高考专题氧化还原反应考点四电子守恒思想巧解氧化还原反应相关计算讲义高三化学一轮复习

高考专题：氧化还原反应[考纲要求]1.了解氧化还原反应的本质是电子的转移。2.了解常见的氧化还原反应。3.掌握常见氧化还原反应的配平和有关计算。考点四电子守恒思想巧解氧化还原反应相关计算[要点细化]1．氧化还原反应中：氧化剂得电子总数=还原剂失电子总数。利用守恒思想，可以抛开繁琐的反应过程，可不写化学方程式，不追究中间反应过程，只要把物质分为始态和终态，从得电子与失电子两个方面进行整体思维，便可迅速获得正确结果。注意：解这类试题时，注意不要遗漏某个氧化还原反应。2．电子守恒法解题模板（1）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)。（2）多步反应得失电子守恒问题，涉及的氧化还原反应也多，数量关系较为复杂，始终抓住失电子总数等于得电子总数这一关系[例题引领]【例题呈现1】现有24

mL浓度为0.05

mol·L－1的Na2SO3溶液恰好与20

mL浓度为0.02

mol·L－1的K2Cr2O7溶液完全反应。已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则元素Cr在还原产物中的化合价为(

)A．＋2

B．＋3

C．＋4

D．＋5【解析】设元素Cr在还原产物中的化合价为＋n【套模板】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)0.02

mol·L－1×0.020

L×2×(6－n)＝0.05

mol·L－1×0.024

L×(6－4)，解得n＝3。答案：B【巩固练1】向含有1molFeCl2的溶液中通入0.2molCl2，再加入0.1molX2O72-酸性溶液，使溶液中的Fe2+全部恰好氧化，并使X2O72-还原为Xn+，则n的值为（

）A．2

B．3

C．4

D．0【解析】得失电子守恒思想。【套模板】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)n(e-)得=0.2mol×2×1+0.1mol×2×(6-n)；n(e-)失=1mol×1×1，即：0.2mol×2×1+0.1mol×2×(6-n)=1mol×1×1。

得：n=3答案：B【巩固练2】Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4，而NaClO被还原为NaCl，若反应中Na2Sx与NaClO的物质的量之比为1∶16，则x的值为（

