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微专题二 氧化还原反应的规律和应用
1.氧化还原反应中价态转化的几种简单规律
(1)得失电子守恒规律。
氧化还原反应中,氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数,表现为元素化合价升高的总数等于元素化合价降低的总数。
(2)价态规律。
“高价氧化、低价还原、中间价态两头兼”即最高价时只有氧化性,最低价时只有还原性,中间价态时既有氧化性又有还原性。
(3)先强后弱规律。
(4)价态归中规律。
同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,即其产物的价态既不相互交换,也不交错。如H2S和浓硫酸反应,
H2S不可能被氧化成H2SO4,同样浓硫酸的还原产物也不可能为H2S。
[典型例题1] 几种氧化剂和还原剂相遇时,存在“争先恐后,强者优先”的现象。请预测,在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的混合溶液中加入适量锌粉,首先被置换出来的是( )
A.Mg B.Cu
C.Ag D.H2
C
【解析】 阳离子的氧化性强弱顺序为Ag+>Cu2+>H+>Zn2+>Mg2+,把锌粉加入Cu(NO3)2、Mg(NO3)2 和AgNO3的混合溶液中,锌先与AgNO3反应置换出Ag,然后与Cu(NO3)2反应置换出Cu,锌粉不能与溶液中的Mg(NO3)2发生反应。
(1)用双线桥法表示该反应电子转移的方向和数目:
。
(2)该反应中氧化剂与氧化产物的物质的量之比是 。
2∶5
【解析】 (2)反应中KMnO4得电子,作氧化剂,部分HCl失电子,作还原剂,被氧化生成氯气,氯气为氧化产物,2 mol KMnO4得10 mol电子,10 mol HCl失去10 mol电子产生5 mol Cl2,则该反应中氧化剂KMnO4与氧化产物Cl2的物质的量之比是 2∶5。
(3)由该反应判断, KMnO4 的氧化性比 Cl2 的氧化性 (填“强”或“弱”)。
强
【解析】 (3)根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,由该反应判断, KMnO4的氧化性比 Cl2的氧化性强。
(4)若反应中转移了 2 mol 电子,则产生的 Cl2在标准状况下的体积为
L。
22.4
【解析】 (4)若反应中转移了 2 mol 电子,则产生的 Cl2 的物质的量为1 mol,在标准状况下的体积为1 mol×22.4 L/mol=22.4 L。
氧化还原反应中元素化合价变化的分析方法
元素化合价变化分析是解答一切氧化还原反应问题的前提和基础,正确标出各元素的化合价则是分析氧化还原反应的关键和突破口。具体方法是找变价,判类型;分升降,定其他。反应中一般相邻价态转化最容易;对同一反应中多种元素呈现出多种价态的分析,一般可本着“就近转化”原则。
规律方法
2.氧化还原反应中的相关计算
(1)计算依据。
①氧化剂获得电子总数等于还原剂失去电子总数,即得失电子守恒。
②氧化剂中元素降价总数等于还原剂中元素升价总数,即化合价升降守恒。
(2)常见题型。
①求氧化剂与还原剂的微粒个数之比或质量之比。
②计算参加反应的氧化剂或还原剂的量。
③确定反应前后某一元素价态的变化。
A.+7 B.+2 C.+3 D.+4
C
守恒法解题的思维流程
(1)找出氧化剂、还原剂及对应的还原产物、氧化产物。
(2)标准确变价元素的化合价。
(3)找准氧化剂、还原剂中变价的原子个数。
(4)列出等式并计算:N(氧化剂)×变价原子个数(氧化剂)×|化合价变化值|
(氧化剂)=N(还原剂)×变价原子个数(还原剂)×|化合价变化值|(还原剂)。
思维建模
A.4.5 B.4 C.6 D.9
D微专题二 氧化还原反应的规律和应用
1.氧化还原反应中价态转化的几种简单规律
(1)得失电子守恒规律。
氧化还原反应中,氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数,表现为元素化合价升高的总数等于元素化合价降低的总数。
(2)价态规律。
“高价氧化、低价还原、中间价态两头兼”即最高价时只有氧化性,最低价时只有还原性,中间价态时既有氧化性又有还原性。
(3)先强后弱规律。
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(还原性:Fe2+>Br-)通入Cl2时,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,铁粉先与Fe3+反应,然后依次为Cu2+、H+。
(4)价态归中规律。
