氧化还原反应与电化学问题的解决策略

1、氧化还原反应与电化学问题的解决策略【考情分析】1氧化还原反应知识贯穿于中学化学学习的始终，故每年必考，且题型多样。今后命题将会继续集中在以下2个方面：氧化还原反应的概念及应用，包括氧化还原反应的配平与计算，氧化性、还原性强弱的判断。同时也会因涉及知识面广，可能出现新的题型、新的设问方式，特别是与实验应用相结合成为命题的新趋势。2电化学内容在工业生产中有着广泛应用，是高考重点考查的内容之一，其主要考点有：掌握原电池的概念、形成条件、装置中各部分名称、电极反应、导线上电流方向、电子流向、溶液中离子运动方向、对盐桥的认识；正确认识化学腐蚀、电化学腐蚀、析氢腐蚀、吸氧腐蚀并能加以区别；了解金属腐蚀的防

2、护方法；掌握电解的原理及有关规律，能对电极产物进行判断，能对电解后溶液的酸碱性变化加以判断，能正确表示电解的电极反应及总反应；电解原理的应用和基本计算。【知识交汇】一、氧化还原反应1熟练掌握基本概念2会标电子转移的方向和数目失去6eCu2S O2 2Cu SO2 得到4e得到2e氧化剂 氧化剂 还原产物 氧化产物还原剂 还原产物2eCaH2 2H2O Ca(OH)2 2H2还原剂 氧化剂 氧化产物还原产物3氧化产物、还原产物的判断氧化产物、还原产物是从实验得出的。对于一些我们不熟悉的氧化还原反应，可以根据化合价变化的规律，分析氧化产物、还原产物，如下表。氧化剂还原剂氧化产物还原产物O3I不能确

3、定H2OFe3SO2SO42Fe2MnO4H2O2O2不能确定ClOClCl2Cl24氧化反应与还原反应的关系氧化还原反应中，氧化反应与还原反应总是同时发生的。一个完整的氧化还原反应方程式可以拆写成两个“半反应”，一个是“氧化反应”，一个是“还原反应”。如2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+的拆写结果是：氧化反应为Cu-2e=Cu2+；还原反应为2Fe3+2e=2Fe3+，又如下表：氧化还原反应氧化反应还原反应3NO2+H2O=2H+2NO3+NO2NO22e-2H2O=4H+2NO32NO22e-2H+=NOH2OCH4+2O2+2OH=CO32+3H2OCH410OH8eCO327H2O2H

4、2OO24e4OH5氧化还原反应的基本规律守恒规律：电子得失总数(或化合价升降总数)相等。据此，可用于配平、计算。价态规律同种元素最高价态只具有氧化性；最低价态只具有还原性；中间价态既具有氧化性，又具有还原性。可简记为：高价氧，低价还，中价全。化合物(如)：因既有正价又有负价，所以同时具有氧化性和还原性。归中不交规律若价态相隔(即有中间价)，一般能反应，且生成中间价态，但二者的化合价不会交叉变化。如若价态相邻，则不反应。如CCO、COCO2、SO2SO3等。先强后弱规律(反应顺序)一种氧化剂遇多种还原剂时，总是按还原性先强后弱的顺序反应。例如，把Cl2通入FeBr2溶液中，Cl2可把Fe2、B

5、r氧化，由于还原性Fe2Br，所以Cl2先氧化Fe2，之后，若还有Cl2，才氧化Br。若n(FeBr2):n(Cl2) = 1:1，其离子方程式为：2Fe22Br2Cl2 = 2Fe3Br24Cl同理，一种还原剂遇多种氧化剂时，是按氧化性先强后弱的顺序反应。如Fe与CuCl2HCl混合液，Fe先与Cu2反应，后与H反应。由强变弱规律(反应方向)氧化还原反应总是向着氧化性和还原性减弱的方向进行，反之不能。据此，可判断两物质能否发生氧化还原反应。二、原电池1常见的原电池有两类：一类是类似伏打电池的普通原电池装置；另一类是产生电流效率较高的带盐桥的原电池装置，如下图所示：CuZnGH2SO4溶液盐桥

