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2015年高考“氧化还原反应”

2015-12-14师殿峰

中学化学 2015年10期
关键词:还原剂氧化还原反应化合价

师殿峰

一、考查氧化还原反应的基本概念

例1 (上海化学卷)下列反应中的氨与反应4NH3+5O2→4NO+6H2O中的氨作用相同的是()。

A.2Na+2NH32NaNH2+H2↑

B.2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O

C.4NH3+6NO→5N2+6H2O

D.3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2

解析在反应4NH3+5O2→4NO+6H2O中,NH3中的氮元素化合价升高,氨作还原剂(氨体现还原性)。在反应A和D中,NH3中的氢元素化合价均降低,氨均作氧化剂(氨体现氧化性);在反应B和C中,NH3中的氮元素化合价均升高,氨均作还原剂(氨体现还原性)。故答案为B、C。

二、考查物质氧化性或还原性强弱的比较

例2(江苏化学卷、山东理综卷、北京理综卷和广东理综卷组合)下列说法不正确的是()。

A.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性

B.向NaBr溶液中滴入少量氯水和苯,振荡、静置,溶液上层呈橙红色;则Br-还原性强于Cl-

C.对比Fe与稀HNO3反应、Fe与浓HNO3反应中的现象(Fe与稀HNO3反应,Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色;Fe与浓HNO3反应,Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止),说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3

D.向含I-的无色溶液中滴加少量新制氯水,再滴加淀粉溶液,加入淀粉后溶液变成蓝色,则氧化性:Cl2>I2

解析对于A项,应用“还原剂的还原性比还原产物强”的规律,由反应CO2+Mg点+C可知,Mg的还原性强于C的还原性,A项正确;对于B项,溶液上层呈橙红色,说明Cl2与NaBr反应生成了Br2和NaCl(Cl2+2NaBrBr2+2NaCl),应用“还原剂的还原性比还原产物强”的规律可知,Br-的还原性强于Cl-,B项正确;对于C项,Fe与浓HNO3反应,Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止,这是因为发生了钝化现象,不能根据Fe与稀HNO3和Fe与浓HNO3反应的现象比较稀硝酸和浓硝酸的氧化性强弱(物质氧化性强弱只能通过比较物质得电子能力大小来分析),C项错误;对于D 项,Cl2将I-氧化为I2(Cl2+2I-2Cl-+I2),而碘遇淀粉溶液变蓝色,应用“氧化剂的氧化性比氧化产物强”的规律可知,氧化性:Cl2>I2,D项正确。故答案为C。

三、考查物质氧化性或还原性的判断

例3 (上海化学卷)二氧化硫能使溴水褪色,说明二氧化硫具有(  )。

A.还原性B.氧化性C.漂白性D.酸性

解析二氧化硫能使溴水褪色,是因二氧化硫被溴水氧化(SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr),说明二氧化硫具有还原性。故答案为A。

四、考查转移电子数的判断

例4(江苏化学卷、广东理综卷和安徽理综卷组合)下列说法正确的是(  )。

A.若H2O2分解产生1 mol O2,理论上转移的电子数约为4×6.02×1023

B.反应CH4+H2O催化剂△3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

C.3 mol单质Fe完全转变为Fe3O4,失去8NA(NA为阿伏加德罗常数的数值)个电子

D.向NaClO和NaCl混合溶液中加入浓盐酸,每产生1 mol Cl2,转移电子约为6.02×1023个

解析对于A项,由反应2H2O22H2O+O2↑可知,产生1 mol O2理论上转移2 mol电子,即理论上转移的电子数约为2×6.02×1023,A项错误;对于B项,因CH4-6e-→CO,则每消耗1 mol CH4转移6 mol电子,B项错误;对于C项,因3Fe-8e-Fe3O4,则3 mol单质Fe完全转变为Fe3O4失去8NA个电子,C项正确;对于D项,由反应NaClO+2HCl

NaCl+H2O+Cl2↑可知,每产生1 mol Cl2转移1 mol电子,即转移电子约为6.02×1023个,D项正确。故答案为C、D。

例5 (海南化学卷,节选)硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O,若有1 mol硝酸铵完全分解,转移的电子数为          mol。

解析因NH+4-4e-1/2N2O(或NO-3+4e-→1/2N2O),则1 mol硝酸铵完全分解,转移的电子数为4 mol。

故答案为:4 mol。

五、考查氧化还原反应化学方程式或离子方程式的配平

例6 (安徽理综卷,节选)请配平化学方程式:

□NaBO2+□SiO2+□Na+□H2——

□NaBH4+□Na2SiO3

解析可从还原剂Na和氧化剂H2入手,找出元素化合价的变化值(“↑”表示元素化合价升高,“↓”表示元素化合价降低;下同),根据其最小公倍数使化合价升降值相等,先确定出氧化剂和还原剂的化学计量数,再确定出氧化产物和还原产物的化学计量数,最后确定出其他物质的化学计量数。即:

NaBO2+SiO2+Na0+H02

↑1×2↓2×1

——Na+1BH-14+Na2SiO3

可先确定出Na和H2的化学计量数分别为2和1,然后确定出NaBH4的化学计量数为1/2,最后依次确定出NaBO2、SiO2和Na2SiO3的化学计量数分别为1/2、1和1。即1/2NaBO2+SiO2+2Na+H21/2NaBH4+Na2SiO3;再同时扩大2倍得:NaBO2+2SiO2+4Na+2H2NaBH4+

2Na2SiO3。

故答案为:1、2、4、2、、1、2。

例7 (天津理综卷,节选)完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:

□ClO-3+□Fe2++□→□Cl-+□Fe3++□

解析可从氧化剂ClO-3和还原剂Fe2+入手,找出元素化合价的变化值,根据其最小公倍数使化合价升降值相等,先确定出氧化剂和还原剂的化学计量数,再确定出氧化产物和还原产物的化学计量数,最后确定出缺项物质的化学式及其化学计量数。即:

Cl+5O-3+Fe+22++——Cl-1-+Fe+3+

↓6×1   ↑1×6

可先确定出ClO-3和Fe2+的化学计量数分别为1和6,然后确定出Cl-和Fe3+的化学计量数分别为1和6;此时,左端比右端少6个正电荷、而多3个O原子,则左端的缺项物质为

H+,其化学计量数为6;右端的缺项物质为H2O,其化学计量数为3。即:ClO-3+6Fe2++6H+Cl-+6Fe3++3H2O。

故答案为:1、6、6H+、1、6、3H2O。

六、考查氧化还原反应的计算

例8 (上海化学卷)将O2和NH3的混合气体448 mL通过加热的三氧化二铬,充分反应后,再通过足量的水,最终收集到44.8 mL气体。原混合气体中O2的体积可能是(假设氨全部被氧化;气体体积均已换算成标准状况) (  )mL。

A.231.5B.268.8C.287.5D.313.6

解析设原混合气体中O2和NH3的体积分别为V(O2)和V(NH3),则V(O2)+V(NH3)=

448 mL……①。由题意可知发生的反应为4NH3+5O24NO+6H2O和4NO+3O2+2H2O

4HNO3,将这两个反应叠加得总反应为NH3+2O2HNO3+H2O。若最终收集到44.8 mL气体为NO,则生成HNO3的NH3为[V(NH3)-44.8 mL];因NH3-8e-→HNO3,NH3-5e-→NO,O2+4e-→HNO3(H2O);则根据得失电子守恒原则和阿伏加德罗定律得:[V(NH3)-44.8 mL]×8+44.8mL×5=V(O2)×4……②;解方程组①②得,V(NH3)=160.5mL,V(O2)=287.5 mL;若最终收集到44.8mL气体为O2,因NH3-8e-→HNO3,O2+4e-→HNO3;则根据得失电子守恒原则和阿伏加德罗定律得:V(NH3)×8=[V(O2)-44.8 mL]×4……③;解方程组①③得,V(NH3)=134.4mL,V(O2)=313.6 mL。故答案为C、D。

例9 (江苏化学卷,节选)软锰矿(主要成分MnO2,杂质金属元素Fe、Al、Mg等)的水悬浊液与烟气中SO2反应可制备MnSO4·H2O,反应的化学方程式为:MnO2+SO2

MnSO4。准确称取0.1710 g MnSO4·H2O样品置于锥形瓶中,加入适量H3PO4和NH4NO3溶液,加热使Mn2+全部氧化成Mn3+,用c(Fe2+)=0.0500 mol/L的标准溶液滴定至终点(滴定过程中Mn3+被还原为Mn2+),消耗Fe2+溶液20.00 mL。计算MnSO4·H2O样品的纯度( 请给出计算过程)。

解析设Mn3+和Fe2+的物质的量分别为n(Mn3+)和n(Fe2+)。因Mn3++e-→Mn2+,Fe2+-e-→Fe3+;则根据得失电子守恒原则得:

n(Mn3+)×1=n(Fe2+)×1,即n(Mn3+)=n(Fe2+)=0.0500 mol/L

×20.00×10-3=1.00×10-3mol;根据Mn元素守恒原则得,n(MnSO4·H2O)=n(Mn3+)=1.00×10-3mol,则m(MnSO4·H2O)=1.00×10-3mol×169 g/mol=0.169 g,从而得MnSO4·H2O样品的纯度为0.169 g0.1710 g×100%=98.8%。故答案为98.8%(计算过程见解析)。

七、综合考查氧化还原反应的有关知识

例10 (上海化学卷)工业上将Na2CO3和Na2S以1∶2的物质的量之比配成溶液,再通入SO2,可制取Na2S2O3,同时放出CO2。在该反应中(  )。

A.硫元素既被氧化又被还原

B.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2

C.每生成1 mol Na2S2O3,转移4 mol电子

D.相同条件下,每吸收10 m3SO2就会放出2.5 m3 CO2

解析由题给信息可知其反应为:Na2CO3+2Na2S+4SO23Na2S2O3+CO2↑;由此可知,

Na2S中的硫元素被氧化,SO2中的硫元素被还原,A项正确;氧化剂(SO2)与还原剂(Na2S)的物质的量之比为2∶1,B项错误;因每生成3 mol Na2S2O3转移8mol电子(在中学通常认为Na2S2O3中硫元素为+2价),则每生成1 mol Na2S2O3转移8/3mol电子,C项错误;相同条件下,每吸收1体积SO2就会放出0.25体积CO2,则每吸收10 m3 SO2就会放出2.5 m3 CO2,D项正确。故答案为A、D(笔者认为,由于Na2S2O3中硫元素的化合价目前有争议:一种观点认为,硫元素为+2价;第二种观点认为,其中1个S原子为+4价,1个S原子为0价;第三种观点认为,其中1个S原子为+6价,1个S原子为-2价。这样,将使考生难以判断每生成1 mol Na2S2O3转移电子的物质的量。所以,此题以Na2S2O3作为命题素材欠妥)。

(收稿日期:2015-07-10)

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