同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,即其产物的价态既不相互交换,也不交错。如H2S和浓硫酸反应,H2S不可能被氧化成H2SO4,同样浓硫酸的还原产物也不可能为H2S。
[典型例题1] 几种氧化剂和还原剂相遇时,存在“争先恐后,强者优先”的现象。请预测,在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的混合溶液中加入适量锌粉,首先被置换出来的是( )
A.Mg B.Cu
C.Ag D.H2
【答案】 C
【解析】 阳离子的氧化性强弱顺序为Ag+>Cu2+>H+>Zn2+>Mg2+,把锌粉加入Cu(NO3)2、Mg(NO3)2 和AgNO3的混合溶液中,锌先与AgNO3反应置换出Ag,然后与Cu(NO3)2反应置换出Cu,锌粉不能与溶液中的Mg(NO3)2发生反应。
[跟踪训练1] 实验室可以用高锰酸钾和浓盐酸反应制取氯气,反应的化学方程式如下:2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 。
(1)用双线桥法表示该反应电子转移的方向和数目: 。
(2)该反应中氧化剂与氧化产物的物质的量之比是 。
(3)由该反应判断, KMnO4 的氧化性比 Cl2 的氧化性 (填“强”或“弱”)。
(4)若反应中转移了 2 mol 电子,则产生的 Cl2在标准状况下的体积为 L。
【答案】
(1)
(2)2∶5 (3)强 (4)22.4
【解析】 (1)反应2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O中KMnO4中锰元素的化合价由+7价降低到+2价,得到5个电子,作氧化剂,氯元素的化合价升高,被氧化,当有2 mol KMnO4参加反应,转移电子的物质的量为10 mol,则用双线桥法表示该反应电子转移的方向和数目为。
(2)反应中KMnO4得电子,作氧化剂,部分HCl失电子,作还原剂,被氧化生成氯气,氯气为氧化产物,2 mol KMnO4得10 mol电子,10 mol HCl失去10 mol电子产生5 mol Cl2,则该反应中氧化剂KMnO4与氧化产物Cl2的物质的量之比是 2∶5。
(3)根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,由该反应判断, KMnO4的氧化性比 Cl2的氧化性强。
(4)若反应中转移了 2 mol 电子,则产生的 Cl2 的物质的量为1 mol,在标准状况下的体积为1 mol×22.4 L/mol=22.4 L。
氧化还原反应中元素化合价变化的分析方法
元素化合价变化分析是解答一切氧化还原反应问题的前提和基础,正确标出各元素的化合价则是分析氧化还原反应的关键和突破口。具体方法是找变价,判类型;分升降,定其他。反应中一般相邻价态转化最容易;对同一反应中多种元素呈现出多种价态的分析,一般可本着“就近转化”原则。
2.氧化还原反应中的相关计算
(1)计算依据。
①氧化剂获得电子总数等于还原剂失去电子总数,即得失电子守恒。
②氧化剂中元素降价总数等于还原剂中元素升价总数,即化合价升降守恒。
(2)常见题型。
①求氧化剂与还原剂的微粒个数之比或质量之比。
②计算参加反应的氧化剂或还原剂的量。
③确定反应前后某一元素价态的变化。
[典型例题2] 当溶液中X2和S数目之比为 1∶3时,正好完全发生氧化还原反应,X在还原产物中的化合价为( )
A.+7 B.+2 C.+3 D.+4
【答案】 C
【解析】 X2中含有2个变价原子X,S被氧化生成S,设X在还原产物中的化合价为n,根据得失电子守恒列式得1×2×|+6-n|=3×1×|+4-(+6)|,解得n=+3。
守恒法解题的思维流程
(1)找出氧化剂、还原剂及对应的还原产物、氧化产物。
(2)标准确变价元素的化合价。
(3)找准氧化剂、还原剂中变价的原子个数。
(4)列出等式并计算:N(氧化剂)×变价原子个数(氧化剂)×|化合价变化值|(氧化剂)=N(还原剂)×变价原子个数(还原剂)×|化合价变化值|(还原剂)。
[跟踪训练2] 某同学设计实验确定Al(NO3)3·xH2O的结晶水数目。将Al(NO3)3·xH2O加热发生的反应为4Al(NO3)3·xH2O12NO2↑+3O2↑+2Al2O3+4xH2O,测得生成3.24 g H2O和 336 mL O2(标准状况)。则x等于( )
A.4.5 B.4 C.6 D.9
【答案】 D
【解析】 3.24 g H2O的物质的量为 =0.18 mol,标准状况下336 mL O2的物质的量为=0.015 mol,根据化学方程式可知,反应生成的O2与H2O的物质的量之比为=,解得 x=9,故选D。