6、Zn稀硫酸GZnSO4溶液电流计Cu两装置工作原理是相同的，即总反应方程式是Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。盐桥的作用是使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电流效率。2在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能与电解质不反应，不发生反应的可看作金属发生吸氧腐蚀。如图1： CuCl2溶液 NaCl溶液 图1 图23闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触，如图2。4根据原电池的工作原理可得二次电池充电装置图为 。5原电池原理的应用利用原电池原理可以制造出各种实用电池，即化学电源，如锌锰干电池、铅蓄电池、锂电池、新型燃料电池等。原电池原理可用于解决

7、一些实际问题，如加快某些化学反应时的速率（稀硫酸与锌反应时，常滴入几滴硫酸铜溶液）；分析金属电化学腐蚀的快慢和防护方法等。三、电解池1原电池装置与电解装置的比较有无外接电源。 要注意到原电池的两极称为正负极，溶液中放电的阴离子向负极移动，放电的阳离子向正极移动，电解池的两极称为阴阳极，阴阳离子在外加电场的作用下分别向阳极和阴极移动。2串联装置图比较图一中无外接电源，两者必有一个装置是原电池装置(相当于发电装置)，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，如图一中左图为原电池装置，右图为电解装置。图二中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。3电解的规律若用惰

8、性电极（如Pt、石墨）进行电解，产物的规律如下（氟化物例外）：电解质电 解 产 物结 论类 别举 例阳 极阴 极溶液组成无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐HCl CuCl2非金属单质(非O2)氢气或金属单质浓度减小，溶质不变。实质是溶质发生分解含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐H2SO4 NaOH Na2SO4氧 气氢 气溶质不变，浓度增大。实质是电解水活泼金属的无氧酸盐NaCl非金属单质(非O2)氢 气有碱生成实质是溶质和水同时分解不活泼金属的含氧酸盐CuSO4氧 气金属单质有含氧酸生成4电解原理的应用氯碱工业：即电解饱和食盐水(制取烧碱和氯气)的工业。其反应原理是：阳极2Cl2eCl2，阴极2H2

9、eH2，总反应2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2。电镀：是特殊的电解。电镀时，用镀层金属做阳极、待镀金属(镀件)做阴极，用含含镀层金属阳离子的电解质溶液。理论上讲，电镀时，电解质溶液的成分是不变的。铜的电解精炼：粗铜中通常含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质电极名称电极材料电极反应电解质溶液溶液浓度阳极粗铜板Cu2eCu2、Fe2eFe2、Ni2eNi2CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)基本保持不变(或略有下降)阴极纯铜板Cu22e Cu位于金属活动顺序铜之后的Ag、Au等金属，因为给出电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成离子溶解下来，当阳极上的Cu失去电子变成离子溶解后，它们以金属

10、单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥。电冶金：电解法冶炼活泼金属。电解法冶炼活泼金属时，电解液是用熔融的金属化合物(通常是氯化物或氧化物)，以制取金属钠为例，电解过程中，电极反应式分别是：阳极2Cl2eCl2，阴极2Na2e2Na，总反应式为2NaCl2NaCl2。【思想方法】【例1】1986年，人们成功的用如下反应制得了氟：2KMnO4+2KF+10HF+3H2O2=2K2MnF6+8H2O+3O2 K2MnF6+2SbF5=2KSbF6+MnF42MnF4=2MnF3+F2。下列说法中正确的是A反应、都是氧化还原反应 B反应H2O2既是还原剂又是氧化剂C氧化性：H2O2KMnO4 

11、; D每生成1mol F2，上述反应共转移8mol电子【分析】本题主要考查氧化还原反应中的基本概念。反应是氧化还原反应，氧化剂是KMnO4，双氧水作还原剂，选项B错。由氧化剂的氧化性大于还原剂的氧化性，可知选项C错，同时可知当有2molK2MnF6生成时转移6mol电子。题中反应反应前后无元素化合价的升降，是非氧化还原反应，故选项A错。每生成1molF2，反应转移2mol电子，根据3个反应式可列出关系式1molF22molMnF42molK2MnF6，结合前面分析：可知反应转移6mol电子，因此每生成1mol F2，上述反应共转移8mol电子。本题应选D【例2】在一定条件下有下列反应： X2

