人教版高考化学一轮复习第1章物质及其变化第3节第2课时氧化还原反应的计算与方程式的配平学案含答案

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第2课时　氧化还原反应的计算与方程式的配平考点1　电子守恒思想在氧化还原反应计算中的应用 [抓本质·悟考法]某铁的氧化物(FexO)1.52 g溶于足量盐酸中，向所得溶液中通入标准状况下112 mL Cl2，恰好将Fe2＋完全氧化。x值为(　　)A．0.80 B．0.85 C．0.90 D．0.93【解题关键点】　解答氧化还原反应计算题的依据是得失电子守恒，即反应中氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等，列出守恒关系式求解。【易错失分点】　(1)不能利用Fe的平均价态解答题目。(2)列电子守恒关系式时忽略构成物质的原子数目。[自主解答]________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________A　解析：FexO中O元素显－2价，则Fe元素的平均价态为＋eq \f(2,x)，通入Cl2将Fe2＋完全氧化生成Fe3＋，标准状况下112 mL Cl2的物质的量为 0.005 mol。根据氧化还原反应中电子得失守恒规律列式：n(Cl2)×2＝n(FexO)×(3－eq \f(2,x))×x，即 0.005 mol×2＝eq \f(1.52 g,56 g/mol·x＋16 g/mol)×(3－eq \f(2,x))×x，解得x＝0.80。[多角度·突破练]⊳角度1　电子守恒的常规计算1．现有24 mL浓度为0.05 mol/L的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol/L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．＋5B　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×0.024 L×(6－4)＝0.02 mol/L×0.020 L×2×(6－n)，解得n＝3。2．在酸性条件下，可发生如下反应：ClOeq \o\al(－,3)＋2M3＋＋4H2O===M2Oeq \o\al(n－,7)＋Cl－＋8H＋，M2Oeq \o\al(n－,7)中M的化合价是(　　)A．＋4 B．＋5 C．＋6 D．＋7C　解析：设M2Oeq \o\al(n－,7)中M的化合价为＋x，Cl元素由＋5价降低到－1价，M元素由＋3价升高到＋x，根据得失电子守恒可得：6＝2×(x－3)，解得x＝6，故C项正确。电子守恒思想在氧化还原反应计算中的应用(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⊳角度2　多步反应得失电子守恒问题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．9.44B　解析：反应流程为eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\co1(Mg,Cu))eq \o(――――→,\s\up8(浓硝酸))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(Mg2＋、Cu2＋\o(―――→,\s\up8(NaOH))\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(MgOH2,CuOH2)),NO2、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，等于浓硝酸得电子的物质的量，即：n(OH－)＝eq \f(8.96 L,22.4 L/mol)×1＋eq \f(0.672 L,22.4 L/mol)×2×1＝0.46 mol所以x g＝17.02 g－0.46 mol×17 g/mol＝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 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 mLA　解析：由题意可知，Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等，即n(Cu)＝2n(O2)＝2×eq \f(1.68 L,22.4 L/mol)＝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)＝eq \f(0.3 mol,5 mol/L)＝0.06 L＝60 mL。此类反应过程较多，涉及的氧化还原反应也多，数量关系较为复杂，利用电子守恒解答时要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。考点2　氧化还原反应的配平 [抓本质·悟考法](1)(直接型氧化还原反应方程式的配平)配平化学方程式：MnO(OH)2＋I－＋H＋―→Mn2＋＋I2＋H2O：_______________________________________。(2)(缺项型氧化还原反应方程式的配平)①________ClO－＋________Fe(OH)3＋______===______Cl－＋______FeOeq \o\al(2－,4)＋______H2O。②________MnOeq \o\al(－,4)＋________H2O2＋________===________Mn2＋＋________ O2↑＋______H2O。③________Mn2＋＋________ClOeq \o\al(－,3)＋________H2O===______MnO2↓＋______Cl2＋______。