高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)精講精練第09講 氧化還原反應(yīng)的計算及方程式的配平（精講）（解析版）

第9講氧化還原反應(yīng)的計算及方程式的配平【核心素養(yǎng)分析】證據(jù)推理與模型認(rèn)知：建立氧化還原反應(yīng)的觀點(diǎn)，掌握氧化還原反應(yīng)的規(guī)律，結(jié)合常見的氧化還原反應(yīng)理解有關(guān)規(guī)律；通過分析、推理等方法認(rèn)識氧化還原反應(yīng)的特征和實質(zhì)，建立氧化還原反應(yīng)計算和配平的思維模型?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識：認(rèn)識科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)。創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動；能從氧化還原反應(yīng)的角度，設(shè)計探究方案，進(jìn)行實驗探究，加深對物質(zhì)氧化性、還原性的理解。【重點(diǎn)知識梳理】知識點(diǎn)一氧化還原反應(yīng)方程式的書寫與配平1．氧化還原方程式配平的基本原則2．氧化還原方程式配平的一般步驟以上方法步驟以Cu與稀HNO3反應(yīng)的方程式配平為例說明如下：(1)標(biāo)變價eq\o(C,\s\up6(0))u＋eq\o(HN,\s\up6(＋5))O3(稀)——eq\o(Cu,\s\up6(＋2))(NO3)2＋eq\o(NO,\s\up6(＋2))＋H2O(2)列變化eq\o(C,\s\up6(0))u＋eq\o(HN,\s\up6(＋5))O3(稀)——eq\o(Cu,\s\up11(＋2),\s\do4(↑2))(NO3)2＋eq\o(NO,\s\up11(＋2),\s\do4(↓3))＋H2O(3)求總數(shù)eq\o(C,\s\up6(0))u＋eq\o(HN,\s\up6(＋5))O3(稀)——eq\o(Cu,\s\up11(＋2),\s\do4(↑2×3))(NO3)2＋eq\o(NO,\s\up11(＋2),\s\do4(↓3×2))＋H2O(4)定系數(shù)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(5)查守恒，其他原子在配平時相等，最后利用O原子守恒來進(jìn)行驗證?！痉椒记伞颗淦降幕痉椒?1)全變從左邊配：氧化劑、還原劑中某元素化合價是全變的，一般從左邊反應(yīng)物著手配平。(2)自變從右邊配：自身氧化還原反應(yīng)(包括分解、歧化)一般從右邊著手配平。(3)缺項配平法：先將得失電子數(shù)配平，再觀察兩邊電荷。若反應(yīng)物這邊缺正電荷，一般加H＋，生成物一邊加水；若反應(yīng)物這邊缺負(fù)電荷，一般加OH－，生成物一邊加水，然后進(jìn)行兩邊電荷數(shù)配平。(4)當(dāng)方程式中有多個缺項時，應(yīng)根據(jù)化合價的變化找準(zhǔn)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。(5)整體配平：指某一氧化還原反應(yīng)中，有三種元素的化合價發(fā)生了變化，但其中一種反應(yīng)物中同時有兩種元素化合價升高或降低，這時要進(jìn)行整體配平。知識點(diǎn)二電子守恒思想在氧化還原反應(yīng)計算中的應(yīng)用1．對于氧化還原反應(yīng)的計算，要根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)——反應(yīng)中氧化劑得到的電子總數(shù)與還原劑失去的電子總數(shù)相等，即得失電子守恒。利用守恒思想，可以拋開繁瑣的反應(yīng)過程，可不寫化學(xué)方程式，不追究中間反應(yīng)過程，只要把物質(zhì)分為始態(tài)和終態(tài)，從得電子與失電子兩個方面進(jìn)行整體思維，便可迅速獲得正確結(jié)果。2．守恒法解題的思維流程(1)找出氧化劑、還原劑及相應(yīng)的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。(2)找準(zhǔn)一個原子或離子得失電子數(shù)(注意化學(xué)式中粒子的個數(shù))。(3)根據(jù)題中物質(zhì)的物質(zhì)的量和得失電子守恒列出等式。n(氧化劑)×變價原子個數(shù)×化合價變化值(高價－低價)＝n(還原劑)×變價原子個數(shù)×化合價變化值(高價－低價)。3．