第2章 第5讲 氧化还原反应的规律和应用

第5讲氧化还原反应的规律和应用基础盘点一、氧化还原反应的规律1．在氧化还原反应中，元素的化合价有升必有，电子有得必有，有氧化必有，它们在氧化还原反应中是对立统一的关系。2．在氧化还原反应中，氧化剂化合价降低总数与还原剂化合价升高总数，氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数，即守恒；在有离子参加的氧化还原反应中，反应前、后离子的净剩电荷数，即_____守恒。降失还原相等相等电子相等电荷3．一个实际发生的氧化还原反应，总是较强的氧化剂与较强的还原剂反应。生成还原性相对较弱的还原产物和氧化性相对较弱的氧化产物，即氧化剂的氧化性氧化产物的氧化性，还原剂的还原性还原产物的还原性。4．若存在多种氧化剂与一种还原剂反应时，氧化性__的先被还原；若存在多种还原剂与一种氧化剂反应时，还原性的先被氧化。大于大于强强5．当元素化合价处于最高价态时，化合价只能，元素只有性；当元素的化合价处于最低价态时，化合价只能，元素只有性；当元素的化合价处于中间价态时，化合价既能又能，元素既有性又有性。6．同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时，只靠近不，相邻价态(或无中间价态)时反应。降低氧化升高还原升高降低氧化还原交叉不二、氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应的实质是反应过程中发生了电子转移，而氧化剂得电子的总数(或元素化合价降低总数)必然等于还原剂失电子总数(或元素化合价升高总数)，根据这一原则可以对氧化还原反应的化学方程式配平。配平的步骤：(1)标好价：依据化学式中元素化合价的，正确标出反应前后化合价有变化的元素的化合价。(2)列变化：列出元素化合价和的数值。代数和为零升高降低(3)求总数：求元素化合价升高数和降低数的，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的。(4)配系数：用观察法配平其它各物质的化学计量数。(5)细检查：利用“守恒”三原则(即守恒、守恒、_____守恒)，逐项检查配平的方程式是否正确。最小公倍数化学计量数原子电子电荷考点精讲考点一氧化还原反应的规律1．氧化还原反应的类型(1)还原剂＋氧化剂氧化产物＋还原产物此类反应的特点是还原剂和氧化剂分别为不同的物质，参加反应的氧化剂(或还原剂)全部被还原(或被氧化)，有关元素的化合价全部发生变化。例如：4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O。(2)部分氧化还原反应此类反应的特点是还原剂(或氧化剂)只有部分被氧化(或还原)，有关元素的化合价只有部分发生变化，除氧化还原反应外，还伴随有非氧化还原反应。例如：MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(3)自身氧化还原反应自身氧化还原反应可以发生在同一物质的不同元素之间，即同一种物质中的一种元素被氧化，另一种元素被还原，该物质既是氧化剂，又是还原剂；也可以发生在同一物质的同种元素之间，既同一种物质中的同一种元素既被氧化又被还原(亦即通常所说的歧化反应)。例如：2KMnO4=====△K2MnO4＋MnO2＋O2↑3S＋6KOH=====△2K2S＋K2SO3＋3H2O(4)归中反应此类反应的特点是同一种元素在不同的反应物中有两种不同的价态(高价、低价)，反应后转化成中间价态。但应注意的是同一种元素反应时，其化合价只靠拢，不交叉。例如：KClO3＋6HCl(浓)=====△KCl(浓)＋3Cl2↑＋3H2OH2S＋H2SO4(浓)===S↓＋SO2↑＋2H2O得到5e－失去5e－失去2e－得到2e－2．氧化还原反应的基本规律及应用(1)守恒规律氧化剂获得电子总数必等于还原剂失去电子总数，即电子守恒。化合价升降总数也等于电子转移总数，故化合价升高总值也等于化合价降低总值。应用：可进行氧化还原反应方程式的配平和有关计算。(2)强弱规律强氧化剂＋强还原剂===还原产物(弱还原性)＋氧化产物(弱氧化性)得到ne－失去ne－氧化性：氧化剂氧化产物，还原性：还原剂还原产物。上述规律可总结为：比什么性，找什么剂，产物之性小于剂。应用：在适宜条件下，用氧化性强的物质制备氧化性弱的物质；用还原性强的物质制备还原性弱的物质；用于比较物质间氧化性或还原性的强弱。(3)价态规律元素处于最高价，只有氧化性；元素处于最低价，只有还原性；元素处于中间价态，既有氧化性又有还原性，但主要呈现一种性质。物质若含有多种元素，其性质是这些元素性质的综合体现。应用：判断元素或物质氧化性或还原性的有无。(4)转化规律氧化还原反应中，以元素相邻价态之间的转化最容易；同种元素不同价态之间发生反应，元素的化合价只靠近而不交叉；同种元素相邻价态之间不发生氧化还原反应。应用：判断氧化还原反应能否发生及表明电子转移情况。(5)难易规律越易失电子的物质，失后就越难得电子；越易得电子的物质，得后就越难失去电子。一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时，还原性最强的优先发生反应；同理，一种还原剂同时与多种氧化剂相遇时，氧化性最强的优先发生反应。例如，FeBr2溶液中通入Cl2时，发生离子反应的先后顺序为：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－应用：判断物质的稳定性及反应顺序。例1在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的溶液中加入适量锌粉，首先置换出的是()A．MgB．CuC．AgD．H2解析各离子氧化性由强到弱的顺序为Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞Mg2＋，加入同种还原剂Zn时，先与氧化性强的物质发生反应，因而先置换出Ag。C例2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)：①GQ＋NaCl②Q＋H2O——→通电X＋H2③Y＋NaOHG＋Q＋H2O④Z＋NaOHQ＋X＋H2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、XB．