2020版高考化学一轮复习通用版讲义：第二章第7课时　追根知反应（3）——氧化还原反应的配平与计算

第7课时　追根知反应(3)——氧化还原反应的配平与计算

题型一　氧化还原反应方程式的配平与书写

新情景条件下的化学方程式的书写(涉及氧化还原反应)在高考中经久不衰，考生在面对这类问题时，由于题给信息较新，涉及内容不是教材中的化学方程式，往往感觉难以下手。对于这一类化学方程式，只要抓住反应本质“得失电子守恒”，利用氧化还原反应配平的方法，书写就会变得简单。

考法一　传统型氧化还原反应方程式的配平

[典例1]　配平化学方程式

[配平流程]　第一步：标变价

O·2O3＋Na2CO3＋ ＋2O3＋CO2＋

第二步：列得失

第三步：求总数

从而确定氧化剂(或还原产物)和还原剂(或氧化产物)的化学计量数。

FeO·Cr2O3的化学计量数为2，NaNO3的化学计量数为7, Na2CrO4的化学计量数为4，NaNO2的化学计量数为7。

第四步：配系数

先配平变价元素，再利用原子守恒配平其他元素。

2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO34Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2＋7NaNO2

第五步：查守恒

检查剩余元素Na、C和O是否守恒。

[答案]　2　4　7　4　1　4　7

[备考方略]　“五步骤”配平氧化还原反应方程式

考法二　缺项型氧化还原反应方程式的配平

[典例2]　完成以下氧化还原反应的离子方程式：

(　　)MnO＋(　　)C2O＋________===(　　)Mn2＋＋(　　)CO2↑＋________。

[配平流程]　

 [答案]　2MnO＋5C2O＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O

[备考方略]　缺项型氧化还原反应方程式的配平方法

(1)配平流程

缺项方程式是指某些反应物或生成物在方程式中没有写出来，它们一般为水、酸(H＋)或碱(OH－)，其配平流程为

(2)补项原则

(3)组合方式

考法三　信息型氧化还原反应方程式的书写

[典例3]　(2016·全国卷Ⅰ)＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为___________________________________________

________________________________________________________________________。

[配平流程]　

 [答案]　Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O

[备考方略]　信息型氧化还原反应方程式是指用文字描述的方式，叙述一个化学反应的过程，需要从文字信息中提炼反应物、生成物，进而分析反应中电子得失情况，其流程为

[综合训练]

1．配平下列反应的方程式。

(1)(2017·北京高考)在有氧条件下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：

________________________15NNO＋H2O

(2)(2015·天津高考)ClO＋Fe2＋＋____===Cl－＋Fe3＋＋____

(3)(2015·安徽高考)NaBO2＋SiO2＋Na＋H2===NaBH4＋Na2SiO3

(4)(2013·全国卷Ⅰ)LiCoO2＋H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋CoSO4＋O2↑＋____

(5)(2013·北京高考)MnO＋Fe2＋＋____===Mn2＋＋Fe3＋＋____

答案：(1)415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O

(2)1　6　6　H＋　1　6　3　H2O

(3)1　2　4　2　1　2

(4)2　3　1　1　2　1　4　H2O

(5)1　5　8　H＋　1　5　4　H2O

2．书写下列反应的方程式。

(1)(2018·全国卷Ⅰ)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)可用作食品的抗氧化剂，在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，用碘标准溶液进行滴定，该反应的离子方程式为______________________

__________________________________________________。

(2)(2018·天津高考)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为___________________

_____________________________________________________。

(3)(2017·全国卷Ⅰ)写出高温煅烧中FePO4与Li2CO3、H2C2O4反应制备LiFePO4的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)(2017·全国卷Ⅲ)写出硫酸亚铁高温分解生成SO2、SO3的化学方程式：________________________________________________________________________。

(5)(2017·江苏高考)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为_______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(6)(2017·江苏高考)在45～50 ℃时向CuCl悬浊液中持续通入空气，得到碱式氯化铜[Cu2(OH)2Cl2·3H2O]，该反应的化学方程式为_________________________________________

______________________________________。

(7)(2017·海南高考)CaH2与水反应的化学方程式为______________________________

________________________________________________________________________。

(8)(2016·全国卷Ⅱ)向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为______________________________________________

_______________________________________________________________________________。

(9)(2016·全国卷Ⅲ)烟气中含有SO2和NO，写出用NaClO2溶液将烟气中NO转化成NO的离子方程式：______________________________________________________________。

(10)(2016·江苏高考)一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH(B元素的化合价为＋3)与Fe2＋反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)，其离子方程式为

