化学竞赛辅导1：氧化还原反应的规律和应用[1]

1、奥林匹克化学竞赛辅导之一奥林匹克化学竞赛辅导之一氧化还原反应基本规律和应用氧化还原反应基本规律和应用20222022年年2 2月月2222日星期二日星期二竞赛要求：氧化还原的基本概念和竞赛要求：氧化还原的基本概念和反应的书写与配平。反应的书写与配平。 氧化还原反应和基本反应的关系氧化还原反应和基本反应的关系氧化还原反应特征：氧化还原反应特征：元素化合价的升降元素化合价的升降氧化还原反应实质：氧化还原反应实质：电子的得失与偏移电子的得失与偏移关于氧化还原反应概念关于氧化还原反应概念还原剂还原剂氧化剂氧化剂相等相等相等相等四组概念，一个守恒四组概念，一个守恒1、 四组概念四组概念氧化剂与还原剂氧化

2、剂与还原剂（1）活泼非金属单质：如）活泼非金属单质：如 Cl2、Br2、O2等。等。（2）元素（如）元素（如Mn等）处于高化合价时的氧化等）处于高化合价时的氧化物，如物，如MnO2等。等。（3）元素（如）元素（如S、N等）处于高价时的含氧酸，等）处于高价时的含氧酸，如如 浓浓H2SO4、HNO3 等等（4）元素（如）元素（如Mn、Cl、Fe等）处于高化合价等）处于高化合价时的盐，如时的盐，如KMnO4、KClO3、FeCl3等。等。（5）过氧化物，如）过氧化物，如Na2O2、H2O2等。等。重要的氧化剂重要的氧化剂（1）活泼金属单质：如）活泼金属单质：如 Na、A1、Zn 、 Fe等等（2）某

3、些非金属单质：如）某些非金属单质：如 H2、C、Si 等等（3）元素（如）元素（如C、S等）处于低价时的氧化等）处于低价时的氧化物如物如CO、SO2等等（4）元素（如）元素（如Cl、S等）处于低化合价时的酸：等）处于低化合价时的酸：如如 H2S、HCl等等 （5）元素（如）元素（如S、Fe等）处于低化合价时的盐，等）处于低化合价时的盐，如如Na2SO3、FeSO4等等重要的还原剂重要的还原剂 3. 元素的氧化数元素的氧化数 指某元素一个原子的荷电数，这种荷指某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是假设把每个化学键中的电子指定电数是假设把每个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。给电负性更大的

4、原子而求得。氧化还原反应元素的氧化数确定氧化数的一般原则是：确定氧化数的一般原则是： 氧化还原反应元素的氧化数 a. 任何形态的单质中元素的氧化数等任何形态的单质中元素的氧化数等于零。于零。 b. 多原子分子中，所有元素的氧化数多原子分子中，所有元素的氧化数之和等于零。之和等于零。 c. 单原子离子的氧化数等于它所带的单原子离子的氧化数等于它所带的电荷数。多原子离子中所有元素的氧化电荷数。多原子离子中所有元素的氧化数之和等于该离子所带的电荷数。数之和等于该离子所带的电荷数。氧化还原反应元素的氧化数 d. 在共价化合物中，可按照元素电负在共价化合物中，可按照元素电负性的大小，把共用电子对归属于电

5、负性性的大小，把共用电子对归属于电负性较大的那个原子，然后再由各原子的电较大的那个原子，然后再由各原子的电荷数确定它们的氧化数。荷数确定它们的氧化数。 e. 氢在化合物中的氧化数一般为氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在金属氢化物中，氢的氧化数为但在金属氢化物中，氢的氧化数为-1。氧在化合物中的氧在化合物中的 氧化数一般为氧化数一般为-2，但在，但在过氧化物为过氧化物为-1, 在超氧化物中为在超氧化物中为-1/2。 f. 氟在化合物中的氧化数皆为氟在化合物中的氧化数皆为-1 。 4. 氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平氧化还原反应氧化还原方程式的配平 以高锰酸钾和氯化钠在硫酸溶液中的以高

6、锰酸钾和氯化钠在硫酸溶液中的反应为例，说明用氧化数法配平氧化还反应为例，说明用氧化数法配平氧化还原反应方程式的具体步骤。原反应方程式的具体步骤。 a. 根据实验确定反应物和产物的化学根据实验确定反应物和产物的化学式：式：KMnO4+ NaCl + H2SO4 Cl2 +MnSO4+K2SO4+Na2SO4 + H2O b.找出氧化数升高及降低的元素。锰找出氧化数升高及降低的元素。锰的氧化数降低的氧化数降低5；氯的氧化数升高；氯的氧化数升高1，氯，氯气以双原子分子的形式存在，气以双原子分子的形式存在，NaCl的化的化学计量数至少应为学计量数至少应为2；氧化还原反应氧化还原方程式的配平KMnO4+

