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            第四节氧化还原反应和离子反应


            第四节
            【知识网络】 一.氧化还原反应:

            氧化还原反应和离子反应

            氧 化 还 原 反 应

            氧化剂+ 还原剂 ① 优 先=== 反应原 还原产物 原则:①质量守 理 ; ② 强+ 弱原 依据:电子守恒 氧化产物 恒; ②电子守恒; 理; ③价态原理 ( 强氧 化性) 题型:①部分氧 ③电荷守恒(离 ( 强 还 原性 ) (邻位 转 化规 化还原计算;② ( 弱还原性) 子方程式) 律、 互不换位规 (弱氧化性) 推 断产物化合 方法:化合价升 律、跳位规律 价; 降法 ③ 求 氧 化剂、还原剂或 氧化产物、还原 产物质量比 ④ 电 解 产物的计算

            二.离子反应: 1.定义:有离子参加或生成的反应 2.总趋势:向原溶液里某种或几种离子浓度降低的方向进行 3.表示方法:
            范围

            水溶液中的离子反应 ①非氧化还原反应(复分解反应、双水解反应、络合反 应) ; ②氧化还原反应(置换反应、复杂氧化还原反应、有机 ①写离子符号的规则(可溶的强电解质) ;②保留化学式的 反应) 规则③配平规则(同时满足:质量守恒、电子守恒、电荷 守恒) 写、拆、删、查

            离 子 方 程 式

            类 型 书书规 则 书写步骤

            【易错指津】 一、氧化还原反应,应注意: ①判断物质氧化性或还原性强弱,依据是得失电子的难易程度,而不是得失电子数的多少。如 Na 的还原性大于 Al。 ②元素的高价态氧化性不一定比低价态强,如 HClO 氧化性大于 HClO4。 ③有的氧化还原反应的发生与浓度有关,如 MnO2 只与浓 HCl 反应。 ④元素的氧化性与还原性与物质的氧化性与还原性并不一致, 如 H2S 中-2 价的 S 只有还原性, 而不能说 H2S 只有还原性。 ⑤同一物质还原同一物质时,不能根据氧化剂被还原的程度判断氧化性的强弱,如: Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 虽然稀硝酸的还原程度大,但其氧化性比浓硝酸弱。 ⑥下列氧化还原反应在标电子转移的方向和数目时,要防止错误。
            -6e-6e-

            错:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 正:2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+3H2↑+4H2O
            +6e+4e-2e+6e-

            错:2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
            -4e-

            正:2Na2O2+4H2O=4NaOH+O2↑+2H2O
            +2e-

            反应 KClO3+6HCl=KCl+3Cl2↑+3H2O 中,转移的电子数为 5,而非 6,这可从其离子方程式看出:ClO3-+6H++5Cl-=3Cl2

            ↑+3H2O。 二、判断离子方程式的正误,应注意以下问题: ①查是否违背反应事实,如铁跟硝酸反应:Fe+2H+=Fe2++H2↑(错误) 。 3+ 2+ ②查电荷守恒(这是高考考查重点) ,如 Fe+ Fe =2Fe 是错误的。 ③查化学式能否拆成离子,如硫化亚铁与盐酸反应的离子方程式不能写成:S2-+2H+=H2S↑。 ④查是否漏写离子反应,如硫酸铜和氢氧化钡溶液反应的离子方程式不能写成:Ba2++SO42-=BaSO4↓。 ⑤查离子的配比数是否正确,如硫酸和氢氧化钡溶液反应的离子方程式不能写成:H++SO42-+ Ba2++2OH-= BaSO4↓+H2O。 ⑥查反应物因过量或少量导致产物的不同,如往小苏打溶液中加入少量澄清石灰水的离子方程式为: 2+ 22+ Ca +2OH +2HCO3-=CaCO3↓+2H2O+CO3 ; 往澄清石灰水加入少量小苏打溶液的离子方程式为: Ca +OH +HCO3-=CaCO3↓+H2O。 ⑦电解质溶液中的反应,其本质是离子间的反应。用离子方程式所反映的是物质在溶液中存在的主要形式,而不一定是 真实参与反应的离子。 如 H2S 通入 NaOH 溶液,H+来自 H2S 的微弱电离:H2S H++HS-。若 H2S 气体通入 NaOH 溶液,由于上述 H2S 电离出 来的 H+被 OH-中和,电离过程不断进行,反应的离子方程式为 H2S+OH-=HS-+H2O,若 NaOH 过量,则反应的离子方程式为 H2S+2OH-=S2-+2H2O。 三、离子大量共存的判断: + 3+ 1.某些离子只存在一定 pH 范围:①只能存在酸性溶液中:水解呈酸性离子(弱的阳离子:NH4 、Fe );②只能存在碱性溶液 23+ 中:水解呈碱性离子(弱酸根:F AlO2 );③强酸强碱中均不能存在:HCO3 、HS 、HSO3 、H2PO4 、HPO4 。即使在中性溶液中像 Fe 、 2CO3 离子是不能存在的。 2+ 3+ 2+ 2.试题的前提设置:(1)对溶液性质要求:①颜色:如指明为无色溶液,则无 Cu 、Fe 、Fe 、MnO4 ;②酸碱性:直接或间 2+ + 接----指示剂(如使甲基橙显红色,则不含 OH 、弱酸氢根离子或 Fe 与 NO3 ) ,水电离出[H ]或[OH ](如在 1L 溶液中水电离 + -3 + 出的[H ]=10 mol/L,则溶液可能呈酸性,也可能呈碱性) 、与 Al 作用产生 H2(溶液既可能含 H 也可能含 OH ) ;(2)特殊要求: 2+ 在××离子存在下(如含 I 的;含 Fe 的),因发生××反应;解答时应将这些附加条件加入到选项中各离子组中去一起分析; (3)是共存还是不共存,以防把答案选反了。 3.ClO 的氧化性与 NO3 的不同:NO3 只有在酸性条件下,才有强氧化性;而 ClO 无论在酸性或是碱性条件下,都有强氧化 22+ 2性。如题有 NO3 ,要特别注意其在酸性条件下的隐蔽氧化性。在酸性条件下,NO3 与 I 、S 、Fe 、SO3 等还原性微粒不可共 存。 【典型例题评析】 例 1 下列化工生产过程所发生的反应不属于 氧化还原反应的是(2001 年春季高考题) ... A.用油脂制肥皂 B.用铝土矿制金属铝 C.用氯气和消石灰制漂白粉 D.用氢气和氮气合成氨 思路分析:上述四个工业制备中,只有 A 中的反应元素的价态未发生变化。 答案:A 方法要领:氧化还原反应的实质是电子发生转移,其表征是化合价的变化。判断反应是否属于氧化还原反应,只要看反 应中元素的化合价是否有变化,有化合价变化的就是氧化还原反应。 例 2 G、Q、X、Y、Z 均为氯的含氧化合物.。我们不了解它们的化学式,但知道它们在一定条件下具有如下的转换关 系(未配平):

