第11讲氧化还原反应的应用和配平(原卷版)

第11讲氧化还原反应的应用和配平【学习目标】1．了解常见金属的冶炼方法2．掌握氯气的实验室制法3．学会简单氧化还原反应方程式的配平及相关计算【基础知识】一、在研究物质性质中的应用（1）过氧化氢的性质预测元素化合价化合价变化趋势性质氢____________________氧________________________________________（2）实验方案①证明H2O2具有还原性，需加入_____剂，如_______________。②证明H2O2具有氧化性，需加入_____剂，如_______________。（3）实验结论①H2O2被氧化为_____，表现__________性。②H2O2可氧化KI生成______，H2O2表现__________性。二、在物质转化和能量转化中的应用1．利用氧化还原反应实现物质的转化（1）金属冶炼①碳单质还原氧化铜：______________________________。②一氧化碳还原氧化铁：______________________________。③镁还原四氯化钛：______________________________。④氢气还原三氧化钨：______________________________。（2）氯气的实验室制取①装置②制备原理：________________________________________③收集方法：__________排空气法（3）其他应用：金属材料的防腐蚀、食品的加工与保鲜、环境污染的防治等。2．获得能量：（1）可燃物作还原剂，选择合适氧化剂发生氧化还原反应获得热量；（2）通过氧化还原反应获得电能，即将氧化还原反应设计为电池对外供电，如燃料电池。【考点剖析】考点一：金属的冶炼例1．（2021·九江高一下期末）钼是一种过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。（1）写出在高温下发生反应①的化学方程__________________。（2）如果在实验室模拟操作1和操作2，则需要使用的主要玻璃仪器有______________________________。（3）某同学利用下图所示装置来制备氢气，利用氢气还原三氧化钼，根据要求回答问题：①请设计一个实验方案验证H2的还原性并检验其氧化产物，其装置连接顺序是______________________________。②两次使用D装置，其中所盛的药品依次是_____、_____。【思维拓展】金属的冶炼1．实质：金属阳离子得电子被还原为金属单质：Mn++ne－＝M。2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系3．主要方法（1）电解法①电解熔融的氯化钠：2NaCl2Na+Cl2↑②电解熔融的氯化镁：MgCl2Mg+Cl2↑③电解熔融的氧化铝：2Al2O34Al+3O2↑（2）热还原法①工业上炼铁：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2②工业上炼钨：WO3+3H2W+3H2O③铝热法炼铬：Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3④工业上炼铜：2CuO+C2Cu+CO2↑⑤工业上炼钛：4Na+TiCl44NaCl+Ti（3）热分解法①工业上炼汞：2HgO2Hg+O2↑②工业上炼银：2Ag2O4Ag+O2↑（4）湿法炼铜：Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu考点二：氯气的实验室制法例2．某校化学兴趣小组为研究氯气的性质并模拟工业制备漂白粉，设计了下列装置进行实验。已知：装置A中反应为KClO3+6HCl（浓）＝KCl+3Cl2↑+3H2O。（1）写出B装置中反应的化学方程式______________________________。实验结束后，立即将B中溶液滴几滴在蓝色石蕊试纸上，可观察到的现象是_______________________。（2）装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，为此C中I、II、III处依次放入的物质正确的是____________。①干燥的有色布条②湿润的有色布条③浓硫酸④碱石灰（固体氢氧化钠和氧化钙组成的混合物）A．①④②B．①③②C．②③①D．②④①（3）待E中物质完全反应后，经过一系列加工处理得到漂白粉样品，反应化学方程式__________________________________，漂白粉有效成份为____________（填化学式）。（4）F装置的作用是__________________，盛放的试剂是________。（5）装置A中反应生成标准状况下氯气的体积为13.44L，则需消耗KClO3的物质的量为__________mol。【思维拓展】氯气的实验室制备实验1．发生装置：（1）反应原理①试剂：浓盐酸和二氧化锰。②反应的化学方程式：MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O。（2）装置类型：固体+液体气体（3）主要仪器：圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯、集气瓶、铁架台、石棉网、烧杯。2．净化装置：先用饱和食盐水除去HCl，再用浓硫酸除去水蒸气。除去Cl2中的HCl可用图（a）所示的试剂和装置。除去Cl2中的H2O可用图（b）、图（c）和图（d）所示的试剂和装置。3．收集装置：（1）Cl2密度大于空气，可用向上排空气法收集，如图（e）。（2）Cl2能溶于水，1体积水溶解2体积Cl2，用排饱和食盐水法收集，如图（f）。