第6講氧化還原反應規律及應用(能力課)1.理解氧化還原反應中的價態轉化規律和反應先后規律及其這些規律的應用。2．理解氧化還原反應中的電子守恒規律及其有關計算。eq\a\vs4\al(價態轉化規律與反應先后規律)1．價態規律(1)價態歸中規律含有不同價態的同種元素物質間發生氧化還原反應時，該元素的價態變化一定遵循“高價＋低價→中間價”，即“價態相間能歸中，歸中價態不交叉，價升價降只靠攏。”如：(2)歧化反應規律同一元素發生氧化還原反應生成不同價態的物質時，該元素的價態變化一定遵循“中間價態→高價態＋低價態”，不會出現“一邊倒”的現象，即生成物中該元素的價態不能都比反應物中該元素價態高，或都比反應物中該元素價態低。(3)同種元素相鄰價態不發生氧化還原反應。如濃硫酸可以干燥SO2。2．先后規律(1)同時含有幾種還原劑時eq\o(→,\s\up9(加入氧化劑))將按照還原性由強到弱的順序依次反應。如：在FeBr2溶液中通入少量Cl2時，因為還原性：Fe2＋>Br－，所以Cl2先與Fe2＋反應。(2)同時含有幾種氧化劑時eq\o(→,\s\up9(加入還原劑))將按照氧化性由強到弱的順序依次反應。如在含有Fe3＋、Cu2＋、H＋的溶液中加入鐵粉，因為氧化性：Fe3＋>Cu2＋>H＋，所以鐵粉先與Fe3＋反應，然后依次與Cu2＋、H＋反應。(3)熟記常見的強弱順序氧化性：MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))(H＋)>Cl2>Br2>Fe3＋>I2>S，還原性：Cl－<Br－<Fe2＋<I－<SO2(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))<S2－。價態轉化規律及應用1．氯氣跟氫氧化鉀溶液在一定條件下發生如下反應：Cl2＋KOH→KX＋KY(未配平)，KX在一定條件下能自身反應：KX→KY＋KZ(未配平，KY與KZ化學計量數之比為1∶3)，以上KX、KY、KZ均是一元酸的鉀鹽，由以上條件推知在KX中氯元素的化合價是()A．＋1 B．＋3C．＋5 D．＋7C[根據題意，可知KY為KCl，根據KX→KY＋KZ中KY與KZ的化學計量數之比為1∶3，可知KX為KClO3。]2．L、M、R、P、Q分別代表五種含不同化合價的氮元素的物質。A、B分別代表兩種含不同化合價的氯元素的物質(每種物質中氮或氯元素的化合價只有一種)。又知物質M中的氮元素化合價要比物質Q中氮元素的化合價低。在一定條件下，它們會發生如下的轉化(關系式未配平)：①P＋A→Q＋B②L＋O2→M＋H2O③L＋M→R＋H2O④B＋H2O→A＋O2(1)若五種含氮元素的物質中，有一種是硝酸，則硝酸是，理由是。(2)某同學寫出下面三個含氮的物質相互轉換的關系式：Ⅰ.M＋P→N2O3＋H2OⅡ.N2O4＋H2O→P＋QⅢ.M＋L→Q＋H2O其中一定不可能實現的是，理由是。[答案](1)PP中氮元素的化合價最高(2)Ⅲ根據氧化還原反應規律，M、L這兩種物質反應，不可能生成氮元素價態比M、L都高的物質3．(1)根據反應KClO3＋6HCl(濃)=3Cl2↑＋KCl＋3H2O可知，氧化產物與還原產物的質量比為。(2)H2S＋H2SO4(濃)=S↓＋SO2＋2H2O中氧化產物為。[答案](1)5∶1(2)S反應先后規律及應用4．向含Fe2＋、I－、Br－的溶液中通入過量的氯氣，溶液中四種粒子的物質的量變化如圖所示，已知：b－a＝5，線段Ⅳ表示一種含氧酸，且Ⅰ和Ⅳ表示的物質中含有相同的元素。下列說法不正確的是()A.線段Ⅱ表示Fe2＋的變化情況B．線段Ⅳ發生反應的離子方程式為I2＋5Cl2＋12OH－=2IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋10Cl－＋6H2OC．根據圖像可計算a＝6D．原溶液中c(Fe2＋)∶c(I－)∶c(Br－)＝2∶1∶3B[根據還原性：I－>Fe2＋>Br－，可知圖中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別代表I－、Fe2＋、Br－，可求得：n(I－)＝2mol，n(Fe2＋)＝4mol，根據Ⅳ代表含氧酸和圖示可知，再根據b－a＝5，Ⅳ代表HIO3，根據電荷守恒n(Br－)＝6mol，故a＝6，C項正確；Ⅳ對應的反應條件不為堿性，離子方程式中OH－不能作反應物，B項錯誤。]5．(2021·遼寧實驗中學模擬)已知：還原性HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))>I－，氧化性IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))>I2，在含3molNaHSO3的溶液中逐滴加入KIO3溶液，加入KIO3和析出I2的物質的量的關系曲線如圖所示。下列說法不正確的是()A．0～a間發生反應：3HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋I－＋3H＋B．a～b間共消耗NaHSO3的物質的量為1.8molC．