________________________________________________________________________。

答案：(1)S2O＋2I2＋3H2O===2SO＋4I－＋6H＋

(2)2NO＋3H2O2===2NO＋2H＋＋2H2O

(3)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O

(4)2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑

(5)4Ag＋4NaClO＋2H2O===4AgCl＋4NaOH＋O2↑

(6)4CuCl＋O2＋8H2O2[Cu2(OH)2Cl2·3H2O]

(7)CaH2＋2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑

(8)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

(9)4NO＋3ClO＋4OH－===4NO＋3Cl－＋2H2O

(10)2Fe2＋＋BH＋4OH－===2Fe＋2H2↑＋B(OH)

题型二　氧化还原反应的相关计算——电子守恒法

电子守恒是氧化还原滴定实验数据处理、电化学及氧化还原反应计算的依据，是历年高考考查的重点，利用氧化还原反应中得失电子守恒思想，可以抛开繁琐的反应过程，不写化学方程式，不追究中间反应过程，只需找出反应过程中的始态物质和终态物质，从得电子与失电子两方面进行整体思维，建立二者之间的电子守恒关系，即可快速正确求解。

考法一　确定元素的价态或产物组成

[典例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]　题目中指出被还原的元素是Cr，则得电子的物质必是K2Cr2O7，失电子的物质一定是Na2SO3，其中S元素的化合价从＋4→＋6；而Cr元素的化合价将从＋6→＋n(设化合价为＋n)。根据氧化还原反应中得失电子守恒规律，有0.05 mol·L－1×0.024 L×(6－4)＝0.02 mol·L－1×0.020 L×2×(6－n)，解得n＝3。

[答案]　B

[典例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

[解析]　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。

Na2 x―→xNa2O4　NaO―→Na

得关系式1×·x＝16×2，x＝5。

[答案]　D

考法二　多步氧化还原反应中的电子守恒

[典例3]　取质量为x的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0.4 mol的NO2气体和0.03 mol的N2O4气体，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17.02 g。 则x等于(　　)

A．8.64 g  B．9.20 g

C．9.00 g  D．9.44 g

[解析]　反应流程为

可知x＝17.02 g－m(OH－)，而OH－的物质的量等于镁、铜失电子的物质的量，等于浓HNO3得电子的物质的量，即：n(OH－)＝0.4 mol×1＋0.03 mol×2×1＝0.46 mol，所以x＝17.02 g－0.46 mol×17 g·mol－1＝9.20 g。

[答案]　B

[典例4]　(2017·全国卷Ⅱ)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下：

Ⅰ.取样、氧的固定

用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合，反应生成MnO(OH)2，实现氧的固定。

Ⅱ.酸化、滴定

将固氧后的水样酸化，MnO(OH)2被I－还原为Mn2＋，在暗处静置5 min，然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O＋I2===2I－＋S4O)。

回答下列问题：

(1)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为_________________________________。

(2)取100.00 mL水样经固氧、酸化后，用a mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为__________；若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL，则水样中溶解氧的含量为________ mg·L－1。

[解析]　(1)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为

2Mn(OH)2＋O2===2MnO(OH)2。

(2)由始态物质O2中氧元素化合价降低和终态物质Na2S2O3中硫元素化合价升高，再根据氧化还原反应中的得失电子守恒关系可得

2×(2－0)×n(O2)＝b×10－3×a×2×(2.5－2)

则n(O2)＝ mol

m(O2)＝ mol×32 g·mol－1＝8ab×10－3 g＝8ab mg，故水样中溶解氧的含量为＝80ab mg·L－1。

[答案]　(1)2Mn(OH)2＋O2===2MnO(OH)2

(2)蓝色刚好褪去　80ab

[备考方略]

抓住“始态”与“终态”突破多步氧化还原反应的计算

在多步连续进行的氧化还原反应中，只要中间各步反应过程中电子没有损耗，则可以利用反应过程中转移电子的数目相等，找出“始态物质”与“终态物质”化合价发生变化的元素，再根据化合价升高总数和化合价降低总数相等，建立两者之间物质的量的关系而进行快速求解。

例如：a mol的铜与足量的浓HNO3反应，将产生的NO2气体与b mol的O2混合作用于水，气体完全被吸收。

则“始态物质Cu”Cu2＋，

“中间物质HNO3”NO2↑，

故“始态物质Cu”与“终态物质O2”之间物质的量的关系为：2Cu～O2，即a＝2b。

考法三　粒子先后反应的得失电子守恒

[典例5]　下列粒子在溶液中的还原性和氧化性强弱顺序如下：

还原性HSO>I－，氧化性IO>I2>SO。向含有x mol NaHSO3的溶液中逐滴加入NaIO3溶液。加入NaIO3的物质的量和析出的I2的物质的量的关系曲线如图所示，则x＝________mol。

