苏教版高考化学一轮复习专题2化学反应第5讲氧化还原反应方程式的配平及计算学案

第5讲　氧化还原反应方程式的配平及计算

【课标要求】　1.掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。2.能利用得失电子守恒原理进行相关计算。

考点1　氧化还原反应方程式的配平

1．氧化还原方程式配平的基本原则

2．氧化还原方程式配平的一般步骤

[示例]　配平化学方程式：

H2S＋HNO3―→S↓＋NO↑＋H2O

第一步：标变价，H2＋HO3―→↓＋O↑＋H2O

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。

故H2S的化学计量数为3，NO的化学计量数为2。

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。

3H2S＋2HNO3===3S↓＋2NO↑＋4H2O

第五步：查守恒，其他原子在配平时相等，最后利用O原子守恒来进行验证。

题组一　正向配平

答案：(1)4　1　1　1　2　(2)5　1　3　3　3　3

(3)2　16　10　2　5　8

题组二　逆向配平

答案：(1)3　6　2　1　3　(2)2　9　3　3　5

题组三　缺项配平

3．(1)____MnO＋____H2O2＋____===____Mn2＋＋____O2↑＋____H2O

(2)某高温还原法制备新型陶瓷氮化铝(AlN)的反应体系中的物质有：Al2O3、C、N2、AlN、CO。

请将AlN之外的反应物与生成物分别填入以下空格内，并配平。

＋＋===AlN＋

解析：(2)根据氮元素、碳元素的化合价变化，N2是氧化剂，C是还原剂，AlN为还原产物，CO为氧化产物。

答案：(1)2　5　6H＋　2　5　8　(2)Al2O3　3C　N2　2　3CO

[归纳提升]

补项原则

　四步模型法书写信息型氧化还原方程式

　“四步法”突破新情景下氧化还原反应方程式的书写

[典例1]　写出MnO2在酸性条件下与NaHSO3溶液反应的离子方程式。

_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

[解析]　第1步：MnO2＋HSO―→Mn2＋＋SO

第2步：Mn降低2价，S升高2价，故在MnO2、HSO前的系数均为1：

MnO2＋HSO―→Mn2＋＋SO

第3步：方程式左边带1个负电荷，右边不带电荷，溶液显酸性，故在方程式左边添加1个H＋使电荷守恒：MnO2＋HSO＋H＋―→Mn2＋＋SO

第4步：根据原子守恒在方程式右边加1个H2O：MnO2＋HSO＋H＋===Mn2＋＋SO＋H2O

[答案]　MnO2＋HSO＋H＋===Mn2＋＋SO＋H2O

[典例2]　高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。Fe(OH)3和KClO在强碱性条件下反应可以制取K2FeO4，写出其反应的离子方程式________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

[解析]　第1步：Fe(OH)3＋ClO－―→FeO＋Cl－

第2步：Cl降低2价，Fe升高3价，故在Fe(OH)3、ClO－前的系数分别为2、3：

2Fe(OH)3＋3ClO－―→2FeO＋3Cl－

第3步：方程式左边带3个负电荷，右边带7个负电荷，溶液显碱性，故在方程式左边添加4个OH－使电荷守恒：2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－―→2FeO＋3Cl－

第4步：根据原子守恒在方程式右边加5个H2O：2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O

[答案]　2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O

[考能突破练]

1．按要求完成下列方程式。

(1)已知在酸性介质中FeSO4能将＋6价铬还原成＋3价铬。写出Cr2O与FeSO4溶液在酸性条件下反应的离子方程式：__________________________________。

(2)用NaClO­NaOH溶液氧化AgNO3，制得高纯度的纳米级Ag2O2。写出该反应的离子方程式___________________________________________________________

____________________________________________________________________。

(3)KMnO4氧化废水中Mn2＋生成MnO2的离子方程式为_________________________

___________________________________________________________________。

(4)温度高于200 ℃时，硝酸铝完全分解成氧化铝和两种气体(其体积比为4∶1)，该反应的化学方程式：________________________________________________

____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(5)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2。生产中溶液需保持弱碱性。在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，反应的离子方程式：___________________________________

___________________________________________________________________。

(6)生产硫化钠大多采用无水芒硝(Na2SO4)—碳粉还原法，若煅烧所得气体为等物质的量的CO和CO2，写出煅烧时发生反应的化学方程式：_____________________

_________________________________________________________________。

(7)向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I－，其离子方程式：___________________________________________________________

____________________________________________________________________。

(8)H3PO2的工业制法：将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2，后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式：___________

___________________________________________________________________。

答案：(1)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

(2)2Ag＋＋ClO－＋2OH－===Ag2O2↓＋Cl－＋H2O

(3)3Mn2＋＋2MnO＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋

(4)4Al(NO3)312NO2↑＋3O2↑＋2Al2O3

(5)3NO＋2H＋===NO＋2NO↑＋H2O

(6)3Na2SO4＋8C3Na2S＋4CO↑＋4CO2↑

(7)SO＋I2＋H2O===2I－＋SO＋2H＋

(8)2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O===3Ba(H2PO2)2＋2PH3↑

2．SCR(选择性催化还原)工作原理：

(1)尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式：_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