7、NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 氧化数降低氧化数降低5氧化数升高氧化数升高2+H2O c. 计算氧化数降低与升高的最小公倍计算氧化数降低与升高的最小公倍数，上述反应式中数，上述反应式中5和和2的最小公倍数的最小公倍数为为10，可知高锰酸钾的系数为，可知高锰酸钾的系数为2，而氯，而氯气的系数为气的系数为5，氯化钠的系数为，氯化钠的系数为10:氧化还原反应氧化还原方程式的配平KMnO4+NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4氧化数降低氧化数降低52氧化数升高氧化数升高25+H2O d. 配平反应前后氧化数没有变化的原配平反应前后氧化数没有

8、变化的原子数。子数。 e. 最后核对氧原子数。该等式两边最后核对氧原子数。该等式两边的氧原子数相等，说明方程式已配平。的氧原子数相等，说明方程式已配平。 氧化还原反应氧化还原方程式的配平2KMnO4+10NaCl+8H2SO4 =5Cl2+2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O氧化还原反应的配平氧化还原反应的配平基本方法：基本方法：反应中还原剂失去电子总数和氧化剂得到电反应中还原剂失去电子总数和氧化剂得到电子总数相等子总数相等反应中元素化合价升高总数和元素化合价降反应中元素化合价升高总数和元素化合价降低总数相等低总数相等标变价标变价 算变化算变化 使相等使相等 配系数配系数 调系数

9、调系数 查守恒查守恒P+HNO3（浓）（浓） H3PO4+ NO2+ H2O51150 +5 +5 +4第一步：标变价第一步：标变价第二步：算变化第二步：算变化第三步：使相等（最小公倍数法）第三步：使相等（最小公倍数法）P+5HNO3（浓）（浓）=H3PO4+ 5NO2+ H2O第四步：配系数第四步：配系数Cu+HNO3（稀）（稀）Cu（NO3）2+NO+H2O第一步：标变价第一步：标变价0 +5 +2 +5 +223第二步：算变化第二步：算变化第三步：使相等（最小公倍数法）第三步：使相等（最小公倍数法）32第四步：配系数第四步：配系数3Cu+2HNO3（浓）（浓）= 3Cu（NO3）2+2N

10、O+H2O第五步：调系数第五步：调系数3Cu+2+6HNO3（浓）（浓）= 3Cu（NO3）2+2NO+4H2O例、铁与稀硝酸的反应如下：例、铁与稀硝酸的反应如下：a Fe + b HNO3 = c Fe（NO3）3 + d Fe（NO3）2 + e NO + f H2O若若 a = 16，请填写下表（可以填满，也可以填不满），请填写下表（可以填满，也可以填不满）abcdef16161616161616111413121516已知硫酸锰（已知硫酸锰（MnSO4）和过硫酸钾）和过硫酸钾（K2S2O8）两种盐溶液在银离子催化下可）两种盐溶液在银离子催化下可发生氧化还原反应，生成高锰酸钾、硫酸发生氧

11、化还原反应，生成高锰酸钾、硫酸钾和硫酸。钾和硫酸。请写出并配平上述化学方程式；请写出并配平上述化学方程式；此反应的还原剂是此反应的还原剂是 ，2MnSO4+5K2S2O8+8H2O= 2KMnO4+4K2SO4+8H2SO4MnSO4 NH4NO3 HNO3 +N2 +H2O（NH4）2SO4 NH3 +SO2 +H2O +N2 NH4ClO4HCl + O2 +H2O +N2 应用应用1.1.分解反应的配平分解反应的配平方法和思路：方法和思路： 可以采用从后（生成物）向前（反应物）配平可以采用从后（生成物）向前（反应物）配平NO2 +H2O HNO3 +NOS + Ca（OH）2CaS5 +

12、 CaS2O3 +H2OP +NaOH +H2O NaH2PO4 +PH3MnO42- + H2O MnO4- +MnO2 +OH 方法和思路：方法和思路： 可以采用从后（生成物）向前（反应物）配平可以采用从后（生成物）向前（反应物）配平应用应用2.2.歧化反应的配平歧化反应的配平KI x +Cl2 + H2O KCl +HIO3 +HClHClO x + P4 +H2O HCl + H3PO4Na 2S x +NaClO +NaOH Na2SO4 +NaCl +H2O应用应用3.3.含未知数的方程式的配平含未知数的方程式的配平 Pt+HNO3 + H2PtCl6 + NO + H2OKMnO

