2018年高考150天化学备考解考题析考点专题3有关氧化还原反应的计算及综合应用

1-3-3 有关氧化还原反应的计算及综合应用
1．【2016年新课标Ⅲ卷T28（2）】（14分）
以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为___________，同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是__________________。
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
【答案】（1）V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；SiO2；（2）0.5；
【解析】
试题分析：（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V元素化合价不变，说明不是氧化还原反应，根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；二氧化硅与酸不反应，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，V元素化合价从＋4价升高到＋5价，而氧化剂KClO3中氯元素化合价从＋5价降低到－1价，则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为少3mol÷6＝0.5mol。
2．【2016年新课标Ⅰ卷T28】(14分)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：
回答下列问题：
(1)NaClO2中Cl的化合价为_______。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2+和Ca2+，要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是______。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________，该反应中氧化产物是_________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为____。(计算结果保留两位小数)
【答案】(1)+3价；(2)2NaClO3+SO2+H2SO4=ClO2+2NaHSO4；
(3)NaOH溶液 ；Na2CO3溶液 ；ClO2-(或NaClO2)；
(4)2:1； O2；
(5)1.57g。
【解析】
气体，产物为NaClO3，则此吸收反应中，氧化剂为ClO2，还原产物为NaClO2，还原剂是H2O2，氧化产物是O2，每1mol的H2O2转移2mol电子，反应方程式是：2NaOH+2ClO2+H2O2=2NaClO2+O2+2H2O，可知氧化剂和还原剂的物质的量之比为2:1，该反应中氧化产物O2。(5)每1克NaClO2的物质的量为n(NaClO2)=1g÷90.5g/mol=mol，其获得电子的物质的量是n(e-)=mol×4=4/90.5mol，1molCl2获得电子的物质的量是2mol，根据电子转移数目相等，可知其相对于氯气的物质的量为n=mol×4÷2=mol，则氯气的质量为mol×71g/mol=1．57g。
【考点定位】考查混合物的分离与提纯、氧化还原反应的分析及电解原理的应用的知识。
【名师点睛】化合价是元素形成化合物时表现出来的性质，在任何化合物中，所有元素正负化合价的代数和等于0，掌握常见元素的化合价，并根据元素吸引电子能力大小及化合物中，所有元素正负化合价的代数和等于0的原则判断元素的化合价。有元素化合价变化的反应是氧化还原反应，元素化合价升高，失去电子，该物质作还原剂，变为氧化产物；元素化合价降低，获得电子，该物质作氧化剂，变为还原产物，元素化合价升降总数等于反应过程中电子转移的数目；可利用最小公倍数法配平氧化还原反应方程式，对于离子反应，同时还要符合电荷守恒及原子守恒。物质的氧化能力大小可结合每1mol物质获得电子的多少，获得电子越多，其氧化能力就越强。
考纲中要求掌握氧化还原反应的配平及相关计算，在近几年的考题中将氧化还原反应与物质的分析推断结合在一起，将电化学原理、新型绿色能源的开发等与工农业生产、科学研究、社会日常生活等结合在一起，考查考生对学科内知识的综合应用能力。这类试题一般难度较大，侧重问题分析和解决能力。
