新高考化学一轮复习考点过关练考向05 氧化还原反应(含解析)
展开【2022山东卷】高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下,可能用到的数据见下表。
下列说法错误的是
A. 固体X主要成分是和S;金属M为Zn
B. 浸取时,增大压强可促进金属离子浸出
C. 中和调pH的范围为3.2~4.2
D. 还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成
【答案】D
【解析】CuS精矿(含有杂质Zn、Fe元素)在高压O2作用下,用硫酸溶液浸取,CuS反应产生为CuSO4、S、H2O,Fe2+被氧化为Fe3+,然后加入NH3调节溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中,过滤得到的滤渣中含有S、Fe(OH)3;滤液中含有Cu2+、Zn2+;然后向滤液中通入高压H2,根据元素活动性:Zn>H>Cu,Cu2+被还原为Cu单质,通过过滤分离出来;而Zn2+仍然以离子形式存在于溶液中,再经一系列处理可得到Zn单质。
【详解】A.经过上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH)3,金属M为Zn,A正确;
B.CuS难溶于硫酸,在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq),增大O2的浓度,可以反应消耗S2-,使之转化为S,从而使沉淀溶解平衡正向移动,从而可促进金属离子的浸取,B正确;
C.根据流程图可知:用NH3调节溶液pH时,要使Fe3+转化为沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中,结合离子沉淀的pH范围,可知中和时应该调节溶液pH范围为3.2~4.2,C正确;
D.在用H2还原Cu2+变为Cu单质时,H2失去电子被氧化为H+,与溶液中OH-结合形成H2O,若还原时增大溶液的酸度,c(H+)增大,不利于H2失去电子还原Cu单质,因此不利于Cu的生成,D错误;
故合理选项是D。
知识点一 氧化还原反应的基本概念
1.本质和特征
2.相关概念及其关系
3.电子转移的表示方法
请分别用双线桥法和单线桥法表示Cu与稀硝酸反应中电子转移的方向和数目。
(1)双线桥法
。
(2)单线桥法
。
4.氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
5.常见的氧化剂和还原剂
(1)常见的氧化剂
常见的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)常见的还原剂
常见的还原剂包括活泼的金属单质、非金属阴离子及含低价态元素的化合物、低价金属阳离子、某些非金属单质及其氢化物等。如
(3)元素化合价处于中间价态的物质既有氧化性,又有还原性。如
其中Fe2+、SO2主要表现还原性,H2O2主要表现氧化性。
知识点二 物质氧化性、还原性强弱的比较
1.氧化性、还原性
(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)元素价态与氧化性、还原性的关系
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。
[名师点拨] 氧化性、还原性的强弱取决于得、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,Na比Al活泼,还原性更强。
2.氧化性、还原性强弱的判断
(1)依据反应原理
氧化性:氧化剂 eq \a\vs4\al(>) 氧化产物;
还原性:还原剂 eq \a\vs4\al(>) 还原产物。
(2)依据金属、非金属的活动性顺序
(3)依据反应条件及反应的剧烈程度
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,如是否加热、反应温度高低、有无催化剂和反应物浓度大小等。
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,
MnO2+4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) MnCl2+Cl2↑+2H2O,
O2+4HCl eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△)) 2Cl2+2H2O,
由化学方程式知氧化性: KMnO4>Cl2,MnO2>Cl2,
O2>Cl2,
由反应条件知氧化性:KMnO4>MnO2>O2。
(4)依据氧化还原反应的程度
①相同条件下不同氧化剂作用于同一种还原剂,氧化产物价态高的其氧化性强。