            ?? X+H2 ①G→Q+NaCl ②Q+H2O ?? ③Y+NaOH→G+Q+H2O ④Z+NaOH→Q+X+H2O 这五种化合物中氯的化合价由低到高的顺序是(1995 年上海市高考题) A.QGZYX B.GYQZX C.GYZQX D.ZXGYQ 思路分析:由①得出 Q 高于 G,因为 G 必介于 Q 和-1 价的 Cl 之间,-1 为氯元素的最低价;将该结论引用到③,Y 介于 Q 与 G 之间,故有 Q 高于 Y,Y 高于 G。分析②:H2O 中的 H 化合价降低,则 Q 中的氯元素转变为 X 中的氯,化合价必升高,则 得出 X 高于 Q。最后④,Z 介于 Q、X 之间,则 X 高于 Z,Z 高于 Q。 答案:B 方法要领:该题新颖灵活为一道好题。本题考查考生灵活运用氧化还原反应基础知识和严密的逻辑推理能力。可根据反 应中同一元素转化为两种含该元素的物质,为歧化反应,其中一种产物的化合价高于反应物,另一种则低于反应物。另可根 据归中反应,生成物的价态必居于两种反应物同一元素不同价态的中间,高者还原,低者氧化,共同生成中间某一价态的产 物。如能把握好①的歧化,③、④的归中两方面的规律,即可顺利解题。 例 3 某单质 X 能从盐的溶液中置换出单质 Y,由此可知(1996 年高考化学试测题) A.当 X、Y 都是金属时,X 一定比 Y 活泼 B.当 X、Y 都是非金属时,Y 一定比 X 活泼 C.当 X 是金属时,Y 可能是金属,也可能是非金属 D.当 X 是非金属时,Y 可能是金属,也可能是非金属 思路分析:金属或非金属发生置换反应,都是活泼性强的单质,从化合物中置换出活泼性朋弱的单质,所以 A 正确 B 错 误。金属单质如与盐反应,被置换出的是金属单质,如与酸反应,被置换出的是 H2(非金属单质) 。而对非金属单质而言, 无论从盐或无氧酸中置换出的单质均为非金属。C 对 D 错。 答案:A、C
            电解