一、利用守恒思想求解氧化还原反应问题的四大步骤
步骤1　找物质
找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物；
步骤2　定得失
确定一个原子或离子得失电子数(注意化学式中的原子个数)；
步骤3　列等式
根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式；
步骤4　找关系
对于多步连续进行的氧化还原反应，只要中间各步反应过程中没有损耗，可直接找出起始物和最终产物，删去中间产物，建立二者之间的电子守恒关系，快速求解。
二、熟记常见的氧化剂及对应的还原产物、还原剂及对应的氧化产物
氧化剂
Cl2
O2
浓H2SO4
HNO3
KMnO4(H＋)、MnO2
Fe3＋
KClO3、ClO－
H2O2
还原产物
Cl－
O2－
SO2
NO或NO2
Mn2＋
Fe2＋
Cl－
H2O
还原剂
I－(HI)
S2－(H2S)
CO、C
Fe2＋
NH3
SO2、SO
H2O2
氧化产物
I2
S
CO2
Fe3＋
NO
SO
O2
1．SO2气体与足量Fe2(SO4)3溶液完全反应后，再加入K2Cr2O7溶液，发生如下两个化学反应：
①SO2＋2Fe3＋＋2H2O＝SO42-＋2Fe2＋＋4H＋；
②Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。
下列有关说法错误的是
A．氧化性：Cr2O72->Fe3＋>SO2
B．K2Cr2O7能将Na2SO3氧化成Na2SO4
C．每有1 mol K2Cr2O7参加反应，转移电子的数目为6NA
D．若有6.72 L SO2(标准状况)参加反应，则最终消耗0.2 mol K2Cr2O7
【答案】D
【解析】A、由①可知，Fe元素的化合价降低，则氧化性为Fe3+＞SO2，由②可知，Cr元素的化合价降低，则氧化性为Cr2O72-＞Fe3+，故A正确；B、因氧化性为Cr2O72-＞SO2，则K2Cr2O7能将Na2SO3氧化成Na2SO4，故B正确；C、每有1molK2Cr2O7参加反应，转移电子为1mol×2×（6-3）=6mol，即转移电子的数目为6NA，故C正确；D、6.72 L SO2（标准状况）参加反应，n（SO2）==0.3mol，由上述两个反应可知，存在3SO2～Cr2O72-，则最终消耗0.1molK2Cr2O7，故D错误；故选D。
2．向含Fe2＋、I－、Br－的溶液中通入过量的氯气，溶液中四种粒子的物质的量变化如图所示，已知：b－a＝5，线段Ⅳ表示一种含氧酸，且Ⅰ和Ⅳ表示的物质中含有相同的元素。下列说法不正确的是
A．线段Ⅱ表示Fe2+的变化情况
B．线段Ⅳ发生反应的离子方程式为：I2+5Cl2+12OH-=2IO3-+10Cl-+6H2O
C．根据图象可计算a=6
D．原溶液中c(Fe2＋)∶c(I－)∶c(Br－)＝2∶1∶3
【答案】B
【解析】向仅含Fe2+、I-、Br-的溶液中通入适量氯气，还原性I-＞Fe2+＞Br-，首先发生反应：2I-+Cl2=I2+2Cl-，I-反应完毕，再反应反应：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，Fe2+反应完毕，又发生反应2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，故线段I代表I-的变化情况，线段Ⅱ代表Fe2+的变化情况，线段Ⅲ代表Br-的变化情况，故A正确；线段IV表示一种含氧酸，且I和IV表示的物质中含有相同的元素，该元素为I元素，2I-+Cl2=I2+2Cl-，消耗1mol氯气，所以碘原子的物质的量为2mol，反应IV消耗氯气的物质的量为5mol，根据电子守恒，设该含氧酸中碘元素的化合价为x， (x-0)×2mol=5mol×2，解得x=+5，则该含氧酸为HIO3，离子方程是I2+5Cl2+6H2O =2IO3-+10Cl-+12H+，故B错误；由通入氯气可知，根据反应离子方程式可知溶液中n（I-）=2n（Cl2）=2mol，溶液中n（Fe2+）=2n（Cl2）=2×（3mol-1mol）=4mol，Fe2+反应完毕，根据电荷守恒可知n（I-）+n（Br-）=2n（Fe2+），故n（Br-）=2n（Fe2+）-n（I-）=2×4mol-2mol=6mol，根据2Br-+Cl2=Br2+2Cl-可知，溴离子反应需要氯气的物质的量为3mol，故a=3+3=6，故C正确；根据以上分析，原溶液中e(Fe2+):c(I-):c(Br-)=4:2:6=2:1:3，故D正确。