例如,根据2Fe+3Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2FeCl3,Fe+S eq \(=====,\s\up7(△)) FeS,可以推知氧化性:Cl2>S。
②相同条件下不同还原剂作用于同一种氧化剂,还原产物价态低的其还原性强。
例如,根据Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,3Zn+2Fe3+===3Zn2++2Fe,可以推知还原性:Zn>Cu。
知识点三 氧化还原反应的基本规律及应用
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-、FeO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 、Cl-、H2O,根据元素的化合价变化可知, eq \a\vs4\al(铁) 元素的化合价升高,失去3个电子,而 eq \a\vs4\al(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-===2FeO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) +3Cl-+5H2O。
2.价态规律
(1)升降规律
氧化还原反应中,化合价有升必有降,升降总值相等。
(2)价态归中规律
含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化一定遵循“高价+低价―→中间价”,而不会出现交叉现象。简记为“两相靠,不相交”。
例如H2S与浓硫酸的反应:
(3)歧化反应规律
具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应,遵循“中间价―→高价+低价”。如Cl2与NaOH溶液的反应:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
3.先后规律
(1)同时含有几种还原剂时将按照还原性由强到弱的顺序依次反应。如在FeBr2溶液中通入少量Cl2时,因为还原性:Fe2+>Br-,所以Fe2+先与Cl2反应。
(2)同时含有几种氧化剂时将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应。如在含有Fe3+、Cu2+的溶液中加入铁粉,因为氧化性:Fe3+>Cu2+,所以铁粉先与Fe3+反应,然后再与Cu2+反应。
4.强弱规律
自发进行的氧化还原反应,一般遵循强氧化剂制弱氧化剂,强还原剂制弱还原剂,即“强制弱”的规律。
1.为防止废弃的硒单质(Se)造成环境污染,通常用浓硫酸将其转化成二氧化硒(SeO2),再用KI溶液处理后回收Se。发生的反应为①Se+2H2SO4(浓)===2SO2↑+SeO2+2H2O;②SeO2+4KI+4HNO3===4KNO3+Se+2I2+2H2O。下列说法错误的是( )
A.①中SO2是还原产物,SeO2是氧化产物
B.②中KI是还原剂,HNO3是氧化剂
C.②中每生成0.2 ml I2共转移0.4 ml电子
D.氧化性由强到弱的顺序是H2SO4(浓)>SeO2>I2
2.水热法制备纳米颗粒Y(化合物)的反应为3Fe2++2S2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) +O2+aOH-===Y+S4O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(6)) +2H2O。下列说法中不正确的是( )
A.S2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) 是还原剂
B.Y的化学式为Fe2O3
C.a=4
D.每有1 ml O2参加反应,转移的电子总数为4 ml
3.NaNO2是一种食品添加剂,但食用过量可能致癌。酸性KMnO4溶液与NaNO2反应的化学方程式为MnO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) +NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) + eq \x( ) ―→Mn2++NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +H2O(未配平)。下列叙述中正确的是( )
A.该反应中NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) 被还原
B.反应过程中溶液的pH减小
C.生成1 ml NaNO3需消耗0.4 ml KMnO4
D. eq \x( ) 中的粒子是OH-
4.将3.2 g Cu投入100 mL稀硫酸中加热,没有明显变化,若边加热边缓缓加入一定量H2O2,金属Cu逐渐溶解。则下列说法正确的是( )
A.反应过程中有刺激性气味的气体生成
