氧化还原反应的计算和配平

氧化还原反应的计算和配平适用学科化学适用年级高一适用区域新课标本讲时长（分钟）60知识点氧化还原反应的概念、本质与特征氧化还原反应的有关概念及其关系氧化还原反应的重要规律及其应用氧化还原反应的计算依据氧化还原反应方程式的配平教学目标知识与技能１.认识几种典型的氧化还原反应。2.理解氧化还原反应的电子守恒规律，进行简单得失电子数目的计算。3.了解双线桥和单线桥。4.了解氧化性还原性强弱的一些比较方法。过程与方法2.培养学生用概念去分析问题、解决问题的能力，培养学生的应用能力和分析问题的能力。情感、态度与价值观对学生进行对立统一等辩证唯物主义观点的教育，使学生形成勇于创新的习惯、培养创新能力。教学重难点氧化还原反应的计算依据氧化还原反应方程式的配平教学过程一、复习预习1.氧化还原反应的本质是电子转移(得失或偏移)；特征是反应前后元素的化合价发生变化。判断方法为标明元素的化合价，分析元素的化合价是否变化。2.有单质参加的化合反应和有单质生成的分解反应是氧化还原反应；置换反应都是氧化还原反应；复分解反应都不是氧化还原反应。3.氧化还原反应中各种概念之间关系如图二、知识讲解考点1：氧化还原反应得失电子数的计算和电子守恒及应用1.得失电子数目的计算方法：氧化还原反应中电子转移数表达为a×be-,b为一个原子发生变化时得（失）电子个数，表现为反应前后该元素的化合价差；a为对应化合价变化的元素原子个数或物质的量。2.电子守恒规律内容：还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数氧化剂化合价降低的总数＝还原剂化合价升高的总数。3.计算步骤：①找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。②找准一个原子或离子得失电子数。(注意化学式中粒子的个数)③根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式。n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价－低价)＝n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价－低价)。考点2：氧化还原反应中电子转移的表示方法---单线桥和双线桥1.双线桥法表示反应前后同一元素原子间电子的转移情况。(1)双线桥法的基本写法思路：(2)注意事项：①箭头、箭尾对应化合价变化的同种元素。②在线上要标明“失去”或“得到”电子总数，化合价的升降以及该元素“被氧化”或“被还原”。③还原剂失去电子总数与氧化剂得到电子总数相等。线桥上得失电子的写法a×be-的形式=4\*GB3④线条可能两条或大于两条2．单线桥法表示反应前后不同元素原子间电子的转移情况。(1)单线桥法的基本写法思路：(2)注意事项：①单线桥表示反应物中变价元素原子得失电子的情况；②不需标明“得”或“失”，只标明电子转移数目：ae-；③箭头标明电子转移的方向；④单线桥箭头从失电子的元素原子指向得电子的元素原子。考点3：氧化还原反应化学方程式的配平配平方法——化合价升降法：例：配平反应C+HNO3(浓)→CO2↑+NO2↑+H2O1标价分析0+5+4+40+5+4+4C+HNO3(浓)===CO2↑+NO2↑+H2O2根据化合价升降总数相等，配平氧化剂和还原剂1C+4HNO3(浓)===CO2↑+NO2↑+H2O↑4×1↓1×43根据原子守恒，配平氧化产物和还原产物1C+4HNO3(浓)===1CO2↑+4NO2↑+H2O4根据原子守恒，配平其它物质1C+4HNO3(浓)===1CO2↑+4NO2↑+2H2O考点4：典型计算（1）确定氧化产物与还原产物的物质的量之比例:(NH4)2PtCl6晶体受热完全分解，生成氮气、氯气氢气体、氯化铵和金属铂。在此分解反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为（）A．1∶2B．1∶3C．2∶3D．3∶2选C。（2）确定氧化产物或还原产物中元素的化合价例:用Na2SO3还原MnO4-，如果还原含有2.4×10-3molMnO4-的溶液时，消耗0.2mol/L的Na2SO3溶液30mL，则锰元素在还原产物中的化合价是（）A．+1B．+2C．+4D．