(3)(信息型氧化还原反应方程式的配平)用NaClO－NaOH溶液氧化AgNO3，制得高纯度的纳米级Ag2O2。写出该反应的离子方程式：______________________________________________________________________________________。【解题关键点】　(1)直接型氧化还原反应方程式的配平要根据化合价升降，配平氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。(2)缺项型方程式的配平是指某些反应物或生成物的化学式没有写出来，一般为水、酸(H＋)或碱(OH－)。(3)信息型氧化还原反应方程式是指用文字描述的方式叙述一个化学反应的过程，需要从文字信息中提炼反应物、生成物，进而分析反应中电子得失情况。【易错失分点】　(1)忽视氧化还原反应的配平依据是电子守恒，原子数配平后电子不守恒则未配平。(2)配平时未注意酸碱性环境及电荷守恒。[自主解答]________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________答案：(1)MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O(2)①3　2　4OH－　3　2　5　②2　5　6H＋　2　5　8　③5　2　4　5　1　8H＋(3)2Ag＋＋ClO－＋2OH－===Ag2O2↓＋Cl－＋H2O[多角度·突破练]⊳角度1　基本型氧化还原反应方程式的配平1．请配平下列反应的化学方程式：□NaBO2＋□SiO2＋□Na＋□H2=== □NaBH4＋□Na2SiO3。解析：H元素由0价降低到－1价，Na元素由0价升高到＋1价，根据元素化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒配平：NaBO2＋2SiO2＋4Na＋2H2===NaBH4＋2Na2SiO3。答案：1　2　4　2　1　 22．重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质：eq \x(铬铁矿)eq \o(―――――――――→,\s\up8(①熔融、氧化),\s\do7(Na2CO3、NaNO3))eq \x(熔块)步骤①的主要反应为FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3eq \o(――→,\s\up8(高温))Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2。上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的化学计量数比为________。解析：第一步：标变价eq \o(Fe,\s\up6(＋2))O·eq \o(Cr,\s\up6(＋3))2O3＋Na2CO3＋eq \o(NaNO3,\s\up6(＋5)) eq \o(――→,\s\up8(高温))eq \o(Na2CrO4,\s\up6(＋6))＋eq \o(Fe,\s\up6(＋3))2O3＋CO2＋eq \o(NaNO2,\s\up6(＋3))第二步：列得失第三步：求总数确定氧化剂(或还原产物)和还原剂(或氧化产物)的化学计量数。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。2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO3eq \o(=====,\s\up8(高温))4Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2＋7NaNO2第五步：查守恒检查剩余元素Na、C和O是否守恒。FeO·Cr2O3的化学计量数为2，NaNO3的化学计量数为7，故FeO·Cr2O3与NaNO3的化学计量数之比为 2∶7。答案：2∶7抓住“三守恒”“五步法”配平氧化还原反应方程式⊳角度2　缺项型氧化还原反应方程式的配平3．完成以下氧化还原反应的离子方程式：(　　)MnOeq \o\al(－,4)＋(　　)C2Oeq \o\al(2－,4)＋______===(　　)Mn2＋＋(　　)CO2↑＋______解析：答案：2　5　16H＋　2　10　8H2O4．完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式：eq \x(　)ClOeq \o\al(－,3)＋eq \x(　)Fe2＋＋eq \x(　)________===eq \x(　)Cl－＋eq \x(　)Fe3＋＋eq \x(　)________解析：根据化合价升降法配平ClOeq \o\al(－,3)、Fe2＋、Cl－、Fe3＋的化学计量数分别为1、6、1、6，再利用电荷守恒及元素守恒得出反应物中有6H＋，产物中有3H2O。答案：1　6　6　H＋　1　6　3　H2O5．工业上，通过如下转化可制得KClO3晶体：NaCl溶液eq \o(――――――→,\s\up8(80 ℃，通电),\s\do7(Ⅰ))NaClO3溶液eq \o(―――――→,\s\up8(室温，KCl),\s\do7(Ⅱ))KClO3晶体。完成Ⅰ中反应的总化学方程式：□NaCl＋□H2O===□NaClO3＋□________。解析：反应Ⅰ中，Cl元素由－1价升高到＋5价，Cl和O元素化合价均处于最低价，不能被还原，据此推知H2O中＋1价H元素被还原，则未知产物为H2，结合电子得失守恒和原子守恒配平：NaCl＋3H2O===NaClO3＋3H2↑。答案：1　3　1　3　H2(1)配平缺项型氧化还原反应方程式的思维流程(2)补项原则　1．书写方法2．书写关键——识记常见氧化剂、还原剂及产物预测(1)常见的氧化剂及产物预测(2)常见的还原剂及产物预测1．