(1)MnClKMnO4HClCl2MnCl2155 mol(2)HNO3Cu(NO3)2236NA命题角度2.氧化还原反应的配平4.配平:_KMnO4+5K2S+_KOH_K
14、2MnO4+3K2SO4+_S+_答案:282428212H2O5.某反应中反应物与生成物有AsH3、H2SO4、KBrO3、K2SO4、H3AsO4和一种未知物X。已知0.2 mol KBrO3在反应中得到1 mol e-生成X,则X的化学式为_,试写出该反应的化学方程式_。【解析】根据电子守恒得0.2(5-x)=1,x=0,所以KBrO3被还原成Br2。在该氧化还原反应中,KBrO3是氧化剂,其还原产物为Br2,AsH3为还原剂,其氧化产物为H3AsO4,H2SO4作为反应物提供酸性环境,根据化合价升降相等即可配平。答案:Br24H2SO4+5AsH3+8KBrO35H3AsO4+4Br2
15、+4K2SO4+4H2O【加固训练】1.氯酸是一种强酸,浓度超过40%时会发生分解,反应可表示为aHClO3bO2+cCl2+dHClO4+eH2O,下列有关说法错误的是()A.由反应可确定:氧化性HClO3O2B.由非金属性ClS,可推知酸性HClO3H2SO4C.若1 mol氯酸分解所得混合气体的质量为45 g,则反应方程式可表示为3HClO32O2+Cl2+HClO4+H2OD.若化学计量数a=8,b=3,则该反应转移电子数为20e-【解析】选B。HClO3能将-2价的O氧化成O2,说明HClO3的氧化性大于O2,A项正确; HClO3不是最高价含氧酸,不能与硫酸比较酸性的强弱,B项错误
16、;混合气体的平均相对分子质量为45,据十字交叉法可计算n(O2)n(Cl2)=21,C项正确;由已知计量数可知,d+2e=8,4d+e=24-6=18,2c+d=8,解得d=4,e=2,c=2,由此得出反应的方程式为8HClO33O2+2Cl2+4HClO4+2H2O,只有生成Cl2得电子,故转移电子数为225e-=20e-,D项正确。2.铬及其化合物常被应用于冶金、化工、电镀、制药等行业,但使用后的废水因其中含高价铬的化合物而毒性很强,必须进行处理。工业上往往采取下列循环工艺防止铬的污染:(1)上述各步反应中属于氧化还原反应的是_(填序号)。(2)第步,含Cr2的废水在酸性条件下用绿矾(Fe
17、SO47H2O)处理,写出并配平反应的离子方程式:_。【解析】(1)中铬元素由+6价降至+3价,中铬元素由+3价升至+6价。(2)亚铁离子具有还原性,与重铬酸根离子反应生成铬离子和铁离子。答案:(1)(2)Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O考点二 氧化还原反应的基本规律和应用(考试要求:c;考查频率:6年10卷5考)【梳理自查】1.电子守恒规律:氧化剂得电子总数=还原剂失电子总数电子守恒规律常用于氧化还原反应方程式的配平及计算。如湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的反应体系中有六种微粒:Fe(OH)3、ClO-、OH-、Fe、Cl-、H2O,根据元素的化合价变化可知,铁元素的
18、化合价升高,失去3个电子,而氯元素的化合价降低,得到2个电子,所以根据电子的得失守恒,并结合电荷守恒和质量守恒,反应的方程式是2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2Fe+3Cl-+5H2O。2.价态规律:元素处于最高价,只有氧化性,如Fe3+、Ag+等;元素处于最低价,只有还原性,如S2-、I-等;元素处于中间价态,既有氧化性又有还原性,如Fe2+、Cl2等。物质含有多种元素时,性质是这些元素性质的综合体现,如HCl,H+可体现氧化性,Cl-可体现还原性。(1)归中规律:同种元素的高价态和低价态向中间价态靠拢,只靠近不交叉。如反应H2S+H2SO4(浓)S+SO2+2H2O,1 mol H2