+50.2mol/L×30×10-3L×2=2.4×10-3mol×(7-n)，得n=2，选B。三、例题精析【例题1】(1)分析下列反应的化学方程式，是氧化还原反应的用双线桥法标出电子转移的方向和数目，指出被氧化和被还原的元素。①2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2NaCl________________________________________________；②NaOH＋HCl=NaCl＋H2O___________________________________________。(2)分析下列反应的化学方程式，是氧化还原反应的用单线桥法标出电子转移的方向和数目。①BaCl2＋Na2SO4=BaSO4↓＋2NaCl____________________________________；②Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑_____________________________________________。【答案】②非氧化还原反应(2)①非氧化还原反应【解析】首先分析各个反应中元素的化合价的变化，根据化合价升高的元素，失去电子，被氧化；化合价降低的元素，得到电子，被还原；用箭头标出电子转移的情况时，要注意单、双线桥的表示方法的特点及各自的注意事项。【例题2】配平反应Cu+HNO3(浓)→Cu(NO3)2+NO2↑+H2O和H2S＋SO2→S＋H2O的方程式【解析】配平反应Cu+HNO3(浓)→Cu(NO3)2+NO2↑+H2O1标价分析0+5+2+5+40+5+2+5+4Cu+HNO3(浓)=Cu(NO3)2+NO2↑+H2O2根据化合价升降总数相等，配平氧化剂和还原剂1Cu+2HNO3(浓)===Cu(NO3)2+NO2↑+H2O↑2×1↓1×23根据原子守恒，配平氧化产物和还原产物1Cu+2HNO3(浓)===1Cu(NO3)2+2NO2↑+H2O4根据原子守恒（电荷守恒），配平其它物质分析：由于HNO3有变价的，有不变价的，所以它的系数2仅是变价的，从Cu(NO3)2可知硝酸还有2份为不变价的，所以HNO3的系数为2+2=41Cu+4HNO3(浓)===1Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O【例题3】(1)在一定条件下，NH4NO3受热分解的未配平化学方程式是：NH4NO3eq\o(→,\s\up7(△))HNO3＋N2↑＋H2O。在该反应中，被氧化与被还原的N原子数之比是________。(2)24mL浓度为0.05mol/L的Na2SO3溶液恰好与20mL浓度为0.02mol/L的K2R2O7溶液反应，则元素R在还原产物中的化合价是________。【答案】(1)5∶3(2)＋3【解析】(1)在反应中，eq\o(N,\s\up6(－3))被氧化，eq\o(N,\s\up6(＋5))被还原，前者升高3价，后者降低5价，根据守恒规律，被氧化与被还原的N原子数之比为5∶3。(2)设R元素在还原产物中的化合价为x，由得失电子守恒可列式为：20mL×0.02mol/L×2×(6－x)＝↑↑2个R降价24mL×0.05mol/L×(6－4)↑升价解得x＝3。【例题4】在KI和H2SO4溶液中加入H2O2，放出大量不溶于水的无色气体(气泡从溶液内部放出)，同时溶液呈紫红色，且可使淀粉变蓝，写出化学方程式.【答案】H2O2+2KI+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O2H2O2=2H2O+O2↑【解析】这是一道颇为简单但却很容易出错的化学题，错误的原因大多是把实验现象看成只是一个反应的现象，其实，实验现象往往是若干个反应共同体现出来的，该题就是如此.有的同学认为产物中有I2和O2，这没有错，但如果认为这两种物质均是由一个反应得到的话，这就错了，因为在这个反应中，这两种物质均是氧化产物，哪么还原剂是什么呢?如果还原剂是H2SO4，则应该有SO2生成，与题意不符，而且稀H2SO4也没有这么强的氧化性.H2O2+2KI+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O2H2O2=2H2O+O2↑点评：解此类题方法是：先依据题意设法找出发生氧化还原反应的物质，根据元素化合价变化总数守恒配平其系数，再根据电荷、元素守恒配平找出并其它物质。