(2)反应器中NH3还原NO2的化学方程式：_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

答案：(1)CO(NH2)2＋H2OCO2↑＋2NH3↑

(2)8NH3＋6NO27N2＋12H2O

3．(1)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下：

Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)二氧化氯(ClO2)是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。该法工艺原理示意图如下。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠(NaClO3)与盐酸反应生成ClO2。发生器中生成ClO2的化学方程式为______________________________________________________

___________________________________________________________________。

(3)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。

如图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式：_________________________________________________

___________________________________________________________________。

答案：(1)2Co(OH)3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋5H2O

(2)2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O

(3)4Fe＋NO＋10H＋===4Fe2＋＋NH＋3H2O

4．工业制备PH3的流程如图所示。

(1)黄磷和烧碱溶液反应的化学方程式为_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

___________________________________________________________________，

次磷酸属于________(填“一”“二”或“三”)元酸。

(2)若起始时有1 mol P4参加反应，则整个工业流程中共生成________mol PH3(不考虑产物的损失)。

答案：(1)P4＋3NaOH＋3H2O===PH3↑＋3NaH2PO2　一　(2)2.5

考点2　氧化还原反应的计算方法——电子守恒法

1．对于氧化还原反应的计算，要根据氧化还原反应的实质——反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等，即得失电子守恒。利用守恒思想，可以抛开多步的反应过程，可不写化学方程式，不追究中间反应过程，只要把物质分为初态和终态，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。

2．守恒法解题的思维流程

(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)。

题组一　两元素之间得失电子守恒问题

1．24 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＋n为生成物中Cr元素的化合价)，根据得失电子数目相等，有0.024 L×0.05 mol·L－1×(6－4)＝0.02 L×0.02 mol·L－1×2×(6－n)，解得n＝3。

答案：B

2．联氨(又称肼，N2H4，无色液体)可用于处理高压锅炉水中的氧，防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2________kg；与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比，联氨的优点是______________________________________

__________________________________________________________________。

解析：N2H4吸收O2时的化学方程式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，由化学方程式可知参加反应的N2H4和O2的质量相等，故1 kg N2H4理论上可除去水中溶解的O2 1 kg。Na2SO3吸收O2生成Na2SO4：2Na2SO3＋O2===2Na2SO4，两者相比较，N2H4的用量少，且不产生其他杂质。

答案：1　N2H4的用量少，不产生其他杂质(产物为N2和H2O，而Na2SO3产生Na2SO4)

题组二　多元素之间得失电子守恒问题

3．在反应3BrF3＋5H2O===9HF＋Br2＋HBrO3＋O2↑中，若有5 mol H2O参加反应，被水还原的溴元素为(　　)

A．1 mol           B． mol

C． mol           D．2 mol

解析：设被水还原的溴元素(BrF3)的物质的量为x，5 mol H2O参加反应，失去电子4 mol，根据电子守恒得：3x＝4 mol，x＝ mol。

答案：C

4．在P＋CuSO4＋H2O―→Cu3P＋H3PO4＋H2SO4(未配平)的反应中，7.5 mol CuSO4可氧化P的物质的量为________ mol。生成1 mol Cu3P时，参加反应的P的物质的量为________mol。

解析：设7.5 mol CuSO4氧化P的物质的量为x，生成1 mol Cu3P时，被氧化的P的物质的量为y。

根据得失电子守恒得：7.5 mol×(2－1)＝x×(5－0)，解得x＝1.5 mol。

1 mol×3×(2－1)＋[1 mol×(0－3)]＝y×(5－0)，解得y＝1.2 mol。

所以参加反应的P的物质的量为1.2 mol＋1 mol＝2.2 mol。

答案：1.5　2.2

[归纳提升]

应用得失电子守恒解题的一般步骤

1．一找物质

找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。

2．二定得失

确定一个原子或离子得失电子数(注意化学式中的原子个数)。

3．三列关系

根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出关系式。n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值＝n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值

题组三　多步反应得失电子守恒问题

　有的试题反应过程多，涉及的氧化还原反应也多，数量关系较为复杂，若用常规方法求解比较困难，若抓住失电子总数等于得电子总数这一关系，则解题就变得很简单。解这类试题时，注意不要遗漏某个氧化还原反应，要理清具体的反应过程，分析在整个反应过程中化合价发生变化的元素得电子数目和失电子数目。

5．14 g铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合，通入水中恰好全部被吸收，则合金中铜的质量为(　　)

A．9.6 g           B．6.4 g

C．3.2 g           D．1.6 g

解析：根据得失电子守恒规律可直接找出已知量(O2)与未知量(Cu、Ag)之间的物质的量关系。HNO3中的元素相当于电子的“二传手”，先得到Cu、Ag失去的电子，再传给O2，最后恢复原貌，Cu、Ag失去的电子最终传给了O2，所以根据得失电子守恒规律，得×2＋＝×4，解得：m(Cu)＝3.2 g。