b～c間發生的反應中I2僅是氧化產物D．當溶液中I－與I2的物質的量之比為5∶2時，加入的KIO3為1.08molC[還原性HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))>I－，所以首先發生的反應為IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋3HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=I－＋3SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋3H＋，繼續加入KIO3，氧化性IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))>I2，所以IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))可以結合H＋氧化I－生成I2，反應為IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋6H＋＋5I－=3H2O＋3I2，根據發生的反應來判斷各個點的產物。]eq\a\vs4\al(電子守恒規律在計算中的應用)【典例】Na2Sx在堿性溶液中可被NaClO氧化為Na2SO4，而NaClO被還原為NaCl，若反應中Na2Sx與NaClO的物質的量之比為1∶16，則x的值為。[思路點撥][答案]51．對于氧化還原反應的計算，要根據氧化還原反應的實質——反應中氧化劑得到的電子總數與還原劑失去的電子總數相等，即得失電子守恒。利用守恒思想，可以拋開繁瑣的反應過程，可不寫化學方程式，不追究中間反應過程，只要把物質分為始態和終態，從得電子與失電子兩個方面進行整體思維，便可迅速獲得正確結果。2．守恒法解題的思維流程(1)找出氧化劑、還原劑及相應的還原產物和氧化產物。(2)找準一個原子或離子得失電子數(注意化學式中粒子的個數)。(3)根據題中物質的物質的量和得失電子守恒列出等式。n(氧化劑)×變價原子個數×化合價變化值(高價－低價)＝n(還原劑)×變價原子個數×化合價變化值(高價－低價)。電子守恒法的基本應用1．(2021·莆田模擬)將0.195g鋅粉加入20.0mL的0.1mol·L－1MOeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(2))溶液中，恰好完全反應，則還原產物可能是()A．M B．M2＋C．M3＋ D．MO2＋B[設反應后M元素的化合價為x，參加反應的MOeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(2))的物質的量為0.1mol·L－1×0.02L＝0.002mol，參加反應的鋅的物質的量為0.195g÷65g·mol－1＝0.003mol，故存在：(5－x)×0.002mol＝0.003mol×2，解得x＝2，故選B。]2．在反應3BrF3＋5H2O=9HF＋Br2＋HBrO3＋O2↑中，若有5molH2O參加反應，被水還原的溴為()A．1mol B．eq\f(2,3)molC．eq\f(4,3)mol D．2molC[5molH2O參加反應，根據方程式知有2molH2O作還原劑，失去4mole－，根據得失電子守恒可知2molH2O還原的溴為eq\f(4,3)mol，C項正確。]3．某離子反應中涉及H2O、ClO－、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))、H＋、N2、Cl－六種粒子。其中N2、ClO－的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。下列判斷不正確的是()A．該反應的氧化劑是ClO－B．消耗1mol還原劑，轉移3mol電子C．氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶3D．當生成14gN2時，消耗的ClO－為1.5molC[根據題意圖示可知氧化劑為ClO－，還原劑為NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，根據得失電子守恒知n(ClO－)×2＝n(NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4)))×3，n(ClO－)∶n(NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4)))＝3∶2，C項錯誤。]得失電子守恒在多步反應中的應用4．足量銅與一定量濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，將這些氣體與1.68LO2(標準狀況)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．60mL B．45mLC．30mL D．