氧化還原反應(yīng)計算的常用方法——得失電子守恒法得失電子守恒是指在發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，氧化劑得到的電子總數(shù)一定等于還原劑失去的電子總數(shù)。得失電子守恒法常用于氧化還原反應(yīng)中氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的有關(guān)計算及電解過程中電極產(chǎn)物的有關(guān)計算等。(1)應(yīng)用電子守恒解題的一般步驟——“一、二、三”。①“一找各物質(zhì)”：找出氧化劑、還原劑及相應(yīng)的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。②“二定得失數(shù)”：確定一個原子或離子得失電子數(shù)(注意化學(xué)式中原子的個數(shù))。③“三列關(guān)系式”：根據(jù)題中物質(zhì)的物質(zhì)的量和電子守恒列出等式。n(氧化劑)×變價原子個數(shù)×化合價變化值＝n(還原劑)×變價原子個數(shù)×化合價變化值。(2)多步連續(xù)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計算：對于多步連續(xù)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，只要中間各步反應(yīng)過程中電子沒有損耗，可直接找出起始物和最終產(chǎn)物，刪去中間產(chǎn)物，建立二者之間的電子守恒關(guān)系，快速求解。應(yīng)用以上方法解答有關(guān)氧化還原反應(yīng)的計算題時，可化難為易，化繁為簡?！镜湫皖}分析】高頻考點(diǎn)一氧化還原反應(yīng)的相關(guān)計算例1.（浙江卷）反應(yīng)SKIPIF1<0中，氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比是()A.1:2 B.1:1 C.2:1 D.4:1【答案】B【解析】由反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)物MnO2中的Mn元素的化合價為+4價，生成物MnCl2中Mn元素的化合價為+2價，反應(yīng)物HCl中Cl元素的化合價為-1價，生成物Cl2中Cl元素的化合價為0價，故MnCl2是還原產(chǎn)物，Cl2是氧化產(chǎn)物，由氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒可知，n(Cl2)：n(MnCl2)=1：1，B符合題意；答案選B?！九e一反三】（2019·浙江選考）反應(yīng)8NH3＋3Cl2N2＋6NH4Cl，被氧化的NH3與被還原的Cl2的物質(zhì)的量之比為（）A．2∶3 B．8∶3 C．6∶3 D．3∶2【答案】A【解析】該氧化還原反應(yīng)用雙線橋表示為，可知實際升價的N原子為2個，所以2個NH3被氧化，同時Cl2全部被還原，觀察計量數(shù)，Cl2為3個，因而被氧化的NH3與被還原的Cl2的物質(zhì)的量之比為2：3，故答案選A?！咀兪教骄俊浚◤V東廣雅中學(xué)模擬）四氧化三鐵(Fe3O4)磁性納米顆粒穩(wěn)定、容易生產(chǎn)且用途廣泛，是臨床診斷、生物技術(shù)和環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域多種潛在應(yīng)用的有力工具。水熱法制備Fe3O4納米顆粒的反應(yīng)是3Fe2＋＋2S2Oeq\o\al(2－,3)＋O2＋xOH－=Fe3O4↓＋S4Oeq\o\al(2－,6)＋2H2O。請回答下列問題：(1)水熱法制備Fe3O4納米顆粒的反應(yīng)中，還原劑是____________。(2)反應(yīng)的離子方程式中x＝________。(3)每生成1molFe3O4，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子為________mol，被Fe2＋還原的O2的物質(zhì)的量為________mol?！窘馕觥?2)根據(jù)電荷守恒得：2×3＋2×(－2)＋(－x)＝－2，解得x＝4。(3)根據(jù)還原劑失電子總數(shù)等于氧化劑得電子總數(shù)，當(dāng)生成1molFe3O4時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)即1molO2得電子總數(shù)為4mol。