13、4 +H2S + MnSO4 +K2SO4 +S+H2OMnO4 - +I - + Mn2+ + H5IO6 + H2OFe3O4 + Cr2O7 2- + Cr3+ + Fe3+ +H2OHgS+HNO3+ H2HgCl4+S+NO+H2O应用应用4.缺项的方程式配平缺项的方程式配平A A、可能缺的项：一般是反应介质，通常是酸、碱或水，它们、可能缺的项：一般是反应介质，通常是酸、碱或水，它们参与反应，但其中元素化合价不变；参与反应，但其中元素化合价不变；B B、确定方法：先配出氧化还原系数，后根据离子电荷和原子、确定方法：先配出氧化还原系数，后根据离子电荷和原子个数守恒确定。个数守恒确定。最

14、后的方法（待定系数法）最后的方法（待定系数法） KMnO4 + FeS + H2SO4K2SO4+ MnSO4+ Fe2(SO4)3+ S+ H2O 根据各原子守恒，可列出方程组：根据各原子守恒，可列出方程组： a=2d （钾守恒）（钾守恒）a=e（锰守恒）（锰守恒） b=2f（铁守恒）（铁守恒） b+c=d+e+3f+g（硫守恒）（硫守恒） 4a+4c=4d+4e+12f+h（氧守恒）（氧守恒） c=h（氢守恒）（氢守恒） abcdefgh a=6,b=10,d=3,e=6,f=5,g=10,h=24。 KMnO4 + FeS + H2SO4K2SO4+ MnSO4+ Fe2(SO4)3+

15、S+ H2O 10241024 氧化还原反应的重要规律氧化还原反应的重要规律1、基本规律：、基本规律：元素化合价升高，失去电子，本身作还原元素化合价升高，失去电子，本身作还原剂，反应中被氧化剂氧化，发生氧化反应剂，反应中被氧化剂氧化，发生氧化反应生成氧化产物生成氧化产物元素化合价降低，得到电子，本身作氧化元素化合价降低，得到电子，本身作氧化剂，反应中被还原剂还原，发生还原反应剂，反应中被还原剂还原，发生还原反应生成还原产物生成还原产物氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性例、把例、把SO2通入通入Fe（NO3）3溶液中，溶液溶液中，溶液由棕色变为浅绿色，但立即又变

16、为棕黄色，由棕色变为浅绿色，但立即又变为棕黄色，这时若滴入这时若滴入BaCl2溶液，会产生白色沉淀。溶液，会产生白色沉淀。在上述一系列变化过程中，最终被还原的在上述一系列变化过程中，最终被还原的是是ASO2 BCl - CFe3+ DNO3 -D例、相等物质的量的例、相等物质的量的KClO3分别发生下述反分别发生下述反应：有应：有MnO2催化剂存在时，受热分解得到催化剂存在时，受热分解得到氧气；若不使用催化剂，加热至氧气；若不使用催化剂，加热至470左右，左右，得到得到KClO4和和KCl。下列关于和的说法。下列关于和的说法不不正确正确的是的是A. 都属于氧化还原反应都属于氧化还原反应 B.

17、发生还原反应的元素不同发生还原反应的元素不同C. 发生氧化反应的元素相同发生氧化反应的元素相同 D. 生成生成KCl的物质的量不同的物质的量不同C对于自发的氧化还原反应（除高温、电解对于自发的氧化还原反应（除高温、电解条件等），总是强氧化性物质和强还原性条件等），总是强氧化性物质和强还原性物质反应生成弱氧化性物质和弱还原性物物质反应生成弱氧化性物质和弱还原性物质。即氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧质。即氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，还原剂的还原性强于还原产物的还化性，还原剂的还原性强于还原产物的还原性。原性。二、强弱规律二、强弱规律1、前强后弱规律、前强后弱规律I- Fe2+ Br-例：根

18、据反应式：例：根据反应式：（1）2Fe3+2I-=2Fe2+I2（2）Br2+2Fe2+=2Br-+2Fe3+,可判断离子的还原性从强到弱的顺序是可判断离子的还原性从强到弱的顺序是例：已知例：已知I-、Fe2+、SO2、Cl-和和H2O2均均具有还原性，它们在酸性溶液中还原具有还原性，它们在酸性溶液中还原性强弱的顺序为性强弱的顺序为Cl-Fe2+H2O2I-+6价的价的W的化合物）。上述蓝色化合物是的化合物）。上述蓝色化合物是AW10O21 BW8O22 CW10O27 DW5O14C解：设蓝色化合物的分子式为：解：设蓝色化合物的分子式为：xW2O5yWO3则：由质量守恒则：由质量守恒由得失电