四、课堂运用【基础】1.在2Mg＋O22MgO的化学反应中，氧元素的化合价由0价降低为_________________价，降低了___________________价；氧原子得到电子的总数为___________________，则镁原子失去电子的总数为___________________，1molMg反应时转移电子的物质的量为___________________。2.下列电子转移的表示方法中正确的是()答案及解析：1.－22442mol解析：在该反应中氧元素化合价降低为-2价，化合价降低了2；氧原子得电子数是2，得电子总数是2×2＝4；镁原子失电子数是2，失电子总数是2×2＝4。2.D解析：A项Fe2O3被还原；B项不用“＋、－”号表示；C项得到2×3e－，失去3×2e－，标注错误。【巩固】1．若司机酒后驾车，可通过对其呼出的气体进行检验而查出，所利用的化学反应如下：2CrO3(红色)＋3C2H5OH＋3H2SO4=Cr2(SO4)3(绿色)＋3CH3CHO＋6H2O被检验的气体成分是________，上述反应中的氧化剂是________，1mol氧化剂完全反应得到________mol电子。2.从矿物学资料查得，一定条件下自然界存在如下反应：14CuSO4＋5FeS2＋12H2O=7Cu2S＋5FeSO4＋12H2SO4，下列说法正确的是()A．Cu2S既是氧化产物又是还原产物B．5molFeS2发生反应，有10mol电子转移C．产物中的SOeq\o\al(2－,4)有一部分是氧化产物D．FeS2只作还原剂答案及解析：1.C2H5OHCrO33解析：交警利用该氧化还原反应前后颜色的变化，来检验司机是否酒后驾车，故被检验的气体为C2H5OH，氧化剂(Cr化合价：＋6价→＋3价)是CrO3。当1molCrO3完全反应时，得到3mol电子。2.C解析：分析元素价态变化，得：eq\o(Cu,\s\up6(＋2))SO4→eq\o(Cu2,\s\up6(＋1))S，Cu得电子，被还原；Feeq\o(S2,\s\up6(－1))→Cu2eq\o(S,\s\up6(－2))，S得电子，被还原；Feeq\o(S2,\s\up6(－1))→Feeq\o(S,\s\up6(＋6))O4，S失电子，被氧化。5molFeS2和14molCuSO4正好反应，反应过程中Cu得电子：14×1mol＝14mol，S得电子：7×1mol＝7mol，S失电子：3×7mol＝21mol，反应中电子转移了21mol，B不正确。部分SOeq\o\al(2－,4)是由FeS2中的S元素失电子形成的，是氧化产物，C正确。FeS2既作氧化剂又作还原剂，D不正确。【拔高】1.已知下列分子或离子在酸性条件下都能氧化KI，自身发生如下变化：H2O2→H2OIOeq\o\al(－,3)→I2MnOeq\o\al(－,4)→Mn2＋HNO2→NO如果分别用等物质的量的这些物质氧化足量的KI，得到I2最多的是()A．H2O2 B．IOeq\o\al(－,3)C．MnOeq\o\al(－,4) D．HNO22.氢化钠(NaH)是一种生氢剂，可发生反应：NaH＋H2O=NaOH＋H2↑，对这一反应的描述正确的是()A．NaH是氧化剂B．生成1molH2转移2mol电子C．NaOH是还原产物D．氧化产物和还原产物的质量比是1:1答案及解析：1.B解析：等物质的量的四种物质得到的电子都来自KI，得到的电子越多，需要KI和生成I2越多。H2O2～2H2O～2e－，IOeq\o\al(－,3)～eq\f(1,2)I2～5e－，MnOeq\o\al(－,4)～Mn2＋～5e－，HNO2～NO～e－，故应选IOeq\o\al(－,3)，因为它本身也生成I2。2.D解析：标出反应情况：再由各反应物及生成物价态可知，氢由反应前NaH中的－1价升为反应后H2中的0价，化合价升高，被氧化，相应生成物为氧化产物，H2O中的一个氢由反应前的＋1价变为反应后H2中的0价，化合价降低，被还原，相应生成物为还原产物。从图示很明显看出生成1molH2应转移1mol电子。课程小结1.得失电子数目的计算方法：氧化还原反应中电子转移数表达为a×be-,b为一个原子发生变化时得（失）电子个数，表现为反应前后该元素的化合价差；a为对应化合价变化的元素原子个数或物质的量。