1.已知在硫酸溶液中1 mol Cr2可与3 mol C2恰好完全反应,Cr2反应后全部转化为Cr3+,则C2可能转化为( )
A.C B.CO C.CO2 D.CH4
【答案】 C
【解析】 在硫酸溶液中1 mol Cr2可与3 mol C2恰好完全反应,Cr2反应后全部转化为Cr3+,设C2的氧化产物中碳元素化合价为x,根据得失电子守恒,1 mol×2×(6-3)=
3 mol×2×(x-3),解得x=+4,由元素守恒可知,产物中含有氧元素,则C2可能转化为CO2,故选C。
2.已知2NaA+B22NaB+A2
2NaA+C22NaC+A2
2NaB+C22NaC+B2
2NaC+D22NaD+C2
则氧化性由强到弱的顺序是( )
A.A2>B2>C2>D2 B.B2>A2>C2>D2
C.C2>B2>A2>D2 D.D2>C2>B2>A2
【答案】 D
【解析】 利用在同一个氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性的规律进行分析。由2NaA+B22NaB+A2得出氧化性B2>A2,由2NaA+C22NaC+A2得出氧化性C2>A2,由2NaB+C22NaC+B2得出氧化性C2>B2,由2NaC+D22NaD+C2得出氧化性D2>C2,故氧化性D2>C2>B2>A2。
3.为了防止钢铁零件生锈,常采用化学处理使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层,该处理方法称为“发蓝”。化学处理过程中的一步反应为3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+
H2O+NH3↑。下列叙述不正确的是( )
A.该反应生成2个氨气分子,转移6个电子
B.上述反应中铁被氧化
C.N的氧化性强于Fe的氧化性
D.反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶3
【答案】 A
【解析】 该反应中Fe失去2个电子转化为Na2FeO2,3个 Fe转化为3个Na2FeO2转移6个电子,1个NaNO2得到 6个电子生成1个NH3,因此反应生成2个NH3,转移12个电子,A错误;题述反应中Fe失电子为还原剂,被氧化,B正确;NaNO2得电子为氧化剂,Na2FeO2为氧化产物,则N的氧化性强于Fe的氧化性,C正确;该反应中NaNO2为氧化剂,Fe为还原剂,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,D正确。
4.根据下表中信息判断,下列说法正确的是( )
序号 反应物 产物
① KMnO4、H2O2、 H2SO4 K2SO4、MnSO4……
② Cl2、FeBr2 FeCl3、FeBr3
③ Mn…… Cl2、Mn2+……
A.第①组反应的其余产物为H2O
B.第②组反应中Cl2与FeBr2的物质的量之比小于或等于1∶2
C.第③组反应中生成1 mol Cl2,转移5 mol电子
D.氧化性由强到弱的顺序为Mn>Cl2>Fe3+>Br2
【答案】 B
【解析】 该反应中Mn由+7价变为+2价,元素化合价降低,氧化还原反应中有降必有升,故H2O2作还原剂,O由-1价变为0价,所以产物还有O2,A错误;还原性为Fe2+>Br-,所以氯气先氧化Fe2+后氧化Br-,第②组中由产物可知,氯气只氧化Fe2+,而不氧化Br-,故第②组反应中Cl2与FeBr2的物质的量之比小于或等于1∶2,B正确;第③组反应中高锰酸根离子作氧化剂被还原成锰离子,氯离子失电子被氧化成Cl2,生成1 mol Cl2时转移电子的物质的量为2 mol,C错误;同一化学反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,第③组氧化性Mn>Cl2,第②组氧化性Cl2>Br2>Fe3+,所以氧化性由强到弱的顺序为 Mn>Cl2>Br2>
Fe3+,D错误。
5.(1)已知下列三个氧化还原反应:
O2+4HI2I2+2H2O
Na2S+I22NaI+S↓
Cl2+2NaI2NaCl+I2
①试比较O2、I2、S三种单质的氧化性强弱: 。
②Cl2能否从Na2S中置换出硫单质 (填“能”或“不能”)。如能,请写出反应的化学方程式: (如不能,则此空不必填写)。
(2)下列三个氧化还原反应中,氧化性最强的物质是 (填化学式)。
①2FeCl3+2KI2FeCl2+2KCl+I2
②2FeCl2+Cl22FeCl3
③2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
若溶质中Fe2+与I-共存,为了氧化I-而Fe2+不被氧化,应用上述反应中的 (填化学式)作氧化剂。
