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2020年高考化学一轮总复习文档:第二章第8讲氧化还原反应规律及应用 学案
展开第8讲 氧化还原反应规律及应用
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)氧化性、还原性强弱的比较方法
氧化剂(氧化性)+还原剂(还原性)===还原产物+氧化产物
氧化性:氧化剂>氧化产物;
还原性:还原剂>还原产物。
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,不同价态硫之间可以发生的氧化还原反应是
注:⑤中不会出现H2S转化为SO2而H2SO4转化为S的情况。
(3)歧化反应规律
“中间价―→高价+低价”。
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,如:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
3.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“由强制弱”。
4.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+、H+的溶液中加入铁粉,因为氧化性Fe3+>Cu2+>H+,所以铁粉先与Fe3+反应,然后依次为Cu2+、H+。
5.得失电子守恒规律
(1)氧化还原反应中,氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
(2)应用:运用“守恒规律”可进行氧化还原反应方程式的配平和相关计算。
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”,并指明错因。
(1)金属失去的电子数越多,金属的还原性越强。(×)
错因:金属还原性强弱取决于其失电子的难易程度,与失电子多少无关。
(2)SO2具有较强的还原性,浓H2SO4具有强氧化性,故二者能发生氧化还原反应。(×)
错因:硫元素没有介于+4价和+6价之间的价态,不能发生反应。
(3)同一元素不同价态的化合物中,元素的化合价越高,物质的氧化性越强。(×)
错因:由反应3NO2+H2O===2HNO3+NO可知氧化性:NO2>HNO3。
(4)含有最高价元素的化合物一定具有强氧化性。(×)
错因:Na+、CO2中的碳元素均处于最高价,但不具有强氧化性。
(5)反应:KClO3+6HCl===KCl+3Cl2+3H2O转移的电子数为6e-。(×)
错因:转移的电子数为5e-。
(6)强氧化剂与强还原剂混合一定能发生氧化还原反应。(×)
错因:SO2是强还原剂,浓H2SO4是强氧化剂,但二者不反应。
2.水热法制备纳米颗粒Y(化合物)的反应为3Fe2++2S2O+O2+aOH-===Y+S4O+2H2O,下列有关说法不正确的是( )
A.a=4
B.Y的化学式为Fe2O3
C.S2O是还原剂
D.每32 g O2参加反应,转移电子的物质的量为4 mol
答案 B
解析 由2S2O―→S4O,失去2 mol电子,O2―→2O2-,得到4 mol电子,由得失电子得失守恒知2Fe2+―→2Fe3+,失去2 mol电子,再由原子守恒知,Y为四氧化三铁,B项错误。
考点 氧化性、还原性强弱的比较及应用
[典例1] (2018·延安质检)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
解析 根据氧化还原反应中,氧化性:氧化剂>氧化产物,可判断B中氧化性:Cl2>I2;C中氧化性:Co2O3>Cl2;D中氧化性:Fe3+>I2,这些结论与题给信息一致。对于A,由于I-的还原性强于Fe2+,所以Cl2应先氧化I-,而不应先氧化Fe2+。
答案 A
名师精讲
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
(5)根据非金属活动性判断
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。
1.已知常温下在溶液中可发生如下两个离子反应:
①Ce4++Fe2+===Fe3++Ce3+
②Sn2++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 由方程式①知还原性Fe2+>Ce3+;由方程式②知还原性Sn2+>Fe2+;故还原性Sn2+>Fe2+>Ce3+,所以选A。
2.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+,反应能发生;B项,还原性SO2>I-,反应能发生;C项,还原性H2O2>SO2,与已知矛盾,反应不能发生;D项,还原性H2O2>Fe2+,反应能发生。
3.某校同学为探究Br2、I2和Fe3+的氧化性强弱,进行了如下实验。
实验①:取少量KI溶液于试管中,先加入溴水,振荡,再加入CCl4,振荡后静置,观察到下层液体呈紫红色;
实验②:取少量FeSO4溶液于试管中,先加入溴水,振荡,再继续滴加两滴KSCN溶液,振荡,观察到溶液呈红色。
(1)写出实验②中发生的氧化还原反应的离子方程式:_____________
_____________________。
(2)由上述两个实验,对物质的氧化性可以得出的正确结论是_______。
A.Br2>I2 B.Fe3+>Br2
C.Br2>Fe3+ D.I->Br-
(3)已知Fe3+的氧化性强于I2,请你从所给试剂中选择所需试剂,设计一个实验加以证明。(提示:请写出实验步骤、现象及结论)_____________
_____________
_____________。
①FeCl3溶液 ②碘水 ③KI溶液 ④稀硫酸 ⑤淀粉溶液
答案 (1)2Fe2++Br2===2Fe3++2Br- (2)AC
(3)取少量FeCl3溶液于试管中,分别加入KI溶液和淀粉溶液,充分振荡,若溶液变蓝,说明有I2生成,进而证明Fe3+的氧化性强于I2
解析 实验①下层溶液呈紫色,说明有I2生成,说明Br2的氧化性强于I2;实验②滴加KSCN溶液,溶液呈红色,说明有Fe3+生成,也说明Br2的氧化性强于Fe3+。
(1)实验②中Fe2+被氧化成Fe3+的离子方程式为2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-。
