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第2天　氧化还原反应

一、知识整合
1． 用分类思想理解氧化还原反应
(1)根据反应中有无电子转移或元素化合价是否发生变化，可以把化学反应划分为氧化还原反应和非氧化还原反应。
判断氧化还原反应的最佳判据是有无元素化合价的升降。
(2)四种基本反应类型和氧化还原反应的关系可用下图表示：

2． 结合实例理解氧化还原反应的相关概念
实例：在Fe₂O₃＋3CO高温(=====)2Fe＋3CO₂的反应中Fe₂O₃是氧化剂，CO是还原剂；C元素被氧化，Fe元素被还原；Fe₂O₃具有氧化性，CO具有还原性；CO₂是氧化产物，Fe是还原产物。
(1)相关概念
还原剂在反应中表现为所含元素的化合价升高，实质上失电子。还原剂具有还原性，反应时本身被氧化，发生氧化反应，得到氧化产物。
氧化剂在反应中表现为所含元素的化合价降低，实质上得电子。氧化剂具有氧化性，反应时本身被还原，发生还原反应，得到还原产物。
(2)常见氧化剂和还原剂
①常见氧化剂
a．某些活泼的非金属单质：如Cl₂，一般被还原为Cl^－。
b．元素处于高价态的物质：如浓硫酸，一般被还原为SO₂。
c．过氧化物：如H₂O₂，一般被还原为H₂O。
②常见还原剂
a．活泼的金属单质：如Zn，一般被氧化为Zn^2＋。
b．某些活泼的非金属单质：如H₂，一般被氧化为H₂O。
c．元素处于低价态的物质：如CO，一般被氧化为CO₂。
③具有中间价态的物质既有氧化性，又有还原性。
还原产物　　中间价态　 氧化产物
 
氧化还原反应的实质是反应过程中发生了电子转移，而氧化剂得电子总数(或元素化合价降低总数)必然等于还原剂失电子总数(或元素化合价升高总数)，根据这一原则可以对氧化还原反应的化学方程式进行配平。
配平的步骤：
(1)标好价：正确标出反应前后化合价有变化的元素的化合价。
(2)列变化：列出元素化合价升高和降低的数值。
(3)求总数：求元素化合价升高和降低的总数，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。
(4)配系数：用观察法配平其他各物质的化学计量数。
(5)细检查：利用“守恒”三原则(即质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒)，逐项检查配平的方程式是否正确。
二、解题探究
题组一　简单反应的得失电子守恒问题
1． Na₂S_x在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na₂SO₄，而NaClO被还原为NaCl，若反应中Na₂S_x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
答案　D
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。
Na₂-2/x(S)_x―→xNa₂＋6(S)O₄　Na+1(Cl)O―→Na+1(Cl)
得关系式1×x(2)·xe^－＝16×2e^－，x＝5。
2． 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
答案　B
解析　题目中指出被还原的物质是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。
思维建模
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)。
题组二　多元素参与反应的得失电子守恒问题
3． 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。
答案　1.5　2.2
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)
x＝1.5 mol
1 mol×3×(2－1)＋1 mol×[0－(－3)]＝y·(5－0)
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。
4． 四氧化三铁(Fe₃O₄)磁性纳米颗粒稳定、容易生产且用途广泛，是临床诊断、生物技术和环境化学领域多种潜在应用的有力工具。水热法制备Fe₃O₄纳米颗粒的反应是3Fe^2＋＋2S₂O3(2－)＋O₂＋xOH^－===Fe₃O₄↓＋S₄O6(2－)＋2H₂O。请回答下列问题。
(1)水热法制备Fe₃O₄纳米颗粒的反应中，还原剂是____________。
(2)反应的化学方程式中x＝________。
(3)每生成1 mol Fe₃O₄，反应转移的电子为________mol，被Fe^2＋还原的O₂的物质的量为________mol。
答案　(1)Fe^2＋、S₂O3(2－)　(2)4　(3)4　0.5
解析　(2)根据电荷守恒得：
x＋2×2－3×2＝2，解得x＝4。
(3)根据还原剂失电子总数等于氧化剂得电子总数，当生成1 mol Fe₃O₄时，转移的电子数即是1 mol O₂得电子总数，为4 mol。设被Fe^2＋还原的O₂的物质的量为x，根据电子守恒得：4x＝1 mol×3×(3(8)－2)，解得x＝0.5 mol。
题组三　多步反应的得失电子守恒问题
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． 取x g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8 960 mL的NO₂气体和672 mL的N₂O₄气体(都已折算到标准状态)，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   B．9.20
C．9.00   D．9.44
答案　B
解析　反应流程为
Cu(Mg)浓HNO3(――→)Cu(OH)2()
x g＝17.02 g－m(OH^－)，
而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^－)＝22.4 L·mol－1(8.96 L)×1＋22.4 L·mol－1(0.672 L)×2×1＝0.46 mol
所以x g＝17.02 g－0.46 mol×17 g·mol^－1＝9.20 g。
题组四　微粒先后反应的得失电子守恒问题
当一种物质同时氧化两种或两种以上的微粒时，强还原剂先被氧化。一种物质同时还原两种或两种以上微粒时，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。
6． 下列微粒在溶液中的还原性和氧化性强弱顺序如下：还原性HSO3(－)>I^－，氧化性IO3(－)>I₂>SO4(2－)。向含有x mol NaHSO₃的溶液中逐滴加入KIO₃溶液，加入KIO₃和析出I₂的物质的量的关系曲线如图所示，则x＝________mol。

答案　3
解析　开始加入KIO₃溶液时，最先与IO3(－)反应的微粒是HSO3(－)，还原产物为I^－，氧化产物为SO4(2－)；当HSO3(－)反应完后，b点到c点发生反应的离子方程式为IO3(－)＋5I^－＋6H^＋===3I₂＋3H₂O。所以0点到b点参加反应的HSO3(－)的物质的量可利用电子守恒求解：n(HSO3(－))×2e^－＝n(IO3(－))×6e^－，即x mol×2＝1 mol×6，所以x＝3。