【答案】 (1)①O2>I2>S ②能 Na2S+Cl22NaCl+S↓ (2)KMnO4 FeCl3
【解析】 (1)①在氧化还原反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,在反应O2+
4HI2I2+2H2O中氧元素从0价降低为-2价,所以O2是氧化剂,碘元素由-1价升高为0价,所以I2是氧化产物,氧化性 O2>I2,在反应Na2S+I22NaI+S↓中碘元素从 0价降低为-1价,所以I2是氧化剂,硫元素从-2价升高为 0价,所以S是氧化产物,氧化性I2>S,则氧化性 O2>I2>S。②由反应Cl2+2NaI2NaCl+I2可知,Cl2的氧化性强于I2的氧化性,可推知Cl2的氧化性强于S的氧化性,因此Cl2能将S从Na2S中置换出来,反应的化学方程式为Na2S+Cl22NaCl+S↓。
(2)由①知氧化性FeCl3>I2,还原性I->Fe2+,由②知氧化性Cl2>FeCl3,还原性Fe2+>Cl-,由 ③知氧化性KMnO4>Cl2,还原性Cl->Mn2+,由此推知氧化性强弱顺序为KMnO4>Cl2>FeCl3>I2,还原性强弱顺序为 I->Fe2+>Cl->Mn2+。由以上分析可得,KMnO4的氧化性最强;KMnO4可氧化Cl-、Fe2+及I-,Cl2可氧化Fe2+及I-,FeCl3只能氧化I-,所以必须选择比Cl2氧化能力弱而又比I2氧化能力强的氧化剂,即选FeCl3。微专题二 氧化还原反应的规律和应用
1.氧化还原反应中价态转化的几种简单规律
(1)得失电子守恒规律。
氧化还原反应中,氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数,表现为元素化合价升高的总数等于元素化合价降低的总数。
(2)价态规律。
“高价氧化、低价还原、中间价态两头兼”即最高价时只有氧化性,最低价时只有还原性,中间价态时既有氧化性又有还原性。
(3)先强后弱规律。
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(还原性:Fe2+>Br-)通入Cl2时,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,铁粉先与Fe3+反应,然后依次为Cu2+、H+。
(4)价态归中规律。
同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,即其产物的价态既不相互交换,也不交错。如H2S和浓硫酸反应,H2S不可能被氧化成H2SO4,同样浓硫酸的还原产物也不可能为H2S。
[典型例题1] 几种氧化剂和还原剂相遇时,存在“争先恐后,强者优先”的现象。请预测,在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的混合溶液中加入适量锌粉,首先被置换出来的是( )
A.Mg B.Cu
C.Ag D.H2
[跟踪训练1] 实验室可以用高锰酸钾和浓盐酸反应制取氯气,反应的化学方程式如下:2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 。
(1)用双线桥法表示该反应电子转移的方向和数目: 。
(2)该反应中氧化剂与氧化产物的物质的量之比是 。
(3)由该反应判断, KMnO4 的氧化性比 Cl2 的氧化性 (填“强”或“弱”)。
(4)若反应中转移了 2 mol 电子,则产生的 Cl2在标准状况下的体积为 L。
(1)
(2)2∶5 (3)强 (4)22.4
(2)反应中KMnO4得电子,作氧化剂,部分HCl失电子,作还原剂,被氧化生成氯气,氯气为氧化产物,2 mol KMnO4得10 mol电子,10 mol HCl失去10 mol电子产生5 mol Cl2,则该反应中氧化剂KMnO4与氧化产物Cl2的物质的量之比是 2∶5。
(3)根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,由该反应判断, KMnO4的氧化性比 Cl2的氧化性强。
(4)若反应中转移了 2 mol 电子,则产生的 Cl2 的物质的量为1 mol,在标准状况下的体积为1 mol×22.4 L/mol=22.4 L。
氧化还原反应中元素化合价变化的分析方法
元素化合价变化分析是解答一切氧化还原反应问题的前提和基础,正确标出各元素的化合价则是分析氧化还原反应的关键和突破口。具体方法是找变价,判类型;分升降,定其他。反应中一般相邻价态转化最容易;对同一反应中多种元素呈现出多种价态的分析,一般可本着“就近转化”原则。
2.氧化还原反应中的相关计算
(1)计算依据。
①氧化剂获得电子总数等于还原剂失去电子总数,即得失电子守恒。
②氧化剂中元素降价总数等于还原剂中元素升价总数,即化合价升降守恒。
