4.2 第2课时 氧化还原反应方程式的配平 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第一册

4.2 第2课时　氧化还原反应方程式的配平
【学习目标】
1.掌握氧化还原反应方程式配平的一般方法。
2.根据化合价变化分析、判断、理解氧化还原反应的本质。
3.理解氧化还原反应中的电子守恒,能从宏观与微观相结合的角度分析与解决实际问题,能正确认识氧化还原反应的价值。
【合作探究】
任务1　氧化还原反应方程式的配平
【新知生成】
1.配平化学方程式:H2S+HNO3S↓+NO↑+H2O,并总结在氧化还原反应方程式配平的过程中应遵循的原则。
步骤 操作 结果
第一步 标变价
第二步 列得失
第三步 求总数
第四步 配系数
第五步 查守恒
【答案】H2+↓+O↑+H2O
H2　　+　　HO3
失去2e-↓　　　　　 ↓得到(5-2)e-
　　　　　　　　　　　O
　　　H2　　+　　O3
失去2e-×3↓　　　　　 ↓得到3e-×2
　　　　　　　　　　　　　O
3H2S+2HNO33S↓+2NO↑+4H2O
在氧化还原反应方程式配平的过程中,应遵循以下原则:(1)得失电子守恒。氧化剂和还原剂得失电子总数相等,化合价升高总数=化合价降低总数;(2)质量守恒。反应前后原子的种类和个数不变;(3)电荷守恒。离子反应前后,所带电荷总数相等。
归纳总结
配平氧化还原反应方程式的一般步骤
【核心突破】
典例1　配平下列方程式:
①　　　　KI+　　　　KIO3+　　　　H2SO4　　　　I2+　　　　K2SO4+　　　　H2O
②　　　　S+　　　　KOH　　　　K2S+　　　　K2SO3+　　　　H2O
【答案】①5　1　3　3　3　3　②3　6　2　1　3
典例2　完成并配平如下离子方程式:
　　　　ClO-+　　　　Fe(OH)3+　　　　　　　Cl-+　　　　Fe+　　　　H2O
【答案】3　2　4OH-　3　2　5
归纳总结
配平的基本技能
(1)全变从左边配:氧化剂、还原剂中某元素化合价是全变的,一般从左边反应物着手配平。
(2)自变从右边配:自身氧化还原反应(包括分解、歧化)一般从右边着手配平。
(3)缺项配平法:先将得失电子数配平,再观察两边电荷。若反应物这边缺正电荷,一般加H+,生成物一边加水;若反应物这边缺负电荷,一般加OH-,生成物一边加水,然后进行两边电荷数配平。当方程式中有多个缺项时,应根据化合价的变化找准氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
　　训练1　配平化学方程式:KMnO4+HClKCl+MnCl2+Cl2↑+H2O
【答案】2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
【解析】①标变价:写出反应物和生成物的化学式,标出有化合价变化的元素的化合价。
KO4+H——KCl+Cl2+↑+H2O
②列得失:列出物质反应前后元素化合价的变化值。
KO4+H——KCl+Cl2+↑+H2O
↓5　　　　　　　　　　　 　↑2
③求总数,配系数:将化合价升高总数和化合价降低总数的最小公倍数定为电子转移总数。依据电子守恒,确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数。
2KO4+H——KCl+2Cl2+5↑+H2O
　↓5×2　　　　　　　　　　　　↑2×5
④观察法,最后定:用观察法配平其他物质的化学计量数,配平后,把单线改成等号。
2KO4+16H2KCl+2Cl2+5↑+8H2O
⑤查个数,遵守恒:利用守恒三原则,检查是否配平。
训练2　配平下列氧化还原反应方程式:
(1)　　　　P4+　　　　KOH+　　　　H2O　　　　K3PO4+　　　　PH3↑
(2)　　　　Mn+　　　　H2O2+　　　　　　　Mn2++　　　　O2↑+　　　　H2O
【答案】(1)2　9　3　3　5　(2)2　5　6H+　2　5　8
任务2　利用电子守恒进行氧化还原反应的计算
【新知生成】
1.溶液中氧化剂X的物质的量为1.5×10-2mol,与300mL 0.1mol·L-1亚硫酸钠(Na2SO3)溶液恰好反应完全,已知Na2SO3被氧化为Na2SO4,则还原产物中元素X的化合价是(　　)。
A.+2 B.-2 C.+1 D.0
【答案】C
【解析】n(Na2SO3)=0.3L×0.1mol·L-1=0.03mol,Na2SO3被氧化为Na2SO4,S失电子为[+6-(+4)]×0.03mol;设X被还原的价态为y,则X得电子为(+5-y)×1.5×10-2mol,由得失电子数相等得(6-4)×0.03=(5-y)×1.5×10-2,y=+1。
2.在一定条件下,PbO2与Cr3+反应,产物是Cr2和Pb2+,则与1mol Cr3+反应所需PbO2的物质的量为(　　)。
A.3.0mol　 B.1.5mol　 C.1.0mol　 D.0.75mol
【答案】B