設(shè)被Fe2＋還原的O2的物質(zhì)的量為y，根據(jù)得失電子守恒可知，4y＝1mol×3×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(8,3)－2))，解得y＝0.5mol。【答案】(1)Fe2＋、S2Oeq\o\al(2－,3)(2)4(3)40.5高頻考點(diǎn)二考查多步反應(yīng)中的計算例2．(河北石家莊質(zhì)檢)取xg銅鎂合金完全溶于濃硝酸中，反應(yīng)過程中硝酸被還原只產(chǎn)生8960mL的NO2氣體和672mL的N2O4氣體(都已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)，在反應(yīng)后的溶液中加入足量的氫氧化鈉溶液，生成沉淀質(zhì)量為17.02g。則x等于 ()A．8.64 B．9.20C．9.00 D．9.44【答案】B【解析】反應(yīng)流程為eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(Mg,Cu))eq\o(→,\s\up7(濃HNO3))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Mg2＋、Cu2＋\o(→,\s\up11(NaOH),\s\do4())\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Mg（OH）2,Cu（OH）2)),NO2、N2O4))xg＝17.02g－m(OH－)，而OH－的物質(zhì)的量等于鎂、銅失去電子的物質(zhì)的量，等于濃HNO3得電子的物質(zhì)的量，即n(OH－)＝eq\f(8.96L,22.4L·mol－1)×1＋eq\f(0.672L,22.4L·mol－1)×2×1＝0.46mol。所以xg＝17.02g－0.46mol×17g·mol－1＝9.20g?！痉椒记伞坑械脑囶}反應(yīng)過程多，涉及的氧化還原反應(yīng)也多，數(shù)量關(guān)系較為復(fù)雜，若用常規(guī)方法求解比較困難，若抓住失電子總數(shù)等于得電子總數(shù)這一關(guān)系，則解題就變得很簡單。解這類試題時，注意不要遺漏某個氧化還原反應(yīng)，要理清具體的反應(yīng)過程，分析在整個反應(yīng)過程中化合價發(fā)生變化的元素得電子數(shù)目和失電子數(shù)目?！咀兪教骄俊浚◤V西柳州高級中學(xué)模擬）足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，將這些氣體與1.68LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是()A．60mLB．45mLC．30mLD．15mL【答案】A【解析】由題意可知，HNO3eq\o(————→,\s\up11(Cu),\s\do4(O2))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(NO2,N2O4,NO))，則Cu失去的電子數(shù)與O2得到的電子數(shù)相等。即n(Cu)＝2n(O2)＝2×eq\f(1.68L,22.4L·mol－1)＝0.15mol。根據(jù)質(zhì)量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反應(yīng)可得關(guān)系式：n(NaOH)＝2n[Cu(NO3)2]＝2n(Cu)＝0.3mol，則V(NaOH)＝eq\f(0.3mol,5mol·L－1)＝0.06L＝60mL。高頻考點(diǎn)三氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平例3.（陜西西安交大附中模擬）KMnO4與熱的稀硫酸酸化的Na2C2O4反應(yīng)，生成Mn2＋和CO2，寫出并配平該反應(yīng)的離子方程式?！敬鸢浮?MnOeq\o\al(－,4)＋5C2Oeq\o\al(2－,4)＋16H＋eq\o(=,\s\up7(△))2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O?！窘馕觥康谝徊剑阂李}意，錳元素的化合價降低，故KMnO4是氧化劑，Mn2＋是還原產(chǎn)物；碳元素的化合價升高，故Na2C2O4(碳元素化合價為＋3價)是還原劑，CO2是氧化產(chǎn)物。第二步：按“氧化劑＋還原劑→還原產(chǎn)物＋氧化產(chǎn)物”把離子方程式初步寫成MnOeq\o\al(－,4)＋C2Oeq\o\al(2－,4)→Mn2＋＋CO2↑。