(2)常见题型。
①求氧化剂与还原剂的微粒个数之比或质量之比。
②计算参加反应的氧化剂或还原剂的量。
③确定反应前后某一元素价态的变化。
[典型例题2] 当溶液中X2和S数目之比为 1∶3时,正好完全发生氧化还原反应,X在还原产物中的化合价为( )
A.+7 B.+2 C.+3 D.+4
守恒法解题的思维流程
(1)找出氧化剂、还原剂及对应的还原产物、氧化产物。
(2)标准确变价元素的化合价。
(3)找准氧化剂、还原剂中变价的原子个数。
(4)列出等式并计算:N(氧化剂)×变价原子个数(氧化剂)×|化合价变化值|(氧化剂)=N(还原剂)×变价原子个数(还原剂)×|化合价变化值|(还原剂)。
[跟踪训练2] 某同学设计实验确定Al(NO3)3·xH2O的结晶水数目。将Al(NO3)3·xH2O加热发生的反应为4Al(NO3)3·xH2O12NO2↑+3O2↑+2Al2O3+4xH2O,测得生成3.24 g H2O和 336 mL O2(标准状况)。则x等于( )
A.4.5 B.4 C.6 D.9
1.已知在硫酸溶液中1 mol Cr2可与3 mol C2恰好完全反应,Cr2反应后全部转化为Cr3+,则C2可能转化为( )
A.C B.CO C.CO2 D.CH4
3 mol×2×(x-3),解得x=+4,由元素守恒可知,产物中含有氧元素,则C2可能转化为CO2,故选C。
2.已知2NaA+B22NaB+A2
2NaA+C22NaC+A2
2NaB+C22NaC+B2
2NaC+D22NaD+C2
则氧化性由强到弱的顺序是( )
A.A2>B2>C2>D2 B.B2>A2>C2>D2
C.C2>B2>A2>D2 D.D2>C2>B2>A2
3.为了防止钢铁零件生锈,常采用化学处理使钢铁零件表面生成Fe3O4的致密保护层,该处理方法称为“发蓝”。化学处理过程中的一步反应为3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+
H2O+NH3↑。下列叙述不正确的是( )
A.该反应生成2个氨气分子,转移6个电子
B.上述反应中铁被氧化
C.N的氧化性强于Fe的氧化性
D.反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶3
4.根据下表中信息判断,下列说法正确的是( )
序号 反应物 产物
① KMnO4、H2O2、 H2SO4 K2SO4、MnSO4……
② Cl2、FeBr2 FeCl3、FeBr3
③ Mn…… Cl2、Mn2+……
A.第①组反应的其余产物为H2O
B.第②组反应中Cl2与FeBr2的物质的量之比小于或等于1∶2
C.第③组反应中生成1 mol Cl2,转移5 mol电子
D.氧化性由强到弱的顺序为Mn>Cl2>Fe3+>Br2
Fe3+,D错误。
5.(1)已知下列三个氧化还原反应:
O2+4HI2I2+2H2O
Na2S+I22NaI+S↓
Cl2+2NaI2NaCl+I2
①试比较O2、I2、S三种单质的氧化性强弱: 。
②Cl2能否从Na2S中置换出硫单质 (填“能”或“不能”)。如能,请写出反应的化学方程式: (如不能,则此空不必填写)。
(2)下列三个氧化还原反应中,氧化性最强的物质是 (填化学式)。
①2FeCl3+2KI2FeCl2+2KCl+I2
②2FeCl2+Cl22FeCl3
③2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
若溶质中Fe2+与I-共存,为了氧化I-而Fe2+不被氧化,应用上述反应中的 (填化学式)作氧化剂。
4HI2I2+2H2O中氧元素从0价降低为-2价,所以O2是氧化剂,碘元素由-1价升高为0价,所以I2是氧化产物,氧化性 O2>I2,在反应Na2S+I22NaI+S↓中碘元素从 0价降低为-1价,所以I2是氧化剂,硫元素从-2价升高为 0价,所以S是氧化产物,氧化性I2>S,则氧化性 O2>I2>S。②由反应Cl2+2NaI2NaCl+I2可知,Cl2的氧化性强于I2的氧化性,可推知Cl2的氧化性强于S的氧化性,因此Cl2能将S从Na2S中置换出来,反应的化学方程式为Na2S+Cl22NaCl+S↓。
(2)由①知氧化性FeCl3>I2,还原性I->Fe2+,由②知氧化性Cl2>FeCl3,还原性Fe2+>Cl-,由 ③知氧化性KMnO4>Cl2,还原性Cl->Mn2+,由此推知氧化性强弱顺序为KMnO4>Cl2>FeCl3>I2,还原性强弱顺序为 I->Fe2+>Cl->Mn2+。由以上分析可得,KMnO4的氧化性最强;KMnO4可氧化Cl-、Fe2+及I-,Cl2可氧化Fe2+及I-,FeCl3只能氧化I-,所以必须选择比Cl2氧化能力弱而又比I2氧化能力强的氧化剂,即选FeCl3。