B.H2O2对Cu和稀硫酸的反应起催化作用
C.若Cu和硫酸恰好完全反应,则稀硫酸的物质的量浓度为0.5 ml·L-1
D.反应中硫酸既表现出酸性又表现出氧化性
5.我国科学家研究了活性炭催化条件下煤气中的H2S和Hg的协同脱除,部分反应机理如图(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。有关该过程的叙述错误的是( )
A.产生清洁燃料H2
B.H2S脱除率为100%
C.H2S既被氧化又被还原
D.脱Hg反应为Hg+S===HgS
1.(2022·上海普陀·二模)Na2S俗称硫化碱,是重要的工业原料。工业制备原理:Na2SO4+2CNa2S+2CO2↑,下列说法正确的是
A.还原性:C>Na2SB.Na2SO4:俗称芒硝
C.反应1ml碳,生成22.4LCO2D.该反应在常温下进行
2.(2022·四川攀枝花·模拟预测)由含硒废料(主要 含S、Se 、Fe2O3、CuO 、ZnO 、SiO2等)制取硒的流程如图:
下列有关说法正确的是
A.“分离”时得到含硫煤油的方法是蒸馏
B.“酸溶”时能除去废料中的全部氧化物杂质
C.“酸化”的离子反应为:+2H+=Se↓+SO2↑+H2O
D.若向“酸溶”所得的滤液中加入少量铜,铜不会溶解
3.(2022·安徽师范大学附属中学模拟预测)己知TiO2在光照下可以激发产生空穴(h+)和光电子(e-)。某课题组研究TiO2光催化降解室内污染物甲醛的机理如图所示,下列说法错误的是
A.反应④中HCHO发生氧化反应
B.TiO2每吸收32eV太阳能理论上可以产生10个h+
C.TiO2在光照下同样可以催化CaCO3分解反应
D.该过程总反应为:HCHO+O2CO2+H2O
4.(2022·广东实验中学三模)以印刷线路板酸性蚀刻废液(含有CuCl2、FeCl2、FeCl3)为原料制备纳米CuO的流程如图:
下列说法错误的是
A.“沉淀”产生的CuC2O4,不洗涤直接灼烧不影响产品质量
B.“在空气中灼烧”时发生了非氧化还原反应
C.调节pH为3.2~4.7的目的是使Fe3+完全沉淀,Cu2+不沉淀
D.“沉淀”过程中用Na2C2O4代替(NH4)2C2O4,得到的CuC2O4中可能混有Cu(OH)2
5.(2022·广东·三模)科学家研究了钒系催化剂催化脱硝机理,部分反应机理如下图所示。有关该过程的叙述不正确的是(注:V和O元素右上角符号表示其元素化合价)
A.是反应中间体B.反应过程中V的成键数目发生变化
C.反应过程中被还原D.脱硝反应为:
1.(2022·湖南卷)科学家发现某些生物酶体系可以促进和的转移(如a、b和c),能将海洋中的转化为进入大气层,反应过程如图所示。
下列说法正确的是
A.过程Ⅰ中发生氧化反应
B.a和b中转移的数目相等
C.过程Ⅱ中参与反应的
D.过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为
2.(2022·广东卷)我国科学家进行了如图所示的碳循环研究。下列说法正确的是
A.淀粉是多糖,在一定条件下能水解成葡萄糖
B.葡萄糖与果糖互为同分异构体,都属于烃类
C.中含有个电子
D.被还原生成
3.(2021.1·浙江真题)关于反应8NH3+6NO2=7N2+12H2O,下列说法正确的是
A.NH3中H元素被氧化
B.NO2在反应过程中失去电子
C.还原剂与氧化剂的物质的量之比为3:4
D.氧化产物与还原产物的质量之比为4:3
4.(2021·山东真题,双选)实验室中利用固体KMnO4进行如图实验,下列说法错误的是
A.G与H均为氧化产物B.实验中KMnO4只作氧化剂
C.Mn元素至少参与了3个氧化还原反应D.G与H的物质的量之和可能为0.25ml
5.【2020年7月浙江选考】反应MnO2+4HCl(浓)加热MnCl2+Cl2↑+2H2O中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是( )
A.1:2B.1:1C.2:1D.4:1
1.【答案】B
【解析】反应①中,硒元素化合价升高被氧化,硒是还原剂,SeO2为氧化产物,硫元素化合价降低被还原,浓硫酸是氧化剂,SO2是还原产物,故A正确;反应②中,硒元素化合价降低被还原,二氧化硒为氧化剂,碘元素化合价升高被氧化,碘化钾是还原剂,氮元素化合价没有变化,硝酸既不是氧化剂也不是还原剂,故B错误;反应②中,生成2 ml碘单质,转移4 ml电子,则每生成0.2 ml I2共转移0.4 ml电子,故C正确;在同一反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,反应①中硫酸为氧化剂,二氧化硒为氧化产物,氧化性:H2SO4(浓)>SeO2,反应②中SeO2为氧化剂,I2为氧化产物,氧化性:SeO2>I2,则氧化性由强到弱的顺序是H2SO4(浓)>SeO2>I2,故D正确。
2.【答案】B