排饱和食盐水法收集的Cl2较纯，但不干燥。向上排空气法可收集到干燥的Cl2，但不纯。4．吸收装置：因氯气有毒，在制备和使用氯气时，为了防止对环境污染，需要尾气处理。在实验室中通常用NaOH溶液吸收多余的氯气。【特别提醒】实验室制取氯气的其他方法实验室制备Cl2时，可用KMnO4或KClO3等强氧化剂代替MnO2，利用“固体+液体→气体（不需要加热）”装置制备：16HCl（浓）+2KMnO42KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O，6HCl（浓）+KClO3KCl+3Cl2↑+3H2O。考点三：简单氧化还原反应的配平例3．配平下面的氧化还原反应方程式：（1）Mn2++O2+OH－→MnO（OH）2↓（2）MnO（OH）2+I－+H+→Mn2++I2+H2O【思维拓展】氧化还原反应方程式的配平1．配平原则：2．配平步骤：3．配平氧化还原反应的基本技能：（1）全变从左边配：氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的，一般从左边反应物着手配平。（2）自变从右边配：自身氧化还原反应（包括分解、歧化）一般从右边着手配平。（3）缺项配平法：先将得失电子数配平，再观察两边电荷。若反应物这边缺正电荷，一般加H+，生成物一边加水；若反应物这边缺负电荷，一般加OH－，生成物一边加水，然后进行两边电荷数配平。（4）当方程式中有多个缺项时，应根据化合价的变化找准氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。4．缺项的氧化还原反应方程式的配平方法及原则：缺项方程式是指某些反应物或生成物的分子式没有写出来，一般为水、酸或碱。（1）方法：先用“化合价升降法”配平含有变价元素的物质的化学计量数，然后由原子守恒确定未知物，再根据原子守恒进行配平。（2）补项原则①酸性条件下：缺H（氢）或多O（氧）补H+，少O（氧）补H2O（水）②碱性条件下：缺H（氢）或多O（氧）补H2O（水），少O（氧）补OH－考点四：氧化还原反应的计算例4．回收得到的SeO2的含量，可以通过下面的方法测定：①SeO2+KI+HNO3→Se+I2+KNO3+H2O（未配平）②I2+Na2S2O3→Na2S4O6+NaI（未配平）实验中，准确称量SeO2样品0.1500g，消耗0.2000mol·L－1的Na2S2O3溶液25.00mL，所测定的样品中SeO2的质量分数为________________。【思维拓展】电子守恒解题模型及应用1．解题模型（1）找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物、氧化产物（2）找准一个原子或离子的得失电子数（注意化学式中该粒子的个数）（3）根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式。2．注意事项（1）化合价没有发生变化的元素不列入计算关系式中（2）根据电子守恒所求的化合价为元素的平均化合价3．应用（1）计算“两剂”、“两产物”间的物质的量之比（2）计算转移电子与各物质间的量的关系（3）计算产物的化合价或化学式（4）配平化学方程式或离子方程式【过关检测】一、选择题1．目前，汽车尾气系统中均安装催化转化器。在催化转化器中发生反应2NO+2CO2CO2+N2该反应中还原剂是（）。A．NOB．N2C．CO2D．CO2．食品脱氧剂应无毒、无味、及环境友好。下列可用作食品包装袋中作脱氧剂的是（）。A．硅胶B．铁粉C．CaOD．KMnO43．（2021·呼和浩特高一质量检测）我国古代文献中有许多化学知识的记载，如《梦溪笔谈》中的“信州铅山县有苦泉，……，挹其水熬之，则成胆矾，熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”等，上述描述中没有涉及的化学反应类型是（）。A．复分解反应B．化合反应C．离子反应D．氧化还原反应4．（2021·云南楚雄高一检测）下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是（）。选项金属存在形式冶炼方法A金游离态金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离B银化合态银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态铝的金属性比铁强，可用铝热法炼铁D钠化合态钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液方法冶炼5．（2022·南京高一期中检测）下列关于Cl2的制备、净化、收集及尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是（）。A．用装置甲制备Cl2B．用装置乙除去Cl2中的HClC．用装置丙收集Cl2D．用装置丁吸收尾气6．新型陶瓷AlN可通过反应：Al2O3+N2+3C2AlN+3CO合成。下列正确的是（）。A．上述反应中，N2是还原剂，Al2O3是氧化剂B．AlN中氮元素的化合价为+3C．上述反应中，每生成1molAlN需转移3mol电子D．AlN的摩尔质量为41g7．海洋锰结核中含有大量锰、铁、铜、钴等金属元素，被公认为是一种重要的陆地矿产替代资源。已知铝、锰、锌、铁、钴（Co）、铜的金属活动性依次减弱。下列冶炼方法或反应不能达到制取对应金属单质目的的是（）。A．3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3B．3CO+Fe2O32Fe+3CO2C．Cu2S+O22Cu+SO2D．2Co2O34Co+3O2↑8．