2.电子守恒规律内容：还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数氧化剂化合价降低的总数＝还原剂化合价升高的总数。3.氧化还原反应化学方程式的配平配平方法——化合价升降法：六、课后作业【基础】1.已知以下两个氧化还原反应的化学方程式：①2KClO3eq\o(=,\s\up7(MnO2),\s\do5(△))2KCl＋3O2↑②2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe(1)用单线桥法表示反应②中的电子转移情况。________________________________________________________________________。(2)反应①中每生成1molO2，转移电子的物质的量是________。2.氮化铝(AlN,Al和N的相对原子质量分别为27和14)广泛应用于电子陶瓷等工业领域。在一定条件下,AlN可通过反应:Al2O3+N2+3C=2AlN+3CO合成。下列叙述中正确的是()。A.上述反应中,N2是还原剂,Al2O3是氧化剂B.上述反应中,每生成1molAlN需转移3mol电子C.AlN中氮的化合价为+3D.AlN的摩尔质量为41g答案及解析：1.(1)(2)4mol解析：根据元素化合价的变化标出反应中电子转移的方向和数目。从上式中看出，每生成1molO2转移4mol电子。2.B解析：反应中化合价发生变化的元素是N和C,Al和O元素的化合价没有变化,所以A错。生成1molAlN时需要1molN元素从0价降低到-3价,所以B正确,C错误。摩尔质量的单位是g/mol,所以D错。【巩固】1.按要求填空。(1)在Fe、Fe2＋、Fe3＋、H＋中，①只有氧化性的是______________________________________，②只有还原性的是______________________________________，③既有氧化性又有还原性的是____________________________。(2)某同学写出以下三个化学方程式(未配平)：①NO＋HNO3→N2O3＋H2O②NH3＋NO→HNO2＋H2O③N2O4＋H2O→HNO3＋HNO2在②、③反应中一定不可能实现的是________；在反应①中氧化剂是________，还原性最强的是________，若该物质消耗30g，转移电子________mol。2.反应2KMnO4＋16HCl=2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O中，(1)氧化剂是________，氧化产物是________(填化学式)。(2)若生成71gCl2，则消耗的HCl是________mol，被氧化的HCl是________mol，转移的电子的物质的量是________。答案及解析：1.(1)①Fe3＋、H＋②Fe③Fe2＋(2)②HNO3NO1解析：(1)元素处于最高价态时，只能得电子而只具有氧化性；当元素处于最低价态时，只能失电子而只具有还原性；而当该元素处于中间价态时，既可以得电子又可以失电子，既具有氧化性又具有还原性。(2)若含有同种元素不同价态的两种物质发生氧化还原反应时，生成物中该元素的价态应介于两种反应物价态之间。②式反应物中的氮元素为－3价和＋2价，生成物中为＋3价，－3与＋2之间的价态应为0价或＋1价，不可能出现＋3价的氮，所以②式不能实现。在反应①eq\o(N,\s\up6(＋2))O＋Heq\o(N,\s\up6(＋5))O3→eq\o(N,\s\up6(＋3))2O3＋H2O中，据化合价变化可知HNO3为氧化剂，NO为还原剂(还原性最强)，当有30gNO(即1mol)消耗时，转移电子数为1mol×1＝1mol。2.(1)KMnO4Cl2(3)3.222mol解析：判断氧化剂和还原剂及产物，应利用反应中元素化合价的变化，反应物化合价升高作还原剂，对应氧化产物，反应物化合价降低作氧化剂，对应还原产物。在反应中元素化合价升降情况为2Keq\o(Mn,\s\up6(＋7))O4＋16Heq\o(Cl,\s\up6(－1))=2eq\o(Mn,\s\up6(＋2))Cl2＋2