【解析】反应前S的化合价是+2价,反应后是+2.5价,化合价升高,因此S2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) 是还原剂,故A正确;根据方程式可知,还原剂共失去2 ml电子,而1 ml氧气得到4 ml电子,所以亚铁离子应该再失去2 ml电子,因此Y是四氧化三铁,故B错误;根据原子守恒可知,故C正确;每有1 ml O2参加反应,转移的电子总数为1 ml×4=4 ml,D项正确。
3. 【答案】C
【解析】NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) 中N元素的化合价升高,NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) 被氧化,A项错误;根据元素化合价升降总数相等、电荷守恒和原子守恒可知,反应的离子方程式为2MnO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) +5NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) +6H+===2Mn2++5NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +3H2O,据此可知B、D项错误,C项正确。
4. 【答案】C
【解析】双氧水具有氧化性,在酸性环境下能将金属铜氧化,反应方程式为Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O,由反应方程式可知,无气体生成,故A错误;分析化合价,过氧化氢中氧元素的化合价从-1→-2,化合价降低,故B错误;3.2 g铜的物质的量为n(Cu)= eq \f(m,M) = eq \f(3.2 g,64 g·ml-1) =0.05 ml,根据反应方程式中的比例关系可知,恰好消耗0.05 ml硫酸,则硫酸的浓度为c(H2SO4)= eq \f(n,V) = eq \f(0.05 ml,0.1 L) =0.5 ml·L-1,故C正确;由反应方程式可知,反应中硫酸中所含元素的化合价没有变化,故只起酸性的作用,没有表现出氧化性,故D错误。
5.【答案】B
【解析】A项,H2S被吸附在催化剂活性炭表面形成H原子,H原子与H原子成键生成H2,正确;B项,由图可知,H2S分解产生的H2和S单质会再次生成H2S,脱除率小于100%,错误;C项,由图可知,H2S生成S单质的过程中,硫元素的化合价升高,被氧化,H2S生成H2的过程中,H元素化合价降低,被还原,正确;D项,该过程是H2S和Hg的协同脱除,故生成的S单质与Hg反应生成HgS,正确。
1.【答案】A
【详解】
A.C是反应物,化合价升高,做还原剂,Na2S是生成物,做还原产物,故还原性:C>Na2S,故A项正确;
B.Na2SO4:俗称无水芒硝,故B项错误;
C.标准状况下,反应1ml碳,生成22.4LCO2,故C项错误;
D.常温下Na2SO4与C不反应,故D项错误;
故答案选A。
2. 【答案】C
【分析】
由流程可知,煤油溶解S后,过滤分离出含硫的煤油,分离出Se、Fe2O3、CuO、ZnO、SiO2后,加硫酸溶解、过滤,滤液含硫酸铜、硫酸锌、硫酸铁,滤渣含Se、SiO2,再加亚硫酸钠浸取Se生成Na2SeSO3,最后酸化生成粗硒。
【详解】
A. 煤油溶解S后,过滤分离出含硫的煤油,滤渣为Se、Fe2O3、CuO、ZnO、SiO2,“分离”时得到含硫煤油的方法是过滤,故A错误;
B.加硫酸溶解、过滤,滤液含硫酸铜、硫酸锌、硫酸铁,滤渣含Se、SiO2,“酸溶”时能除去废料中的部分氧化物杂质,二氧化硅不溶于硫酸,故B错误;
C. Na2SeSO3酸化生成粗硒,“酸化”的离子反应为:+2H+=Se↓+SO2↑+H2O,故C正确;
D. 若向“酸溶”所得的滤液中加入少量铜,滤液含硫酸铁,铜会溶解,2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,故D错误;
故选C。
3.【答案】C
【详解】
A.由图可知,反应④的反应物为HCHO、·OH,生成物为CO2、H2O,反应方程式为HCHO+4·OH=CO2+3H2O,HCHO中碳元素化合价由0价升高到+4价,发生氧化反应,A正确;
B.由图可知,一个e-吸收3.2ev的能量可以生成一个h+,产生10个h+,需要吸收32ev的能量,B正确;
C.催化剂具有专一性,二氧化钛不能催化碳酸钙分解反应,C错误;
D.由图可知,总反应的反应物为HCHO、O2,生成物为CO2、H2O,反应的方程式为,D正确;
故答案选C。
4.【答案】B
【分析】
印刷线路板酸性蚀刻废液含有、、,氧化过程中加入是为了把氧化为,加入CuO调节pH到3.2~4.7是为了除去,加入过量是为了使沉淀。
【详解】
A.沉淀上附着有和杂质,受热时易分解,所以可以不洗涤直接灼烧,A正确;
B.在空气中灼烧时发生的主要反应为:,碳元素化合价发生了变化,发生的为氧化还原反应,B错误;