(2)根据实验①可知氧化性Br2>I2,根据实验②可知氧化性Br2>Fe3+,所以A、C正确。
(3)要证明Fe3+的氧化性强于I2,可用FeCl3氧化KI生成I2加以判断。
考点 守恒规律及其应用
[典例2] 配平下列化学方程式
(1)(2016·天津高考)配平下列反应的化学方程式:
( )MnO(OH)2+( )I-+( )H+―→( )Mn2++( )I2+( )H2O
(2)(2015·浙江高考)完成以下氧化还原反应的离子方程式:
( )MnO+( )C2O+_______===( )Mn2++( )CO2↑+_______。
解析 (1)
(2)
答案 (1)1 2 4 1 1 3
(2)2 5 16H+ 2 10 8H2O
名师精讲
1.氧化还原反应方程式配平原则
(1)“一般”配平原则
(2)“缺项”配平原则
对于化学反应方程式,所缺物质往往是酸、碱或水,补项的两原则
2.氧化还原反应方程式配平流程
(1)直接型氧化还原反应方程式的配平
(2)缺项型氧化还原反应方程式的配平
缺项方程式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-),其配平流程为:
[典例3] (2018·河南省实验中学月考)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
解析 题目中指出被还原的元素是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-1×0.024 L×(6-4)=0.02 mol·L-1×0.020 L×2×(6-n),解得n=3。
答案 B
[典例4] (2018·伊犁质检)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8960 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
解析 反应流程为
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HNO3得电子的物质的量,即:
n(OH-)=×1+×2×1=0.46 mol
所以x g=17.02 g-0.46 mol×17 g·mol-1=9.20 g。
答案 B
名师精讲
守恒法解题的“3步流程”
说明 多步连续进行的氧化还原反应,只要中间各反应过程中电子没有损耗,可直接找出起始物和最终产物,删去中间产物,建立二者之间的得失电子守恒关系,快速求解。
4.配平下列方程式
(1)________ClO-+________Fe(OH)3+________===________Cl-+________FeO+________H2O
(2)________MnO+________H2O2+________===________Mn2++________O2↑+________H2O
(3)________FeS2+________O2________Fe2O3+________SO2
(4)________NH4NO3________HNO3+________N2↑+________H2O
答案 (1)3 2 4OH- 3 2 5
(2)2 5 6H+ 2 5 8
(3)4 11 2 8
(4)5 2 4 9
解析 (1)依据电荷守恒,故缺项应为阴离子(因一个ClO-生成一个Cl-),所以再依据原子守恒,缺项应为OH-。
(2)同(1)的分析方法,缺项应为H+。
5.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
解析 Na2 ―→xNa2O4 NaO―→Na
得关系式·x=16×2,x=5。
考点 价态规律及其应用
[典例5] (2018·南京调研)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
解析 由①得出Q中价态高于G,因为G必介于Q和-1价的Cl之间,-1价为氯元素的最低价;将该结论引用到③,Y介于Q与G之间,故有Q价态高于Y,Y价态高于G;分析②:H2O中的H化合价降低,则Q中的氯元素转变为X中的氯元素,化合价必升高,则得出X价态高于Q;最后分析④:Z介于Q、X之间,则X价态高于Z,Z价态高于Q。
答案 A
名师精讲
1.价态归中规律
(1)含义:含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时,该元素价态的变化遵循“高价+低价→中间价”,而不会出现交叉现象。
例如:H2S与浓硫酸的反应:
(2)应用:根据化合价判断氧化还原反应体系中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物及电子转移的数目,判断同种元素不同价态的物质之间反应的可能性。
2.歧化规律
同一元素发生氧化还原反应生成不同价态的物质时,该元素的价态变化一定遵循“中间价态→高价态+低价态”,不会出现“一边倒”的现象,即生成物中该元素的价态不能都比中间价态高或都比中间价态低。
6.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
解析 反应Cl2+KOH―→KX+KY是Cl2的歧化反应,由于KX也发生歧化反应:KX―→KY+KZ,可断定KY为KCl,化合价高低是Z中Cl>X中Cl(均为正价)。假设KX中Cl为+a价,KZ中Cl的化合价为+b价,依据化合价守恒原理及KX―→KY+3KZ,有a+1=3(b-a),把a=1、a=3、a=5代入上式讨论,可知a=5时,b=7符合题意。则KX中Cl的化合价为+5。
7.根据表中信息,判断下列叙述中正确的是( )
A.表中①组的反应可能有一种或两种元素被氧化
B.氧化性强弱的比较:KClO3>Fe3+>Cl2>Br2
C.表中②组反应的还原产物是KCl,电子转移数目是6e-
D.表中③组反应的离子方程式为2MnO+3H2O2+6H+===2Mn2++4O2↑+6H2O
答案 A
解析 A项中,物质的氧化性是Cl2>Br2>Fe3+,故Cl2先氧化Fe2+,如有多余的Cl2再氧化Br-,故①组的反应可能有一种或两种元素被氧化,正确;B项中,氧化性KClO3>Cl2>Br2>Fe3+,不正确;C项中,②组反应中还原产物是Cl2,电子转移数目是5e-,不正确;D项中,③组反应中H2O2为还原剂,其中的O原子全部变成O2,应为2MnO+5H2O2+6H+===2Mn2++5O2↑+8H2O,不正确。