3．往200mLFeCl3溶液中通入4.48L标难状况下的H2S气体后(气体完全反应)，再加入过量的Fe粉，反应停止后，测得溶液中含有1.2mol金属阳离子，下列说法正确的是
A．通入H2S时发生反应的离子方程式为Fe3++H2S=Fe2++S↓+2H+
B．若将加入Fe粉后溶液中的1.2mol金属阳离子完全氧化，需要通入Cl213.44L
C．若将上述4.48L标准状况下的H2S换成0.2molNa2S,加入过量的Fe粉后溶液中也能得到1.2mol金属阳离子
D．将原FeCl3溶液加热蒸干并灼烧，得到固体的质量为64g
【答案】D
4．卤族元素在化学中有着极为广泛的应用。
Ⅰ．由于氟的特殊化学性质，它和其他卤素在单质及化合物的制备与性质上存在较明显的差异。
（1）化学家研究发现，SbF5能与[MnF6]2－离子反应得到MnF4，SbF5转化成稳定离子[SbF6]－的盐。而MnF4很不稳定，受热易分解为MnF3和F2。根据以上研究写出以K2MnF6和SbF5为原料，在423 K 的温度下制备F2的化学方程式：________________________________________________。
（2）现代工业以电解熔融的氟氢化钾(KHF2)和氟化氢(HF)混合物制备氟单质，电解制氟装置如图所示。
电解制氟时，要用镍铜合金隔板将两种气体产物严格分开的原因是______________________。
（3）HF的水溶液是氢氟酸，能用于蚀刻玻璃，其化学反应方程式为： ____________________。
Ⅱ．实验室常用高锰酸钾固体与浓盐酸反应制备氯气。将0.08mol KMnO4固体加热一段时间后，收集到a molO2；向反应后残留的固体中加入足量的浓盐酸，又收集到b mol Cl2，此时Mn元素全部以Mn2+的形式存在于溶液中。
（1）请根据上述描述写出K2MnO4与浓盐酸反应制氯气的离子反应方程式：__________________。
（2）通过上述文字中提供的数据计算出a+b的范围为_____________________。
Ⅲ．ClO2可替代Cl2作为自来水消毒剂。常用 “有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。则ClO2的有效氯含量为__________。(计算结果保留两位小数)
【答案】 2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑ 氟气和氢气能发生剧烈反应，引发爆炸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O MnO42-＋8H++4Cl-=Mn2+＋2Cl2↑＋4H2O 0.16≤a+b＜0.2 2.63
（3）玻璃的主要成分为SiO2，SiO2与HF反应的化学方程式为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。
II（1）KMnO4受热分解生成K2MnO4、MnO2和O2，根据题意K2MnO4与浓盐酸反应产生Cl2，K2MnO4被还原成Mn2+，反应可写成：MnO42-+Cl-+H+→Mn2++Cl2↑+H2O，Mn元素的化合价由+6价降至+2价，Cl元素的化合价由-1价升至0价，根据得失电子守恒配平，MnO42-+4Cl-+H+→Mn2++2Cl2↑+H2O，结合原子守恒和电荷守恒，写出离子方程式为：MnO42-+4Cl-+8H+=Mn2++2Cl2↑+4H2O。
（2）在整个过程中KMnO4中所有Mn元素的化合价都由+7价降为+2价，分解过程中的氧化产物为O2，与浓盐酸反应的氧化产物为Cl2，根据得失电子守恒，0.08mol5=4n（O2）+2n（Cl2），4a+2b=0.4。若KMnO4没有分解，a=0，b=0.2，a+b=0.2；若KMnO4完全分解，根据方程式：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑，a取最大值0.04，则b=0.12，a+b=0.16，a+b的取值范围为：0.16a+b0.2。
III.ClO2Cl-，1gClO2得到电子物质的量为5，根据“有效氯含量”的定义，m（Cl2）71g/mol2=5，m（Cl2）=2.63g，则ClO2的有效氯含量为2.63。
点睛：本题第II（2）应用氧化还原反应中的得失电子守恒和极限法进行解题，无需分析KMnO4、K2MnO4、MnO2各自与浓盐酸的反应，提高解题速度。