12、+ Y2 + H2O HXO3 + HY 配平上述氧化还原反应的方程式，并标出电子转移的方向和数目。反应中还原剂是 ，若有转移2mol 电子，则生成HXO3的物质的量为 mol。X2、Y2可能的组合是 (填编号，下同)。aBr2 F2 bI2 Cl2 cCl2 O2 dN2 Br2 若用KX制取HX，则应该选用的酸是 。a稀H2SO4 b稀HNO3 c浓H2SO4 d浓H3PO4 原因是 。【分析】本题对氧化还原反应进行了综合考查。X2(0+5)5×2×1(1为系数)，Y2(0-1)1×2×5 (5为系数)，再根据质量守恒定律可知水前面的化学计量数为6，

13、反应的化学方程式表示为X2 + 5Y2 + 6H2O =2HXO3 + 10HY。反应中Y2作氧化剂，X2作还原剂，由于反应在水溶液中进行，因此Y2不可能是F2，a错，由于Y2的还原产物是HY，因此Y2不可能是O2，c错，若选项d成立，据题意N2的氧化产物HXO3是HNO3，Br2的还原产物HY是HBr，很显然HNO3和HBr在溶液中不能大量共存，因此d错。若用KX制取HX，由于X是I，根据HI的性质，易挥发，具有强还原性，因此只能选用难挥发性酸(沸点高)和非氧化性酸，因此只有d成立。答案： X2 0.4 b d 磷酸是非氧化性酸，难挥发性酸【例3】控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I

14、2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极【分析】本题中涉及的是带有盐桥的原电池，是课标中的新增内容， 盐桥的存在可使氧化还原反应在同时而不同地进行，大大提高电 流的效率。但其工作原理和不带盐桥的原电池的一样的，即负极 失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应。对于本题，甲中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为2Fe3+2e-2Fe2+，乙中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为2I-2e-I2。当反应达到

15、平衡时，正逆反应的速率相等，此时电路中电流强度的和为0，故电流计的读数为0，反之也成立，选项A、B、C均正确。当电流计读数为零后，在甲中再溶入FeCl2固体，导致化学平衡逆向移动，即把该反应的逆反应设置成原电池，甲中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为2Fe2+2e-2Fe3+，乙中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为2I22e-2I-，D错。本题应选D。【例4】如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是A生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是：Fe2e = Fe2

16、Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀【分析】粗看装置虽感到陌生，但仔细分析得知该实验是简单吸氧腐蚀与析氢腐蚀的简单综合。a试管内盛装食盐水，溶液呈中性，发生的是吸氧腐蚀，负极反应式为Fe-2e-Fe2+，正极反应式为O2 + 2H2O + 4e-4OH，显然a装置内气体的物质的量减少，压强减小。b试管内盛装氯化铵，溶液呈酸性，发生的吸氢腐蚀，负极反应式为Fe-2e-Fe2+，正极反应式为2H+2e-H2，气体的物质的量增加，压强增大。综上分析选项B错。【例5】市场上经常见到的标记为Liion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为

17、一种能传导Li的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li2Li0.35NiO22Li0.85NiO2。下列说法不正确的是A放电时，负极的电极反应式：LieLiB充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C该电池不能用水溶液作为电解质D放电过程中Li向负极移动分析本题主要考查原电池和电解池的综合。电池放电时，相当于原电池，Li从0价升至+1价，失电子作负极，电极反应式为LieLi，根据总反应式可知正极反应式为2Li0.35NiO2eLi2Li0.85NiO2，A正确。充电时相当于电解池，由于反应物只有一种，所以放电过程中既发生氧化反应又发生还原反应，B正确。由于金属Li较活泼

18、，能与水反应生成H2，因此电池介质应为非水材料，C正确。在放电过程中，电解质溶液相当于电池的内电路，因此Li+应向正极移动，D错。本题应选D。【专题演练】1 科学家在多年前就探测到火星大气中存在微量的羰基硫(COS)。已知能发生下列反应：COSCOS，2COSSO22CO23S。下列说法不正确的A利用这两个反应可以消除CO、SO2的污染 B两反应均属于氧化还原反应 C两反应均不属于离子反应 D前者属于化合反应，后者属于置换反应2 某容器中发生一个化学反应，反应过程中存在As2S3、HNO3、H2SO4、NO、H3AsO4、H2O六种物质，已知As2S3是反应物之一。下列有关判断不正确的是A该容