19、子守恒：由得失电子守恒：2x+y=0.990/330=0.003mol2x（6-5）NA=0.0440.0082（7-2）NAx/y=3/4故蓝色化合物的分子式为：故蓝色化合物的分子式为：W10O27例、铁氧体（例、铁氧体（Fe3O4）法是处理含铬废水的常用）法是处理含铬废水的常用方法。其原理是用方法。其原理是用FeSO4把废水中把废水中Cr2O72-离子还离子还原为原为Cr3+离子，并通过调节废水离子，并通过调节废水pH，使生成物，使生成物组成符合类似于铁氧体（组成符合类似于铁氧体（Fe3O4或或FeOFe2O3）的复合氧化物的复合氧化物若处理含若处理含1 mol Cr2O72-的废水至少需

20、要加入的废水至少需要加入10mol FeSO47H2O，则，则Ax=1，y4，z6 Bx0.5，y1.5，z8.5Cx2，y4，z6 Dx2，y6，z4y3x3FeCr(O)zFe2D解、由原子守恒可得：解、由原子守恒可得：x=2 y+z=10由得失电子守恒可得：由得失电子守恒可得：若若10molFeSO4中被中被1molK2Cr2O7氧化的氧化的Fe元素为元素为amol，则：，则：12（6-3）NA=a1（3-2）NAa=6z=4故：故： x=2 y=6 z=4例、一定体积的例、一定体积的KMnO4溶液恰好能氧化一定溶液恰好能氧化一定质量的质量的KHC2O4H2C2O42H2O。若用。若用0

21、.1000mol/LNaOH溶液中和相同质量的溶液中和相同质量的KHC2O4H2C2O42H2O，所需，所需NaOH溶液的体溶液的体积恰好为积恰好为KMnO4溶液的溶液的3倍，则倍，则KMnO4溶液溶液的浓度（的浓度（molL-1）为（）为（ ）0.0088890.080000.12000.2400B10KHC2O4H2C2O48KMnO417H2SO4 8MnSO49K2SO4+40CO2+32H2O例、（例、（2007福建卷）已知氧化还原反应：福建卷）已知氧化还原反应：2Cu(IO3)224KI12H2SO42CuI13I212K2SO412H2O其中其中1mol氧化剂在反应氧化剂在反应中

22、得到电子中得到电子A、10molB、11molC、12mol D、13molB例、羟氨（例、羟氨（NH2OH）是一种还原剂，将）是一种还原剂，将25.00mL 0.049moL/L的羟氨酸性溶液与足量的羟氨酸性溶液与足量硫酸铁在煮沸条件下反应，生成的硫酸铁在煮沸条件下反应，生成的Fe2+又恰又恰好被好被24.50mL0.020moL/L的酸性的酸性KMnO4溶液溶液氧化。在上述的反应中，羟氨的氧化产物为氧化。在上述的反应中，羟氨的氧化产物为A、NO2 B、NO C、N2O D、N2C例、硫代硫酸钠可作为脱氯剂，已知例、硫代硫酸钠可作为脱氯剂，已知25.0mL 0.100 molL25.0mL

23、0.100 molL-1-1 Na Na2 2S S2 2O O3 3溶液恰好把溶液恰好把224mL224mL（标准状况下）（标准状况下）ClCl2 2完全转化为完全转化为ClCl离离子，则子，则S S2 2O O3 32 2将转化成将转化成A AS S2 2 B BS S C CSOSO3 32 2 D DSOSO4 42 2D例、将纯铁丝例、将纯铁丝5.21g5.21g溶于过量的稀硫酸中，在加溶于过量的稀硫酸中，在加热下用热下用2.53gKNO2.53gKNO3 3去氧化溶液中的去氧化溶液中的 FeFe2+2+，待反应，待反应完全后，剩余的完全后，剩余的FeFe2+2+尚需尚需12.0mL

24、0.3mol/L12.0mL0.3mol/L的的KMnOKMnO4 4溶液方能完全氧化溶液方能完全氧化( (已知已知MnOMnO4 4- -的还原产物的还原产物是是MnMn2+2+) )，请确定，请确定NONO3 3- -的还原产物的还原产物A A、N N2 2O BO B、NO CNO C、NONO2 2 D D、NHNH3 3B例、某化学反应的反应物和产物如下：例、某化学反应的反应物和产物如下：KMnO4 + KI+ H2SO4 MnSO4 + I2 + KIO3 + K2SO4 + H2O1、该反应的氧化剂是、该反应的氧化剂是_ 2、如果该反应方程式中、如果该反应方程式中I2和和KIO3的系数都是的系数都