）

A．2

B．3

C．4

D．5本题考查在氧化还原反应中利用得失电子守恒进行相关的计算。→→【套模板】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)16×1×2＝1×x×eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(6－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(2,x)))))，x＝5。【巩固练3】某强氧化剂XO(OH)eq\o\al(＋,2)可被Na2SO3还原。如果还原1.2×10－3molXO(OH)eq\o\al(＋,2)需用30mL0.1mol·L－1的Na2SO3溶液，那么X元素被还原后的物质可能是()A．XOB．X2O3C．X2OD．X【解析】由题意知，S元素由＋4价→＋6价，假设反应后X的化合价为＋x价，根据氧化还原反应中得失电子数目相等。【套模板】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)1.2×10－3mol×1×(5－x)＝0.03L×0.1mol·L－1×1×(6－4)，解得x＝0，所以X元素被还原后的物质是X。答案D【例题呈现2】取xg铜镁合金完全溶于浓硝酸中，反应过程中硝酸被还原只产生8960mL的NO2气体和672mL的N2O4气体(均已折算为标准状况)，在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀质量为17.02g。则x等于()A．8.64B．9.20C．9.00D．9.44【解析】反应流程为eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(Mg,Cu))eq\o(→,\s\up7(浓HNO3))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Mg2＋、Cu2＋\o(→,\s\up7(NaOH))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(MgOH2,CuOH2)),NO2、N2O4))一个镁原子失去2e-，会结合2个OH-生成Mg(OH)2，铜亦如此。因此OH－的物质的量等于镁、铜失去电子的物质的量，等于浓HNO3得电子的物质的量，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。答案：B【巩固练1】足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，将这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是()A．60mLB．45mLC．30mLD．15mL【解析】由题意可知，Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等。即答案A[典题演练]1．(2019·北京，10)下列除杂试剂选用正确且除杂过程不涉及氧化还原反应的是()选项物质(括号内为杂质)除杂试剂AFeCl2溶液(FeCl3)Fe粉BNaCl溶液(MgCl2)NaOH溶液、稀HClCCl2(HCl)H2O、浓H2SO4DNO(NO2)H2O、无水CaCl2[解析]A项，Fe粉将溶液中的Fe3＋转化为Fe2＋，涉及氧化还原反应；B项，Mg2＋与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀，多余的NaOH用稀盐酸中和，两个反应均不涉及氧化还原反应；C项，Cl2能溶于水并与水发生氧化还原反应，不能用水除去Cl2中的HCl；D项，NO2与水反应生成HNO3和NO，涉及氧化还原反应。答案B2．(2017·天津理综，3)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是()A．硅太阳能电池工作时，光能转化成电能B．锂离子电池放电时，化学能转化成电能C．电解质溶液导电时，电能转化成化学能D．葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能[解析]A项，硅太阳能电池工作时，发生光电效应，使光能转化成电能，与氧化还原反应无关；B项，锂离子电池放电时，正极和负极分别发生还原反应和氧化反应，使化学能转化成电能；C项，电解质溶液导电时，阴极和阳极分别发生还原反应和氧化反应，使电能转化成化学能；D项，葡萄糖在酶的作用下发生氧化还原等一系列反应的同时为人类生命活动提供能量，使化学能转化成热能。答案A3．(2019·浙江4月选考，6)反应8NH3＋3Cl2=N2＋6NH4Cl，被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为()A．2∶3B．8∶3C．6∶3D．3∶2[解析]该氧化还原反应用双线桥法表示为，可知实际升价的N原子为2个，所以2个NH3被氧化，同时Cl2全部被还原，观察计量数，Cl2为3个，因而被氧化的NH3与被还原的Cl2的物质的量之比为2∶3。答案A4．氧化还原反应中，水的作用可以是氧化剂、还原剂、既是氧化剂又是还原剂、既非氧化剂又非还原剂等。下列反应与Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBr相比较，水的作用不相同的是()A．2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑B．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3C．BrCl＋H2O=HCl＋HBrOD．2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑[解析]已知B、C、D项反应中，水既不是氧化剂也不是还原剂，A中水是氧化剂。答案A5．根据表中信息判断，下列选项正确的是()序号反应物产物①KMnO4、H2O2、H2SO4K2SO4、MnSO4……②Cl2、FeBr2FeCl3、FeBr3③MnOeq\o\al(－,4)……Cl2、Mn2＋……A.第①组反应的其余产物只有O2B．第②组反应中Cl2与FeBr2的物质的量之比可能为1∶2C．第③组反应中生成1molCl2，转移电子10molD．氧化性由强到弱的顺序为MnOeq\o\al(－,4)＞Cl2＞Fe3＋＞Br2[解析]根据原子守恒，产物中还应有H2O，故A错误；由MnOeq\o\al(－,4)→Mn2＋知，反应③的另一反应物为HCl，则生成1molCl2，转移2mol电子，故C错误；在反应②中Br－没有被Cl2氧化，即Cl2先氧化Fe2＋，则氧化性：Cl2＞Br2＞Fe3＋，故D错误。答案B6．向CuSO4溶液中逐滴加入KI溶液至过量，观察到有沉淀(CuI)生成，且溶液变为棕色。