15mLA[根據得失電子守恒可知n(Cu)＝2n(O2)＝2×eq\f(1.68,22.4)mol＝0.15mol，故n(NaOH)＝2n(Cu)＝0.30mol，V(NaOH)＝eq\f(0.30,5)L＝60mL。]1．(2021·山東等級考，T13改編)實驗室中利用固體KMnO4進行如圖實驗，下列說法錯誤的是()A.G與H均為氧化產物B.實驗中KMnO4既是氧化劑也是還原劑C.Mn元素至少參與了3個氧化還原反應D.G與H的物質的量之和可能為0.25molD[KMnO4固體受熱分解生成K2MnO4、MnO2、O2，K2MnO4、MnO2均具有氧化性，在加熱條件下能與濃鹽酸發生氧化還原反應，反應過程中Cl－被氧化為Cl2，K2MnO4、MnO2被還原為MnCl2，因此氣體單質G為O2，氣體單質H為Cl2。加熱KMnO4固體的反應中，氧元素化合價由－2升高至0被氧化，加熱K2MnO4、MnO2與濃鹽酸的反應中，氯元素化合價由－1升高至0被氧化，因此O2和Cl2均為氧化產物，故A正確；KMnO4固體受熱分解過程中，錳元素化合價降低被還原，部分氧元素化合價升高被氧化，因此KMnO4既是氧化劑也是還原劑，故B正確；錳元素在反應過程中物質及化合價變化為，Mn元素至少參加了3個氧化還原反應，故C正確；根據發生的反應：2KMnO4eq\o(=,\s\up9(△))K2MnO4＋MnO2＋O2↑，MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up9(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，K2MnO4＋8HCl(濃)eq\o(=,\s\up9(△))MnCl2＋2KCl＋2Cl2↑＋4H2O，0.1molKMnO4最多產生0.05molO2、0.15molCl2，所以G與H的物質的量之和不可能為0.25mol，故D錯誤。][教師備選](雙選)(2020·海南等級考，T9)含有下列有害組分的尾氣，常用NaOH溶液吸收以保護環境。吸收過程中發生歧化反應的是()A．SO3 B．Cl2C．NO2 D．HBrBC[Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O，B、C正確。]2．(2019·浙江4月選考)反應8NH3＋3Cl2=N2＋6NH4Cl，被氧化的NH3與被還原的Cl2的物質的量之比為()A．2∶3 B．8∶3C．2∶1 D．3∶2[答案]A3．(2021·廣東選擇性考試，T18節選)高純AlAs(砷化鋁)可用于芯片制造。芯片制造中的一種刻蝕過程如圖所示，圖中所示致密保護膜為一種氧化物，可阻止H2O2刻蝕液與下層GaAs(砷化鎵)反應。(1)該氧化物為。(2)已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2與上層GaAs的反應中，As元素的化合價變為＋5價，則該反應的氧化劑與還原劑物質的量之比為。[解析](1)由題給芯片制造的刻蝕過程示意圖可知，加入H2O2刻蝕液，GaAs逐漸溶解，當H2O2刻蝕液接觸AlAs時，反應生成一種致密的氧化膜，由此可知，Ga、As均可溶于H2O2刻蝕液，形成的致密氧化膜是AlAs中的鋁被氧化為致密的Al2O3膜。(2)GaAs與H2O2反應時，As由－3價變為＋5價，O由－1價變為－2價，由氧化還原反應中得失電子守恒規律可知，氧化劑(H2O2)與還原劑(GaAs)的物質的量之比為4∶1。[答案](1)Al2O3(2)4∶11．高鐵酸鉀是一種新型、高效、多功能水處理劑，工業上采用向KOH溶液中通入氯氣，然后再加入Fe(NO3)3溶液的方法制備K2FeO4，發生反應：①Cl2＋KOH→KCl＋KClO＋KClO3＋H2O(未配平)；②2Fe(NO3)3＋3KClO＋10KOH=2K2FeO4＋6KNO3＋3KCl＋5H2O。下列說法正確的是()A．反應①中每消耗4molKOH，吸收標準狀況下22.4LCl2B．氧化性：K2FeO4>KClOC.若反應①中n(ClO－)∶n(ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)))＝5∶1，則氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶1D．若反應①的氧化產物只有KClO，則得到0.2molK2FeO4時消耗0.3molCl2D[反應①的生成物有KCl、KClO、KClO3，其中K、Cl的物質的量之比為1∶1，所以每消耗4molKOH，吸收2mol氯氣，標準狀況下2mol氯氣的體積為22.4L·mol－1×2mol＝44.8L，A錯誤；反應②K2FeO4為氧化產物，KClO為氧化劑，則氧化性：K2FeO4<KClO，B錯誤；設ClO－為5mol，ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))為1mol，氯氣轉化成ClO－、ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))被氧化，轉化成KCl被還原，