答案：C

6．U常见化合价有＋4价和＋6价，硝酸铀酰[UO2(NO3)2]加热可发生如下分解：UO2(NO3)2―→UxOy＋NO2↑＋O2↑(未配平)，将气体产物收集于试管中并倒扣于盛水的水槽中，气体全部被吸收，水充满试管。则生成的铀的氧化物化学式是(　　)

A．UO2           B．2UO2·UO3

C．UO3           D．UO2·2UO3

解析：气体被吸收，说明二氧化氮、氧气和水发生的反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，所以二氧化氮和氧气的计量数之比是4∶1，根据氧化还原反应中得失电子数相等知，U元素的化合价不变，所以生成物是UO3，故选C。

答案：C

1．(2020·高考全国卷Ⅱ节选)(1)Cl2O为淡棕黄色气体，是次氯酸的酸酐，可由新制的HgO和Cl2反应来制备，该反应为歧化反应(氧化剂和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O的化学方程式为_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)ClO2常温下为黄色气体，易溶于水，其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”，能快速溶于水，溢出大量气泡，得到ClO2溶液。上述过程中，生成ClO2的反应属于歧化反应，每生成1 mol ClO2消耗NaClO2的量为________mol；产生“气泡”的化学方程式为____

___________________________________________________________________。

(3)“84消毒液”的有效成分为NaClO，不可与酸性清洁剂混用的原因是_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

(用离子方程式表示)。工业上是将氯气通入30%的NaOH溶液中来制备NaClO溶液，若NaClO溶液中NaOH的质量分数为1%，则生产1 000 kg该溶液需消耗氯气的质量为________kg(保留整数)。

解析：(1)由新制的HgO和Cl2反应制备Cl2O，由于该反应为歧化反应，所以只有氯元素的化合价发生变化，由0价变为＋1价和－1价，所以反应的化学方程式为2Cl2＋HgO===HgCl2＋Cl2O。(2)由题意知，在NaClO2生成ClO2的过程中，发生歧化反应，NaClO2既是氧化剂，又是还原剂，4NaO24O2，NaO2Na，每生成4 mol ClO2，需消耗5 mol NaClO2，所以每生成1 mol ClO2，需消耗 mol(即1.25 mol)NaClO2。产生的气泡的成分为CO2，反应的化学方程式为NaHCO3＋NaHSO4===CO2↑＋Na2SO4＋H2O。(3)“84消毒液”遇到酸性清洁剂能发生氧化还原反应：ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，Cl2有毒，故“84消毒液”不能和酸性清洁剂混用。1 000 kg溶液中NaOH溶液的质量为m(NaOH)＝1 000 kg×1%＝10 kg，设反应中消耗Cl2的质量为x kg，则：

2NaOH　＋　Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O

 80         71

 x kg    x kg

需要NaOH溶液的质量为÷30%＝kg。溶液的质量＝NaOH溶液的质量＋Cl2的质量，1 000 kg＝kg＋x kg，解得x≈203。

答案：(1)2Cl2＋HgO===HgCl2＋Cl2O　(2)1.25　NaHCO3＋NaHSO4===CO2↑＋Na2SO4＋H2O

(3)ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O　203

2．(2020·高考全国卷Ⅲ节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是____________________________________________________________________。

为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式_____________________________________________________________。

(2)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式_____________________________________。

解析：(1)因为废镍催化剂表面沾有油脂，所以“碱浸”的目的是除去油脂，同时还可以溶解催化剂中混有的铝及氧化铝杂质。滤液①中存在的金属元素只有铝元素，铝元素以[Al(OH)4]－(AlO)的形式存在，当加酸调到中性时，发生反应的离子方程式为[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O或AlO＋H2O＋H＋===Al(OH)3↓。

(2)根据信息书写反应方程式，反应物为Ni2＋、ClO－、OH－，产物为NiOOH、Cl－和H2O，利用得失电子守恒和电荷守恒书写反应的离子方程式：2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。

答案：(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物

[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O或AlO＋H2O＋H＋===Al(OH)3↓

(2)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O

3．(2019·高考全国卷Ⅱ)以重晶石(BaSO4)为原料，可按如图工艺生产立德粉：

在回转炉中重晶石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___________________________________________________________________。

解析：由流程图中的原料重晶石和焦炭粉经回转炉、浸出槽后得到净化的BaS溶液，可判断重晶石(BaSO4)与焦炭粉反应生成BaS和有毒气体CO，根据电子守恒法可配平氧化还原反应方程式：BaSO4＋4CBaS＋4CO↑；CO与水蒸气反应得到的清洁能源气体为H2，另一种产物为CO2，则CO与水蒸气反应的化学方程式为CO＋H2O===CO2＋H2。

答案：BaSO4＋4CBaS＋4CO↑　CO＋H2O===CO2＋H2

4．(2019·高考全国卷Ⅲ)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：

(1)“滤渣1”含有S和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________________________________________。

解析：(1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O，故“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(不溶性硅酸盐)。

(2)Fe2＋沉淀完全时，Mn2＋已经开始沉淀，故加入MnO2是为了将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除去。

答案：(1)SiO2(不溶性硅酸盐)　MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