为实现燃煤脱硫，向煤中加入浆状Mg(OH)2，使燃烧产生的SO2转化为稳定的Mg的化合物，写出该反应的化学方程式：______________________________________________________________________________________________。解析：该反应类型类似“钙基固硫”，加热过程中发生反应：Mg(OH)2eq \o(=====,\s\up8(△))MgO＋H2O、MgO＋SO2eq \o(=====,\s\up8(△))MgSO3、2MgSO3＋O2===2MgSO4，故总反应方程式为2Mg(OH)2＋2SO2＋O2eq \o(=====,\s\up8(△))2MgSO4＋2H2O。答案：2Mg(OH)2＋2SO2＋O2eq \o(=====,\s\up8(△))2MgSO4＋2H2O2．用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式：____________________________________________________________________________________________。解析：由题给信息可知，反应物为HNO2、(NH2)2CO，生成物为CO2和N2，根据氧化还原反应方程式的配平方法可写出该反应的化学方程式为2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O。答案：2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O3．(2019·江苏高考)(1)在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NOeq \o\al(－,3)，其离子方程式为______________________________________________________。(2)N2O是硝酸生成中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为____________________________________________________________________________________。解析：(1)(2)依据题意可得：NH3＋O2―→N2O＋H2O，N元素由－3价升高到＋1价，O元素由0价降低到－2价，根据得失电子守恒及原子守恒配平可得：2NH3＋2O2===N2O＋3H2O，标注反应条件，写出化学方程式。答案：(1)3HClO＋2NO＋H2O===3Cl－＋2NOeq \o\al(－,3)＋5H＋　(2)2NH3＋2O2eq \o(=====,\s\up8(催化剂),\s\do7(△))N2O＋3H2O4．(1)(2019·全国卷Ⅲ)“滤渣1”含有S，写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式： __________________________________________________________________________________________________________________。(2)(2018·天津高考)NO被H2O2氧化为NOeq \o\al(－,3)的离子方程式为_____________________________________________________________________________。(3)(2017·江苏高考)在45～50 ℃时向CuCl悬浊液中持续通入空气，得到碱式氯化铜[Cu2(OH)2Cl2·3H2O]，该反应的化学方程式为____________________。答案：(1)MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O(2)2NO＋3H2O2===2NOeq \o\al(－,3)＋2H＋＋2H2O(3)4CuCl＋O2＋8H2Oeq \o(=========,\s\up8(45～50 ℃))2[Cu2(OH)2Cl2·3H2O]5．根据下列各图示信息，完成有关方程式：(1)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：反应Ⅰ的化学方程式：_____________________________________________。(2)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。上图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。(3)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：(Ⅰ)过程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的离子方程式是____________________________________________________________________。(Ⅱ)过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为ⅰ：2Fe2＋＋PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)===2Fe3＋＋PbSO4＋2H2Oⅱ：……①写出ⅱ的离子方程式：___________________________________________。②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。b．______________________________________________________________。