C.流程的目的是获得纳米CuO,调节pH到3.2~4.7可以使变成沉淀而被除去,不发生改变,C正确;
D.若“沉淀”过程中用代替,由于溶液呈碱性,得到的同时,会产生,从而导致产生的沉淀中混有杂质,D正确;
故合理选项为B。
5. 【答案】D
【详解】
A.由转化示意图可知,是反应中间体,故A正确;
B.中V为双键,H-O-V4+中V为单键,故B正确;
C.反应过程中中V由+5价降低到+4价,故被还原,故C正确;
D.由转化示意图可知,在催化剂作用下脱硝反应为:,故D错误;
故选D。
1. 【答案】C
【解析】A.由图示可知,过程I中NO转化为NO,氮元素化合价由+3价降低到+2价,NO作氧化剂,被还原,发生还原反应,A错误;
B.由图示可知,过程I为NO在酶1的作用下转化为NO和H2O,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知,反应的离子方程式为:NO+2H++e-NO+H2O,生成1mlNO,a过程转移1mle-,过程II为NO和NH在酶2的作用下发生氧化还原反应生成H2O和N2H4,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知,反应的离子方程式为:2NO+8NH2H2O+5N2H4+8H+,消耗1mlNO,b过程转移4ml e-,转移电子数目不相等,B错误;
C.由图示可知,过程II发生反应的参与反应的离子方程式为:2NO+8NH2H2O+5N2H4+8H+,n(NO):n(NH)=1:4,C正确;
D.由图示可知,过程III为N2H4转化为N2和4H+、4e-,反应的离子方程式为:N2H4= N2+4H++4e-,过程I-III的总反应为:2NO+8NH=5N2↑+4H2O+24H++18e-,D错误;
答案选C。
2. 【答案】A
【解析】A.淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的多糖,在一定条件下水解可得到葡萄糖,故A正确;
B.葡萄糖与果糖的分子式均为C6H12O6,结构不同,二者互为同分异构体,但含有O元素,不是烃类,属于烃的衍生物,故B错误;
C.一个CO分子含有14个电子,则1mlCO中含有14×6.02×1023=8.428×1024个电子,故C错误;
D.未指明气体处于标况下,不能用标况下的气体摩尔体积计算其物质的量,故D错误;
答案选A。
3.【答案】D
【解析】由反应8NH3+6NO2==7N2+12H2O可知,其中NH3的N元素的化合价由-3升高到0、NO2中的N元素的化合价由-+4降低到0,因此,NH3是还原剂, NO2是氧化剂。A.NH3中H元素的化合价没有发生变化,故其未被氧化,被氧化的是N元素,A不正确;B.NO2在反应过程中得到电子,B不正确;C.该反应中,NH3是还原剂,NO2是氧化剂。由化学方程式可知,还原剂与氧化剂的物质的量之比为4:3,C说法不正确;D.该反应中氧化产物和还原产物均为N2。还原剂被氧化后得到氧化产物,氧化剂被还原后得到还原产物,还原剂与氧化剂的物质的量之比为4:3,因此,氧化产物与还原产物的质量之比为4:3 ,D说法正确。综上所述,本题选D。
4.【答案】BD
【解析】KMnO4固体受热分解生成K2MnO4、MnO2、O2,K2MnO4、MnO2均具有氧化性,在加热条件下能与浓盐酸发生氧化还原反应,反应过程中Cl-被氧化为Cl2,K2MnO4、MnO2被还原为MnCl2,因此气体单质G为O2,气体单质H为Cl2。A.加热KMnO4固体的反应中,O元素化合价由-2升高至0被氧化,加热K2MnO4、MnO2与浓盐酸的反应中,Cl元素化合价由-1升高至0被氧化,因此O2和Cl2均为氧化产物,故A正确;B.KMnO4固体受热分解过程中,Mn元素化合价降低被还原,部分O元素化合价升高被氧化,因此KMnO4既是氧化剂也是还原剂,故B错误;C.Mn元素在反应过程中物质及化合价变化为,Mn元素至少参加了3个氧化还原反应,故C正确;D.每生成1ml O2转移4ml电子,每生成1ml Cl2转移2ml电子,若KMnO4转化为MnCl2过程中得到的电子全部是Cl-生成Cl2所失去的,则气体的物质的量最大,由2KMnO4~5Cl2可知,n(气体)max=0.25ml,但该气体中一定含有O2,因此最终所得气体的物质的量小于0.25ml,故D错误;综上所述,说法错误的是BD,故答案为:BD。
5.【答案】B
【解析】由反应方程式可知,反应物MnO2中的Mn元素的化合价为+4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)=1:1,B符合题意;答案选B。开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2
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