（2021·汕头高一期末检测）金属铜的提炼多从黄铜矿开始。黄铜矿在焙烧过程中主要反应之一的化学方程式为：2CuFeS2+O2＝Cu2S+2FeS+SO2，下列说法不正确的是（）。A．O2只做氧化剂B．CuFeS2既是氧化剂又是还原剂C．SO2既是氧化产物又是还原产物D．若有1molO2参加反应，则反应中共有4mol电子转移9．（2020~2021学年湖南长沙高一上期中）在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验．下列收集Cl2的正确装置是（）。A．B．C．D．10．（2021·佳木斯高一检测）Na2O2是一种既有氧化性、又有还原性的物质，当Na2O2与某物质Q发生反应并且有氧气生成时，下列有关说法正确的是（）。A．Q一定是氧化剂B．当有1molO2生成时转移电子4molC．O2一定是氧化产物D．Na2O2不可能发生还原反应11．（2021~2022学年浙江省9+1高中联盟高一上期中）用如图装置探究氯气的性质，图中三支试管口均放置沾有NaOH溶液的棉花。下列说法不正确的是（）。A．试管口放置含有NaOH溶液的棉花，主要是防止氯气逸出污染空气B．①中淀粉KI试纸变蓝，③中的溶液变为棕黄色，均可说明氯气有氧化性C．②中产生白色沉淀，不能说明氯气与水反应有Cl－生成D．④中紫色石蕊溶液先变红后褪色，说明氯气具有漂白性12．已知离子方程式：As2S3+H2O+NO3－→AsO43－+SO42－+NO↑+（未配平），下列说法错误的是（）。A．配平后H2O的化学计量数为4B．反应后溶液呈酸性C．配平后氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶28D．氧化产物为AsO43－和SO42－13．（2021~2022学年上学期绍兴高一期中）用草酸的稀溶液或草酸钠的酸性溶液可以洗涤粘在皮肤上的高锰酸钾，其离子方程式为（未配平）MnO4－+C2O42－+H+→CO2↑+Mn2++□。关于此反应的叙述中正确的是（）。A．该反应右边方框内的产物是OH－B．配平该反应后，H+的化学计量数是8C．该反应中氧化产物是CO2D．配平该反应后，该反应电子转移总数是5e－14．一定条件下，当溶液中XO4－与H2O2分子个数比恰好为2∶5时，溶液中XO4－离子被还原为较低价态，则X元素的化合价变为（）。A．+2B．+3C．+4D．+515．（衢州市2022年1月高一年级教学质量检测）将1.660g草酸钾固体（K2C2O4，M＝166g/mol）溶于水配成溶液，用25.00mL0.2000mol·L－1KMnO4溶液恰好将其完全氧化。则KMnO4的还原产物是（）。A．MnO42－B．MnO2C．MnO（OH）D．Mn2+二、非选择题16．（2021·湖南娄底高一检测）氧化还原反应原理在生产生活和科学研究中应用广泛。（1）下列表述中没有氧化还原反应发生的是________。A．滴水成冰B．蜡炬成灰C．百炼成钢（2）NH3和Cl2反应的方程式为：NH3+Cl2→N2+HCl①该反应中被氧化的元素是____（填元素名称），氧化剂是____（填化学式）。②配平该方程式：NH3+Cl2→N2+HCl（3）“地康法”制氯气的反应原理图示如下：①反应I的化学方程式为____________________。②若要制得标准状况下氯气11.2L，则整个反应中转移电子的物质的量为____。17．（2021·珠海高一检测）钨是我国丰产元素，是熔点最高的金属，广泛用于拉制灯泡的灯丝，在自然界主要以钨（+6价）酸盐的形式存在。有开采价值的钨矿石之一黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐，化学式常写成FeWO4和MnWO4，钨酸（H2WO4）酸性很弱，难溶于水。碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨。黑钨矿传统冶炼工艺的第一阶段是碱熔法：（1）黑钨矿浸入NaOH熔融液过程需通入大量空气，目的是为了使铁和锰转化为氧化物，其中一种红棕色的氧化物化学式为_____________；（2）已知A的主要成分为Na2WO4，请写出Na2WO4与浓盐酸反应的离子方程式________________________；（3）上述流程中B、C都是钨的化合物，则步骤（3）中B→C转化属于______（填四种基本反应类型之一）。（4）钨冶炼工艺的第二阶段则是用碳、氢气等还原剂把氧化钨（WO3）还原为金属钨。对钨的纯度要求不高时，可用碳作还原剂。写出用碳还原氧化钨制取金属钨的化学方程式：________________________。18．储氢碳纳米管的研究成功体现了科技的进步，但用电弧法合成的碳纳米管常伴有大量的杂质­碳纳米颗粒。这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应式为C+K2Cr2O7+H2SO4→CO2↑+K2SO4+Cr2（SO4）3+H2O（未配平）（1）配平上述方程式：__C+__K2Cr2O7+__H2SO4__CO2↑+__K2SO4+__Cr2（SO4）3+__H2O（2）上述反应中氧化剂是_______（填化学式），氧化产物是________（填化学式）。（3）H2SO4在上反应中表现出来的性质是__________（填序号）。A．氧化性B．氧化性和酸性C．酸性D．还原性和酸性19．为了讲授“氯气的性质和用途”，一老师以二氧化锰和浓盐酸为主要原料制取氯气，并设计了如图所示装置（其中A是连有注射器针头的橡皮管，针头已插入并穿过橡皮塞）进行教学。试回答下列问题：（1）乙和丙中的现象分别是____________________、____________________；由上述现象可得出结论：________________