由MnOeq\o\al(－,4)→Mn2＋，錳元素降了5價；由C2Oeq\o\al(2－,4)→CO2，碳元素升了1價，1molC2Oeq\o\al(2－,4)共失去2mole－，故在C2Oeq\o\al(2－,4)前配5，在氧化產(chǎn)物CO2前配10；在MnOeq\o\al(－,4)前配2，在還原產(chǎn)物Mn2＋前配2，即2MnOeq\o\al(－,4)＋5C2Oeq\o\al(2－,4)→2Mn2＋＋10CO2↑。第三步：反應(yīng)在硫酸中進(jìn)行，故在左邊補(bǔ)充H＋，右邊補(bǔ)充H2O，即2MnOeq\o\al(－,4)＋5C2Oeq\o\al(2－,4)＋eq\x()H＋→2Mn2＋＋10CO2↑＋eq\x()H2O。第四步：依據(jù)電荷守恒及H、O原子守恒配平，即2MnOeq\o\al(－,4)＋5C2Oeq\o\al(2－,4)＋16H＋eq\o(=,\s\up7(△))2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O?！咀兪教骄俊浚ㄋ拇ǔ啥紝嶒炌鈬Z學(xué)校模擬）高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種易溶于水、高效的多功能水處理劑。工業(yè)上通常先制得高鐵酸鈉，然后在一定溫度下，向高鐵酸鈉溶液中加入KOH至飽和，從而使高鐵酸鉀析出。(1)高鐵酸鉀中鐵元素的化合價為________，推測其具有的化學(xué)性質(zhì)是____________。(2)高鐵酸鉀與水反應(yīng)生成O2、Fe(OH)3(膠體)和KOH。①該反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________________。②高鐵酸鉀作為水處理劑起到的作用是________________________。(3)①在無水條件下制備高鐵酸鈉的主要反應(yīng)為2FeSO4＋aNa2O2=2Na2FeO4＋bX＋2Na2SO4＋cO2↑，該反應(yīng)中物質(zhì)X的化學(xué)式為____________，b與c的關(guān)系是____________。②一定溫度下，向高鐵酸鈉溶液中加入KOH至飽和可析出高鐵酸鉀，原因是___________________________________________________________________________________________。(4)在堿性條件下，由氯化鐵、氯氣可制備高鐵酸鉀，寫出該反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________________________。(5)某同學(xué)配制了一瓶K2FeO4溶液，但標(biāo)簽丟失了，測定該瓶溶液物質(zhì)的量濃度的實驗步驟如下。步驟1：準(zhǔn)確量取VmL溶液加入錐形瓶中；步驟2：在強(qiáng)堿溶液中，用過量CrOeq\o\al(－,2)與FeOeq\o\al(2－,4)反應(yīng)生成Fe(OH)3和CrOeq\o\al(2－,4)；步驟3：加足量稀硫酸，使CrOeq\o\al(2－,4)轉(zhuǎn)化為Cr2Oeq\o\al(2－,7)，CrOeq\o\al(－,2)轉(zhuǎn)化為Cr3＋，F(xiàn)e(OH)3轉(zhuǎn)化為Fe3＋；步驟4：加入二苯胺磺酸鈉做指示劑，用cmol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液V1mL。①滴定時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________。②原溶液中K2FeO4的物質(zhì)的量濃度為____________(用含字母的代數(shù)式表示)?！窘馕觥?1)根據(jù)化合物中各元素化合價的代數(shù)和為零，可得K2FeO4中鐵元素的化合價為＋6價；高鐵酸鉀中鐵元素處于高價態(tài)，則高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性。(2)①高鐵酸鉀與水反應(yīng)生成O2、Fe(OH)3(膠體)和KOH，則反應(yīng)的離子方程式為4FeOeq\o\al(2－,4)＋10H2O=4Fe(OH)3(膠體)＋8OH－＋3O2↑。②高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，作為水處理劑能起到殺菌消毒的作用，同時其還原產(chǎn)物為Fe(OH)3膠體，又能起到凈水的作用。(3)①根據(jù)元素守恒可知，X應(yīng)是Na2O，根據(jù)鈉元素守恒有2a＝8＋2b，根據(jù)氧元素守恒有2a＝8＋b＋2c，兩式聯(lián)立，可得b＝2c。②一定溫度下，向