再向反应后的混合物中不断通入SO2气体，溶液逐渐变成无色。下列有关分析中正确的是()A．上述实验条件下，物质的氧化性：Cu2＋＞SO2＞I2B．在SO2与I2反应中得到的还原产物为H2SO4C．通入SO2后溶液逐渐变成无色，体现了SO2的漂白性D．滴加KI溶液时，每转移2mole－会生成2molCuI沉淀[解析]由题干信息可知，向CuSO4溶液中加入KI溶液时发生反应：，当转移2mole－时生成2molCuI沉淀，故D项正确；向反应后的混合物中再通入SO2气体，又发生反应：I2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HI②，该反应中SO2作还原剂，体现了SO2的还原性，得到的还原产物是HI，故B、C均不正确；根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性可知，反应①中氧化性：Cu2＋＞I2，反应②中I2将SO2氧化，说明氧化性：I2＞SO2，故A项错误。答案D7．工业废水中含有的Cr2Oeq\o\al(2－,7)和CrOeq\o\al(2－,4)会对水体产生很大的危害，这种工业废水必须净化处理。一种处理含铬废水的工艺流程如下：CrOeq\o\al(2－,4)(黄色)eq\o(→,\s\up7(H＋),\s\do5(①酸化))Cr2Oeq\o\al(2－,7)(橙色)eq\o(→,\s\up7(Fe2＋),\s\do5(②还原))Cr3＋eq\o(→,\s\up7(调pH至4),\s\do5(③沉淀))Cr(OH)3↓下列说法不正确的是()A．①中，酸化后发生反应为2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2OB．②中，反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1C．③中，所得沉淀Cr(OH)3中含有Fe(OH)3D．③中调pH所用物质可以是NH3或Fe2O3[解析]酸化后，2CrOeq\o\al(2－,4)(黄色)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)(橙色)＋H2O正向移动，橙色加深，A项正确；②中Cr元素的化合价降低，Fe元素的化合价升高，反应的离子方程式为Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶6，B项错误；③中Fe3＋在pH＝4时会以氢氧化物形式沉淀，则③中所得沉淀Cr(OH)3中含有Fe(OH)3，C项正确；①中酸化后，溶液显强酸性，③中可以选用NH3或Fe2O3与酸反应调节pH，D项正8．按要求回答下列问题：(1)[2019·全国卷Ⅱ，26(2)①]重晶石在回转炉中900～1200℃条件下，被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为______________________________。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为______________________________________________________________。(2)[2019·全国卷Ⅲ，26(1)]工业上可由天然二氧化锰粉和硫化锰矿用硫酸溶浸得硫单质和硫酸锰，写出该反应的化学方程式____________________________________________________。(3)2017·全国卷Ⅲ，27(1)]FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3eq\o(→,\s\up7(高温))Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2；上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是__________________________________________________________________。(4)[2017·全国卷Ⅰ，27(6)]已知eq\o(,\s\up7(FePO4),\s\do5(沉淀))eq\o(→,\s\up7(Li2CO3、H2C2O4),\s\do5(高温煅烧))LiFePO4，写出该反应的化学方程式______________________________________________________________________________。(5)2016·全国卷Ⅱ，26(2)]实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨(N2H4)，反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。[解析](3)首先标出变价元素的化合价，分析价态变化可知：1molFeO·Cr2O3失去7mol电子，1molNaNO3得到2mol电子，则由得失电子守恒可知二者系数比应为2∶7；该步骤中主要反应的反应物中有Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融时反应，故不能使用陶瓷容器。(4)反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4，生成物有LiFePO4，铁元素的化合价降低，则H2C2O4中碳元素的化合价升高，产物为CO2，配平。(5)次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨的反应中，氮元素的化合价由氨分子中的－3价升高到联氨分子中－2价，氯元素的化合价由次氯酸钠中的＋1价降低到－1价，根据化合价升高与降低总数相等和原子守恒配平化学方程式为NaClO＋2NH3=N2H4＋NaCl＋H2O。答案(1)BaSO4＋4C=BaS＋4CO↑CO＋H2O=CO2＋H2(2)MnO2＋MnS＋2H2SO4=2MnSO4＋S＋2H2O(3)2∶7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(4)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4eq\o(=,\s\up7(高温))2LiFePO4＋H2O↑＋3CO2↑(5)NaClO＋2NH3=N2H4＋NaCl＋H2O9．按要求回答下列问题：(1)H2O。①写出并配平湿法制高铁酸钾反应的离子方程式：_________________________________。②每生成1molFeOeq\o\al(2－,4)转移__________mol电子，若反应过程中转移了0.3mol电子，则还原产物的物质的量为________mol。