X、Z、Q、G、YC．X、Z、Q、Y、GD．G、Q、Y、Z、X解析由①可知，因生成NaCl中Cl元素的化合价为－1价(最低价)，低于G中Cl元素的化合价，所以Q中Cl的化合价必高于G中Cl的化合价；同理，由②可知，X中Cl元素化合价高于Q；由③可知，Y中Cl元素化合价介于G和Q之间；由④可知，Z中Cl元素化合价介于Q与X之间，且比Q中Cl元素化合价高，比X中Cl元素化合价低。答案A即时巩固1L、M、R、P、Q分别代表五种含不同化合价的氮元素的物质。A、B分别代表两种含不同化合价的氯元素的物质(每种物质中氮或氯元素的化合价只有一种)。又知物质M中的氮元素的化合价要比物质Q中氮元素的化合价低。在一定条件下，它们会发生如下的转化(关系式未配平)：①P＋AQ＋B②L＋O2M＋H2O③L＋MR＋H2O④B＋H2OA＋O2(1)若五种含氮元素的物质中，有一种是硝酸，则硝酸是_________，理由是_______________________________。(2)反应②必须在催化剂(铂、氧化铁等)作用下，加热到一定温度时方能发生，此反应在化工生产上有重要用途，据此推断在同温同压下，若物质R的密度比二氧化碳的密度小，则R的化学式为_________________________________________________________________________。(3)某学生写出下面三个含氮的物质相互转化的关系式：Ⅰ.M＋PN2O3＋H2OⅡ.N2O4＋H2OP＋QⅢ.M＋LQ＋H2O其中一定不可能实现的是_________，理由_________________________________________________________。解析解答本题首先要认真分析各反应中元素的价态变化情况。突破口是先确定A、B物质中氯元素的化合价谁高。由反应④B＋H2OA＋O2可知，反应后氧元素化合价升高，则反应后氯元素化合价必定降低，故化合价B＞A。再由①可知，反应后氯元素化合价升高，则氮元素化合价反应后必降低，故氮元素化合价P＞Q。由反应②可知，反应后氧元素化合价降低，则氮元素化合价反应后必升高，故氮元素化合价M＞L。由反应③可知，该反应为氮元素化合价的“归中”反应，由于化合价M＞L，R处于M、L之间，则M＞R＞L。又因为已知氮的化合价M＜Q，所以，L、M、R、P、Q五种含氮物质的化合价为P＞Q＞M＞R＞L。由于其中一种物质是硝酸，硝酸中氮的化合价是最高价态，则在上述物质中P是硝酸。根据题给的信息及有关元素化合物知识，且L中氮元素是其中氮元素最低价态，由反应②可知，L分子中含有氢元素，因此②反应是氨气的催化氧化反应。L是NH3，M是NO。又因为R的氮元素价态在L、M之间，R的密度又比CO2小，故R为N2。对于题(3)判断三个反应是否能够进行的问题，也得从氮元素化合价相对高低去分析。由于氮元素的化合价P＞Q＞M＞R＞L，反应Ⅱ是歧化反应，一种反应产物中氮的化合价大于＋4，另一种反应物中氮的化合价小于＋4，故Q中氮的化合价小于＋4，但应比M的化合价高。由于氮化合价Q＞M＞L，因此反应Ⅲ不可能实现。答案(1)P其中P中氮元素的化合价最高(2)N2(3)Ⅲ根据氧化还原反应规律，M、L这两种物质反应，不可能生成氮元素价态比M、L都高的物质考点二守恒思想——氧化还原反应计算题中重要的解题思想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，特别是一些无法书写化学方程式的计算，能更快、更便捷的解决有关问题。比较常见的题型有：计算氧化剂与还原剂的物质的量之比或质量之比；计算参加反应的氧化剂或还原剂的量；确定反应前后某一元素的价态变化等。其步骤为：(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1个原子或离子得失电子数(注意：化学式中粒子的个数)。(3)由题中物质的物质的量，根据电子守恒列等式：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)例314g铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12L(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．9.6gB．6.4gC．3.2gD．1.6g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N＋5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mCu64g/mol×2＋14g－mCu108g/mol＝1.12L22.4L/mol×4，解得：m(Cu)＝3.2g。C即时巩固2Na2Sx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．2B．3C．4D．5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。Na2S－2/xxxNa2S＋6O4NaClONaC－1l得关系式1×6－－2x·xe－＝16×2e－，x＝5。D+1即时巩固324mL浓度为0.05mol/L的Na2SO3溶液恰好与20mL浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应。已知Na2SO3被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则元素Cr在还原产物中的化合价为()A．＋2B．＋3C．＋4D．＋5解析氧化剂与还原剂恰好反应完全，其得失电子数相等，若还原产物中Cr的化合价为x，则Na2SO3——→－2e－Na2SO4，失电子的物质的量为：0．024L×0.05mol/L×2＝0.0024mol；K2Cr2O7——-——--—→＋[6－x×2e－]2Cxr，得电子的物质的量为：0．02L×0.02mol/L×(6－x)×2，所以有0．02L×0.02mol/L×(6－x)×2＝0.024L×0.05mol/L×2，解得x＝3。B考点三氧化还原反应规律的综合应用例4氧化还原反应中实际上包含氧化和还原两个过程。下面是一个还原过程的反应式：N