19、S反应时转移电子数为2NA。(2)歧化规律:某些元素中间价态在适宜条件下,可同时生成较高价态和较低价态。如Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,1 mol Cl2反应时转移电子数为NA。(3)同种元素相邻价态不反应,如SO2和浓硫酸不反应,可用浓硫酸干燥SO2气体。3.强弱规律:(1)同一氧化还原反应中,氧化性:氧化剂氧化产物,还原性:还原剂还原产物。如Cl2+S2-S+2Cl-,氧化性Cl2S,还原性S2-Cl-。(2)金属还原性越强,相应离子氧化能力越弱:非金属氧化性越强,相应离子还原性越弱:氧化性Cl2Br2I2,离子还原性Cl-Br-MgAl;非金属单质F2、Cl2、Br2、
20、I2与H2反应,F2与H2暗处剧烈反应并爆炸,Cl2与H2光照剧烈反应并爆炸,Br2与H2加热到500 才能发生反应,I2与H2在不断加热的条件下才缓慢发生反应,且为可逆反应,故氧化性:F2Cl2Br2I2。当不同的氧化剂作用于同一还原剂时,如果氧化产物价态相同,可根据反应条件的高低进行判断:一般条件越低,氧化剂的氧化性越强,如MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O,2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O,由上述反应条件的不同,可判断氧化性:KMnO4MnO2。当不同氧化剂作用于同一还原剂时,如果氧化产物价态不相同,可根据氧化产物的价态高低进行判
21、断:氧化产物的价态越高,则氧化剂的氧化性越强,如2Fe+3Cl22FeCl3,Fe+SFeS,则氧化性:Cl2S。4.先后规律:一种氧化剂总是优先氧化还原性更强的粒子,一种还原剂总是优先还原氧化性更强的粒子。如还原性:Cl-Br-Fe2+Fe。()提示:。氧化还原反应中,还原性:还原剂还原产物,即还原性:CuFe2+。(2)反应6HCl+KClO3KCl+3Cl2+3H2O中,每生成3 mol Cl2,转移电子数为6NA。()提示:。反应中化合价只靠近不交叉,生成3 mol Cl2时,转移电子数为5NA。(3)向FeBr2溶液中通入Cl2,先氧化Br-。()提示:。还原性Fe2+Br-,Cl2
22、先氧化Fe2+。(4)重铬酸铵(NH4)2Cr2O7受热发生氧化还原反应,则分解产物可能是CrO3、N2和H2O。()提示:。重铬酸铵中铬元素化合价为+6价,只能降低,氮元素化合价为-3价,只能升高,因此分解产物不可能是CrO3。(5)向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液,再滴加H2O2溶液,加入H2O2后溶液变成红色,则Fe2+既有氧化性又有还原性。()提示:。向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液,再滴加H2O2溶液,溶液变成红色,只能证明Fe2+有还原性,可被H2O2氧化,无法证明其有氧化性。【要点归纳】1.氧化性、还原性强弱的比较方法:(1)根据化学方程式判断:同一氧化还原反应中,氧化性
23、:氧化剂氧化产物,还原性:还原剂还原产物。(2)根据金属、非金属活动性顺序判断:金属还原性越强,相应离子氧化性越弱;非金属氧化性越强,相应离子还原性越弱。(3)根据元素周期表中相对位置判断:同周期左、同主族下的元素金属性强,相应单质还原性强,离子氧化性越弱;同周期右、同主族上的元素非金属性强,相应单质氧化性强,离子还原性越弱。(4)根据反应条件及反应剧烈程度判断:氧化或还原同一物质时,一般反应条件要求越低,反应越剧烈,对应物质的氧化性或还原性越强。(5)根据氧化或还原的程度判断:相同条件下,不同氧化剂(还原剂)作用于同一还原剂(氧化剂),被氧化(还原)程度大的,其氧化性(还原性)强。(6)根据