【解析】利用电子守恒,当1mol Cr3+被氧化成0.5mol Cr2时,失去的电子为3mol,而1mol PbO2被还原只能得到2mol电子,因此所需PbO2的物质的量为1.5mol。
【核心突破】
典例3　二氧化氯(ClO2)是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂,而且与Cl2相比不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。制备ClO2有下列两种方法:
方法一:2NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O
方法二:2NaClO3+H2O2+H2SO42ClO2↑+O2↑+Na2SO4+2H2O
(1)方法一的氧化剂是　　　　。
(2)方法二中被氧化的物质是　　　　,若反应中有0.1mol电子转移,则产生的ClO2气体在标准状况下的体积为　　　　L。
【答案】(1)NaClO3　(2)H2O2　2.24
【解析】(1)方法一的反应中氧化剂是NaClO3。(2)2NaClO3+H2O2+H2SO42ClO2↑+O2↑+Na2SO4+2H2O中,氧元素的化合价升高,则H2O2为还原剂,被氧化,氯元素的化合价由+5价降低为+4价,转移1个电子,若反应中有0.1mol电子转移,则产生的ClO2气体在标准状况下的体积为0.1mol×22.4L·mol-1=2.24L。
归纳总结
对于氧化还原反应的计算,关键是掌握氧化还原反应的实质——得失电子守恒,列出守恒关系求解,即n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值=n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值。
利用电子守恒解题的思维模板
训练3　把图b的碎纸片补充到图a中,可得到一个完整的离子方程式。下列有关该离子方程式的说法正确的是(　　)。
A.配平后的化学计量数依次为3、1、2、6、3
B.若有1mol S被氧化,则生成2mol S2-
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
D.2mol S参加反应有3mol电子发生转移
【答案】B
【解析】题中的S元素的化合价有-2、0、+4,据图可知S(0价)作反应物,根据氧化还原反应规律,该氧化还原反应为歧化反应,生成S(+4价)和S2-(-2价)。根据得失电子数和电荷守恒可推知反应的离子方程式为3S+6OH-2S2-+S+3H2O,A项错误;若有1mol S被氧化,则转移4mol电子,则生成2mol还原产物S2-,B项正确;若有1mol S被氧化,则转移4mol电子,有2mol S被还原,所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,C项错误;由方程式可知3mol S参加反应转移4mol电子,则2mol S参加反应有mol电子发生转移,D项错误。
课堂小结
【随堂检测】
1.Zn+N+OH-+H2ONH3↑+Zn(OH配平后,离子方程式中H2O的化学计量数是(　　)。
A.2 B.4 C.6 D.8
【答案】C
【解析】在N+Zn+OH-+H2ONH3↑+Zn(OH中,Zn元素的化合价由0升高到+2,N元素的化合价由+5降低到-3,由电子守恒可知,Zn的化学计量数为4,N的化学计量数为1,则N+4Zn+OH-+H2ONH3↑+4Zn(OH,由电荷守恒得N+4Zn+7OH-+H2ONH3↑+4Zn(OH,再由H原子守恒可知,N+4Zn+7OH-+6H2ONH3↑+4Zn(OH,即离子方程式中H2O的化学计量数为6。
2.配平化学方程式:
　　Fe(OH)3+　　NaOH+　　NaClO　　Na2FeO4+　　NaCl+　　H2O
【答案】2　4　3　2　3　5
3.亚硫酸钠和碘酸钾在酸性溶液中发生以下发应:
　　Na2SO3+　　KIO3+　　H2SO4　　Na2SO4+　　K2SO4+　　I2+　　
(1)配平上面的方程式,在横线上填入系数,在方框内填上反应产物。
(2)其中氧化剂是　　　　,若反应中有2.5mol电子转移,则生成的碘是　　　　mol。
【答案】(1)5　2　1　5　1　1　1　H2O　(2)KIO3
0.25
【解析】(1)Na2SO3中S元素化合价由+4升高为+6,1mol Na2SO3失去2mol电子,KIO3中I元素化合价由+5降低为0,1mol KIO3得到5mol电子,根据得失电子守恒,Na2SO3的系数为5,KIO3的系数为2,I2的系数为1,根据原子守恒知,未知的生成物是H2O,配平后的化学方程式为5Na2SO3+2KIO3+H2SO45Na2SO4+K2SO4+I2+H2O。(2)该反应中,碘元素的化合价由+5变为0,硫元素的化合价由+4变为+6,所以氧化剂是KIO3;反应生成1mol I2转移10mol电子,若反应中有2.5mol电子转移,则生成的碘的物质的量=×1mol=0.25mol。
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