[解析]　由还原性HSO>I－，氧化性IO>I2>SO再结合题给图像可知：

O～b发生反应为IO＋3HSO===I－＋3SO＋3H＋

b～c发生反应为IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O

利用得失电子守恒可求解n(HSO)×2e－＝n(IO)×6e－，即x mol×2＝1 mol×6，故x＝3。

[答案]　3

[备考方略]　当一种物质同时氧化两种或两种以上的粒子时强还原剂先被氧化，一种物质同时还原两种或两种以上的粒子时，强氧化剂先被还原。被氧化和被还原到何种程度，要以还原剂和氧化剂的物质的量多少来决定，具体计算时用电子守恒规律，但是对氧化还原反应过程中对应的每个阶段要分析清楚，电子守恒在对应的阶段同样适用。

[综合训练]

1．羟氨(NH2OH)是一种还原剂。将16.00 mL 0.05 mol·L－1的羟氨酸性溶液与足量硫酸铁在煮沸条件下反应，生成的Fe2＋又恰好被24.00 mL 0.02 mol·L－1的酸性KMnO4溶液所氧化。在上述反应中，羟氨的氧化产物为(　　)

A．NO2  B．NO

C．N2O  D．N2

解析：选B　由题干信息可知，NH2OH失去电子数等于高锰酸钾得到电子数，设羟胺的氧化产物中N元素的化合价为x，由电子守恒可知，(16.00×10－3)L×0.05 mol·L－1×(x＋1)＝(24.00×10－3)L×0.020 mol·L－1×(7－2)，解得x＝2，故羟胺的氧化产物是NO。

2．Na2FeO4是一种高效多功能水处理剂，应用前景十分看好。一种制备Na2FeO4的方法可用化学方程式表示：2FeSO4＋6Na2O2===2Na2FeO4＋2Na2O＋2Na2SO4＋O2↑。对此反应下列说法中正确的是(　　)

A．2 mol FeSO4发生反应时，反应中共有10 mol电子转移

B．每生成16 g氧气就有1 mol Fe2＋被还原

C．还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶3

D．氧化产物只有Na2FeO4

解析：选A　A项，反应中化合价升高的元素有Fe元素，由＋2价升高到＋6价，化合价升高的元素还有O元素，由－1价升高到0价，2 mol FeSO4发生反应时，共有2 mol ×4＋1 mol×2＝10 mol电子转移；B项，已知反应中Fe元素的化合价由＋2价变为＋6价，每生成16 g氧气就有1 mol Fe2＋被氧化；C项，该反应中FeSO4为还原剂，2 mol FeSO4完全反应失去8 mol电子，参与反应的6 mol Na2O2中有1 mol被氧化成O2，则作氧化剂的Na2O2的物质的量为5 mol，作还原剂的Na2O2的物质的量为1 mol，还原剂的总物质的量＝2 mol＋1 mol＝3 mol，所以还原剂与氧化剂物质的量之比＝3 mol∶5 mol＝3∶5；D项，该反应中氧化产物除Na2FeO4外还有O2。

3．铬及其化合物常被应用于冶金、化工、电镀、制药、纺织等行业，但使用后的废水因其中含高价铬的化合物而毒性很强。工业上往往采取下列循环工艺防止铬的污染：

完成下列填空：

(1)含 Cr2O的废水在酸性条件下用Fe3O4处理，反应的离子方程式如下：

_____Cr2O＋_____Fe3O4＋_____H＋―→_____Cr3＋＋_____Fe3＋＋____H2O

配平上述离子方程式，并标出反应中电子转移的方向和数目。

(2)回收所得的Cr(OH)3，经处理后又可转变成K2Cr2O7。纯净的K2Cr2O7常用于准确测定Na2S2O3溶液的物质的量浓度，方法如下：①Cr2O＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O　②2S2O＋I2===S4O＋2I－。

准确称取纯净的K2Cr2O7 0.122 5 g，配成溶液，用Na2S2O3溶液滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL。则Na2S2O3溶液的物质的量浓度为________(保留四位有效数字)。

解析：(1)反应中Cr2O―→Cr3＋，Cr元素由＋6价降低为＋3价，共降低6价，Fe3O4―→Fe3＋，Fe元素由平均化合价＋价升高为＋3价，共升高1价，化合价最小公倍数为6，Cr2O的化学计量数为1，Fe3O4的化学计量数为6，再根据原子守恒、电荷守恒配平其他物质的化学计量数，配平并标出反应中电子转移的方向和数目为：

(2)0.122 5 g K2Cr2O7的物质的量＝＝ mol，令Na2S2O3溶液的物质的量浓度为c，由题意可知始态物质为K2Cr2O7，终态物质为S2O，再根据得失电子守恒列关系式 mol×2×(6－3)＝0.025 L×c×2×(2.5－2)。

解得c＝0.100 0 mol·L－1。

答案：(1)1　6　62　2　18　31

(2)0.100 0 mol·L－1