19、器中发生了氧化还原反应 B该反应中HNO3、H2O是反应物，H2SO4、NO、H3AsO4是生成物C该反应中只有砷元素被氧化、只有氮元素被还原D氧化产物和还原产物的物质的量之比为15:283 酸性高锰酸钾能将醇氧化生成一系列产物，反应中KMnO4被还原为Mn2，用0.60 mol·L1的酸性高锰酸钾溶液滴定20.0 mL0.50 mol·L1的乙二醇溶液，当用去20.0 mL高锰酸钾溶液时，再滴加1滴高锰酸钾溶液时，溶液刚好呈紫色，振荡后不褪色。则乙二醇的氧化产物为AOHCCHO BHOOCCOOH CHOOCCHO DCO24 下列四种装置中，溶液的体积均为250 mL，

20、开始时电解质溶液的浓度均为0.10 mol·L1，工作一段时间后，测得导线上均通过0.02 mol电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述正确的是A工作一段时间后溶液的浓度B工作一段时间后溶液的pH：C产生气体的总体积：D电极上析出的固体的质量：5 下图、分别是甲、乙两组同学将反应“AsO43 2I2HAsO33I2H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。下列叙述中正确的是A甲组操作时，微安表(A)指针发生偏转 B甲组操作时，溶液颜色变浅C乙组操作时，C2作正极 D乙组操作时，C1上发生的电

21、极反应为I2 2e2I6 膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置图如下。A装置是_，B装置是_(填“原电池”或“电解池”)。N2O5在电解池的_区生成，其电极反应式为_。通入O2一极的电极反应式为_。若通入SO2的速率为2.24 L·min1(标准状况)，为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则左侧水的流入速率应为_mL·min1。【参考答案】1 D解析：题中两反应式相加得总反应方程式为2COSO22CO23S，由此可知选项A正确。题干中的第二步反应不符合置换反应的定义，D错。2 C解析：分析元素的化合价可确定

22、反应物为As2S3和HNO3，H2SO4、H3AsO4、NO为生成物，H2O可以是反应物，也可以是生成物，待后进一步确定。由此可得如下未配平的化学方程式：As2S3HNO3H3AsO4H2SO4NO，接着开始配平这一方程式。 4 24 3 28×3 3×28根据质量守恒定律检查发现，方程式左边缺少8个H原子和4个O原子，所以水为反应物。完整的方程式为：3As2S328HNO34H2O = 6H3AsO49H2SO428NO。由化合价升降情况分析可知砷元素和硫元素被氧化，氮元素被还原，氧化产物为H3AsO4、H2SO4，还原产物为NO，两者的物质的量之比为15:28。3 C解

23、析：乙二醇中碳原子的平均化合价为1价，设其氧化产物中碳原子的平均化合价为x，根据氧化还原反应中得失电子数相等可得20 mL×0.60 mol·L1×(72)20.0 mL×0.50 mol·L1×2×x(1)，解得x = 2。而各选项分子中碳原子的平均化合价分别为1、3、2和4，故本题选C。4 B解析：装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，电解时的总反应式为：2CuSO42H2O2CuO22H2SO44e，当测得导线上通过0.02 mol电子时，共消耗0.01 molCuSO4，生成0.01 molCu、0.005 molO2

24、和0.01 molH2SO4；装置为锌铜原电池装置，原电池的总反应式为ZnH2SO4ZnSO4H22e，当测得导线上通过0.02 mol电子时，共消耗0.01 molH2SO4，还余0.015 molH2SO4，生成0.005 molH2，但无固体析出。装置为电镀锌装置，阴极铁棒上的电极反应式为：Zn22eZn，随着电解的进行，电解液的浓度不发生变化，阴极上析出0.01 mol锌。装置也相当于用惰性电极电解NaCl溶液，电解时的总反应式为：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl22e，当测得导线上通过0.02 mol电子时，共消耗0.02 molNaCl，生成0.02 mol气体和0.02 molNaOH，但