24、电化学信息判断:原电池中,一般还原性负极正极;电解池中,阳极放电顺序(还原性):金属S2-SI-Br-Cl-OH-高价含氧酸根,阴极放电顺序(氧化性):Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+(电镀情况下除外)。(7)根据外界条件判断:温度、浓度(如浓硝酸氧化性强于稀硝酸)、酸碱度(如Mn在酸性环境中氧化能力更强)。(8)根据元素最高价氧化物的水化物的酸碱性判断:非金属元素最高价含氧酸酸性越强,元素非金属性越强,相应单质氧化性越强,离子还原性越弱;金属元素对应碱碱性越强,元素金属性越强,相应单质还原性越强,离子氧化性越弱。2.避开氧化性、还原性比较的三个误区:(1)氧化性(还原性)与
25、得(失)电子数目:氧化性(还原性)与得(失)电子的能力强弱相关。(2)化合价有差异的物质一定会发生氧化还原反应:化学反应必须符合实际。如浓硫酸具有强氧化性,硫酸钠中+6价硫在通常情况下则不具有氧化性。(3)氧化性(还原性)强弱只与物质的化合价高低相关。实际上物质的氧化性(还原性)强弱与物质的浓度、温度、物质的稳定性均有关,如次氯酸(HClO)中氯的价态比高氯酸(HClO4)中氯的价态低,但次氯酸不稳定,氧化性却比高氯酸强。另外最高价态的物质也不一定都表现氧化性,如H3PO4。【典例研析】【典例】已知还原性:SI-。向含a mol KI和a mol K2SO3的混合液中通入b mol Cl2充分
26、反应(不考虑Cl2与I2之间的反应)。下列说法不正确的是()A.当ab时,发生的离子反应为S+Cl2+H2OS+2H+2Cl-B.当5a=4b时,发生的离子反应为4S+2I-+5Cl2+4H2O4S+I2+8H+10Cl-C.当aba时,反应中转移电子的物质的量n(e-)为a moln(e-)3a molD.当abI-,所以向含KI和K2SO3的混合液中通入Cl2时,先发生S+Cl2+H2OS+2H+2Cl-,后发生2I-+Cl2I2+2Cl-,因为n(S)n(I-)=11,所以2+即得KI和K2SO3恰好完全被氯气氧化的总反应方程式:2S+2I-+3Cl2+2H2O2S+I2+4H+6Cl-
27、。当只发生反应时,n(Cl2)n(S)=ba1,即ab,当S恰好完全反应时,转移的电子的物质的量为n(e-)=a(6-4) mol=2a mol,A项正确。当5a=4b时,即b=a,处于aba区间内,根据n(Cl2)n(S)=54,可以先写出如下离子方程式:4S+I-+5Cl2+H2O4S+I2+H+10Cl-,根据氧元素守恒,可以判断H2O的化学计量数为4,根据氢元素守恒,可以判断H+的化学计量数为8,根据电荷守恒,可以判断I-的化学计量数为2,根据碘元素守恒,可以判断I2的化学计量数为1,所以该反应的离子方程式为4S+2I-+5Cl2+4H2O4S+I2+8H+10Cl-,B项正确。当恰好
28、发生反应时,n(Cl2)n(S)=ba=32,即b=a,当S和I-恰好完全反应时,转移的电子的物质的量为n(e-)=a(6-4) mol+a0-(-1) mol=3a mol,所以当aba时,反应中转移电子的物质的量n(e-)为2a moln(e-)3a mol,C项错误;当aba时,S全部被氧化成S,I-部分被氧化,Cl2全部被还原成Cl-,所以n(S)=n(S)=a mol,n(Cl-)=2n(Cl2)=2b mol,根据电子守恒,反应的I-的物质的量为n(I-)反应=2n(Cl2)-2n(S)=2(b-a) mol,剩余的I-的物质的量为n(I-)剩余=a mol-2(b-a) mol=(3a-2b) mol,所以溶液中n(S)n(I-)n(Cl-)=a(3a-2b)2b,D项正确。