答案：(1)SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI(2)4Fe＋NOeq \o\al(－,3)＋10H＋===4Fe2＋＋NHeq \o\al(＋,4)＋3H2O(3)(Ⅰ)Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq \o\al(2－,4)eq \o(=====,\s\up8(Fe2＋))2PbSO4＋2H2O(Ⅱ)①2Fe3＋＋Pb＋SOeq \o\al(2－,4)===PbSO4＋2Fe2＋　②取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去1．(命题情境：古文化的应用问题)宋代著名法医学家宋慈的《洗冤集录》中有“银针验毒”的记载，“银针验毒”的原理是4Ag＋2H2S＋O2===2X＋2H2O。下列说法正确的是(　　)A．X的化学式为AgSB．银针验毒时，空气中氧气失去电子C．反应中Ag和H2S均是还原剂D．每生成1 mol X，反应转移2 mol e－D　解析：根据原子守恒，X的化学式为Ag2S，A项错误；银针验毒时，氧元素化合价降低，空气中氧气得到电子，B项错误；反应中Ag是还原剂，氧气是氧化剂，H2S既不是氧化剂又不是还原剂，C项错误；银的化合价升高1，每生成1 mol X，反应转移 2 mol e－，D项正确。2．(命题情境：有毒物质的测定)甲醇可用于制造甲醛和农药等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等，但甲醇有毒，工业上常利用反应Cr2Oeq \o\al(n－,7)＋CH3OH＋H＋―→Cr3＋＋CO2↑＋H2O(未配平)来测定工业甲醇中甲醇的含量。下列说法中正确的是(　　)A．该反应中，氧化产物是CO2和H2OB．Cr2Oeq \o\al(n－,7)发生氧化反应C．若配平后Cr3＋和CO2的化学计量数比为2∶1，则Cr2Oeq \o\al(n－,7)中的n＝2D．若有3.2 g CH3OH参加反应，则转移的电子数为6.02×1022C　解析：该反应中，C元素由－2价升高到＋4价，H、O元素的化合价均未变化，则氧化产物是CO2，A项错误；Cr2Oeq \o\al(n－,7)是氧化剂，发生还原反应，B项错误；若配平后Cr3＋和CO2的化学计量数比为 2∶1，据得失电子守恒可知，参与反应的Cr2Oeq \o\al(n－,7)和CH3OH的物质的量之比为1∶1，则Cr元素显＋6价，从而推知Cr2Oeq \o\al(n－,7)中的n＝2，C项正确；3.2 g CH3OH为0.1 mol，参加反应时，转移电子为0.6 mol，则转移的电子数为3.612×1023，D项错误。3．(命题情境：金属矿物成分的测定问题)一定量的某磁黄铁矿(主要成分FexS，S为－2价)与100 mL盐酸恰好完全反应(矿石中其他成分不与盐酸反应)，生成3.2 g硫单质、0.4 mol FeCl2和一定量H2S气体，且溶液中无Fe3＋。则下列说法正确的是(　　)A．该盐酸的物质的量浓度为4.0 mol/LB．该磁黄铁矿FexS中，Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为2∶1C．生成的H2S气体在标准状况下的体积为8.96 LD．该磁黄铁矿中FexS的x＝0.85C　解析：盐酸恰好反应生成FeCl2 0.4 mol，根据氯原子守恒得c(HCl)＝eq \f(0.4 mol×2,0.1 L)＝8.0 mol/L，故A错误；n(S)＝eq \f(3.2 g,32 g/mol)＝0.1 mol，反应中转移电子0.2 mol，根据得失电子守恒，得n(Fe3＋)＝0.2 mol，n(Fe2＋)＝0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol，则磁黄铁矿FexS中，Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶1，故B错误；根据氢原子、氯原子守恒得n(H2S)＝eq \f(1,2)n(HCl)＝n(FeCl2)＝0.4 mol，V(H2S)＝0.4 mol×22.4 L/mol＝8.96 L，故C正确；FexS中n(S)＝0.1 mol＋0.4 mol＝0.5 mol，n(Fe)＝0.4 mol，所以n(Fe)∶n(S)＝0.4 mol∶0.5 mol＝0.8，所以x＝0.8，故D错误。考试评价解读核心素养达成1.掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。2．能正确书写信息型氧化还原方程式。宏观辨识与微观探析认识氧化还原反应的实质是电子转移，而且解题中注意得失电子数相等的应用。证据推理与模型认知信息型氧化还原反应方程式常通过文字描述或工艺流程图的形式，提供一个化学反应的过程，要求确定反应物和生成物，然后分析元素的化合价，结合守恒规律写出相应的化学(或离子)方程式。条件补项原则酸性条件下缺H或多O补H＋，少O补H2O碱性条件下缺H或多O补H2O，少O补OH－氧化剂还原产物KMnO4Mn2＋(酸性)；MnO2(中性)；MnOeq \o\al(2－,4)(碱性)K2Cr2O7(酸性)Cr3＋浓硝酸NO2稀硝酸NOX2(卤素单质)X－H2O2OH－(碱性)；H2O(酸性)Na2O2NaOH(或Na2CO3)NaClO(或ClO－)Cl－、Cl2NaClO3Cl2、ClO2PbO2Pb2＋Fe2＋Fe3＋(酸性)；Fe(OH)3(碱性)SO2(或H2SO3、SOeq \o\al(2－,3))SOeq \o\al(2－,4)还原剂氧化产物S2－(或H2S)S、SO2(或SOeq \o\al(2－,3))、SOeq \o\al(2－,4)H2C2O4CO2H2O2O2I－(或HI)I2、IOeq \o\al(－,3)COCO2金属单质(Zn、Fe、Cu等)Zn2＋、Fe2＋(与强氧化剂反应生成Fe3＋)、Cu2＋