③低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾(K2FeO4)，原因是_____________________________________________________________________________。(2)工业上从海水中提取单质溴可采用如下方法：①向海水中通入Cl2将海水中溴化物氧化，其离子方程式为_______________________________________________________________________________________________________。②向上述混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出，用纯碱溶液吸收，其化学方程式为_____________________________________________________________________________。③将②所得溶液用H2SO4酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴转化为单质溴，再用有机溶剂提取溴后，还可得到副产品Na2SO4。这一过程可用化学方程式表示为__________________________________________________________________________________________________。[解析](1)①湿法制备高铁酸钾时，Fe(OH)3失电子被氧化生成K2FeO4，则ClO－作氧化剂被还原生成Cl－，氢氧化铁必须在碱性条件下存在，所以该反应是在碱性条件下进行，离子方程式为2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋3Cl－＋5H2O。②由反应的离子方程式知每生成1molK2FeO4转移电子的物质的量为3mol。③低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾，说明相同条件下高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小。(2)①Cl2将海水中的Br－氧化生成Br2。②纯碱(Na2CO3)溶液显碱性，类比Cl2与NaOH溶液的反应，可推出Br2在纯碱溶液中会发生歧化反应生成溴化物，从③中的溴化物中可知另外生成的是溴酸盐，COeq\o\al(2－,3)转化为CO2。③在酸性条件下，Br－和BrOeq\o\al(－,3)发生归中反应生成Br2。答案(1)①2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋3Cl－＋5H2O②30.15③该温度下K2FeO4比Na2FeO4的溶解度小(2)①Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－②3Na2CO3＋3Br2=5NaBr＋NaBrO3＋3CO2(或6Na2CO3＋3Br2＋3H2O=5NaBr＋NaBrO3＋6NaHCO3)③5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4=3Br2＋3Na2SO4＋3H2O10．HNO2是一种弱酸，且不稳定，易分解生成NO和NO2；它能被常见的强氧化剂氧化；在酸性溶液中它也是一种氧化剂，如能把Fe2＋氧化成Fe3＋。AgNO2是一种难溶于水、易溶于酸的化合物，试回答下列问题：(1)人体正常的血红蛋白含有Fe2＋，若误食亚硝酸盐(如NaNO2)，则导致血红蛋白中的Fe2＋转化为Fe3＋而中毒，服用维生素C可解毒。下列叙述不正确的是________________(填字母)。A．亚硝酸盐被还原B．维生素C是还原剂C．维生素C将Fe3＋还原为Fe2＋D．亚硝酸盐是还原剂(2)某同学把新制的氯水加到NaNO2溶液中，观察到氯水褪色，同时生成NaNO3和HCl，请写出反应的离子方程式：____________________________________________________。(3)Fe与过量稀硫酸反应可以制取FeSO4，若将反应所得的酸性溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，要求产物纯净，可选用的最佳试剂是________(填字母)。a．Cl2b．Fec．H2O2d．HNO3(4)FeSO4可用于制备一种新型、高效、多功能绿色水处理剂高铁酸钾(K2FeO4)，氧化性比Cl2、O2、ClO2、KMnO4更强，主要反应：2FeSO4＋6Na2O2=2Na2FeO4＋2Na2O＋2Na2SO4＋O2↑①该反应中的氧化剂是________，还原剂是_______________________________________。②简要说明K2FeO4作为水处理剂时所起的作用____________________________________。[解析](1)服用维生素C可以解毒，说明在维生素C作用下Fe3＋又转化为Fe2＋，Fe元素化合价降低，被还原，则维生素C具有还原性，而亚硝酸盐会导致Fe2＋转化为Fe3＋，说明亚硝酸盐具有氧化性，在反应中亚硝酸盐为氧化剂，维生素C是还原剂。(3)Cl2、HNO3都能氧化亚铁离子，但能引入新的杂质；铁不能氧化亚铁离子；双氧水的还原产物是水，不引入杂质，所以最佳试剂是双氧水。(4)该反应中Fe元素化合价由＋2价变为＋6价、O元素化合价由－1价变为0价、－2价。①得电子化合价降低的反应物是氧化剂、失电子化合价升高的反应物是还原剂，所以Na2O2是氧化剂，Na2O2、FeSO4是还原剂；②K2FeO4中Fe元素的化合价为＋6价，具有强氧化性，且还原产物铁离子能水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，能吸附除去水中的悬浮杂质。答案(1)D(2)NOeq\o\al(－,2)＋Cl2＋H2O=NOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋2Cl－(3)c(4)①Na2O2Na2O2、FeSO4②高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒，消毒过程中自身被还原为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体能吸附水中悬浮杂质而沉降11．工业上采用酸性高浓度含砷废水(砷主要以亚砷酸H3AsO3形式存在)提取中药药剂As2O3。工艺流程如下：回答下列问题：(1)“沉砷”中所用Na2S的电子式为______________________________________________。(2)已知：As2S3与过量的S2－存在以下反应：As2S3(s)＋3S2－(aq)