            引申发散:置换反应包括下列几种情况: 金属单质置换出金属单质:液相的置换和固相的置换(铝热反应) 金属单质置换出非金属单质:活泼金属+水;活泼金属+酸;Mg+CO2 非金属单质置换出非金属单质:① Cl2+H2S ② O2+H2S ③ F2+H2O ④ Cl2+HBr ⑤ Cl2+HI ⑥ Br2+HI ⑦ I2+H2S ⑧ C+H2O ⑨C+SiO2 ⑩Cl2+NH3 非金属单质置换出金属单质:C/H2 与金属氧化物 例 4 硫代硫酸钠可作为脱氯剂,已知 25mL0.100mol/LNa2S2O3 溶液恰好把 224mL(标准状况下)Cl2 完全转化为 Cl-,则 S2O32-将转化成(2000 年全国高考题) A.S2B.S C.SO32D.SO42思路分析: Cl2 (0.010mol) 在反应中获得 0.020mol 电子, 设 Na2S2O3 (0.0025mol) 中 S 元素的平均化合价为 x: 1×2+2x+(-2 ×3)=0,x=+2,再设反应后 S 元素价态为 y。根据反应中得失电子数相等得: 0.020mol=0.0025mol×(y-2)× 2 y=+6。 答案:D 方法要领:本题为高考热点题,重点考查氧化还原反应实质和电子守恒关系。 解题要领为: 1.依据:氧化剂与还原剂在反应得失电子数相等原理 2.方法: ①找出氧化剂和还原剂以及各自的还原产物和氧化产物 ②找准 1 个原子/离子得失电子数 ③由题中所给物质的物质的量,根据电子守恒列等式 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 例 5 铁酸钠 (Na2FeO4) 是处理过程中使用的一种新型净水剂, 它的氧化性比高锰酸钾更强, 本身在反应中被还原成 Fe3+ 离子。 (1)配平制取铁酸钠的化学方程式: □Fe(NO3)3+□NaOH+□Cl2---□Na2FeO4+□NaNO3+□NaCl+□H2O 反应中 元素被氧化,转移电子总数为 。 (2)铁酸钠之所以能净水,除了能消毒杀菌外,另一个原因是 。 思路分析:先找出价态变化的元素在反应前后的化合价,根据化合价升降总数相等,配出氧化剂和还原剂以及相应的还 原产物和氧化产物的化学计量数,进而观察配平。 发生变价的元素有铁和氯:Fe(+3→+6,变化 3 价) 、Cl(0→-1,变化 1×2=2 价) ,故 Fe(NO3)3 配 2,Cl2 配 3,再配其 它物质化学计量数。 依题意 Na2FeO4 在净水过程中被还原成 Fe3+,Fe3+易水解生成 Fe(OH)3 胶粒,它有吸附性。 答案: (1)2 16 3-2 6 6 8 铁 ,6e (2)还原产物 Fe3+水解生成 Fe(OH)3 胶粒,能吸附悬浮杂质而沉积下来。 方法要领:铁酸钠中铁元素的价态可按价态规则推出,不必“少见多怪” 。配平要领是: 一.配平原则(三守恒) 1.电子守恒 2.质量守恒 3.电荷守恒(离子方程式) 二.配平步骤 一标(标出价态变化元素的化合价) 二等(化合价升降值等) 三定(氧化剂及还原产物,还原剂及氧化产物) 四平 (观察法配其它化学计量数) 五查(查各微粒数是否相等) 三.配平技巧 1.部分氧化还原反应:化学计量数分两部分:作氧化剂或还原剂,和参加非氧化还原反应的 2.自身氧化还原反应:逆向配平 3.缺项配平:先配两剂,最后由质量守恒,电荷守恒确定 例 6 下列反应的离子方程式中书写正确的是(2000 年全国高考题) A.向饱和碳酸氢钙溶液中加入饱和氢氧化钙溶液 Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O B.金属铝溶于氢氧化钠溶液 Al+2OH =AlO2 +H2↑ C.用氢氧化钠溶液吸收少量二氧化碳 2OH +CO2=CO32-+H2O D.向三氯化铁的酸性溶液中通入足量硫化氢 Fe3++H2S=Fe2++S↓+2H+ 思路分析:A 中 HCO3-离子被 OH-离子中和而转化为 CO32-离子,故有 CaCO3 沉淀,并依据反应的化学方程式约简配平化 学计量数,A 对;B 中一是漏写 H2O,二是电荷不守恒,错误;C 中碱过量生成 CO32-,正确;D 中电荷不守恒,违反氧化还 原反应原理,错了。 答案:A、C 方法要领:离子方程式正误判断自 1995 年以来每年必考,它涉及电解质、非电解质、强弱电解质、酸碱盐溶液溶解性及 其复分解反应,溶液中进行的氧化还原反应、盐的水解反应等多方面的内容。同时对常见俗名考查,及对微溶物化学用语的 处理,近年来又引入了反应物用量与反应产物的判断,又增强了思维严密性的考查。 例 7 1. ( 1 ) 向 NaHSO4 溶 液 中 , 逐 滴 加 入 Ba(OH)2 溶 液 至 中 .性 ., 请 写 出 发 生 反 应 的 离 子 方 程

            式 式

            。 ( 2 )在以上中性 溶液中,继续滴加 Ba(OH)2 溶液,请写出此步反应的离子方程 ..

            。 (1997 年全国高考题) 思路分析:该题类型为给条件离子方程式的书写,NaHSO4=Na++H++SO42-、Ba(OH)2=Ba2++2OH-。欲使 NaHSO4 溶液呈中 性, 只需将其中 H+恰好中和即可。 而此时溶液中 SO42-显然过量, 反应的离子方程式为: 2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O。 由这一离子方程式可见, 溶液中 SO42-的只反应了一半, 当继续滴加 Ba(OH)2, 则 SO42-全部转化为 BaSO4 沉淀: SO42-+Ba2+=BaSO4 ↓。 答案:2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O,SO42-+Ba2+=BaSO4↓ 方法要领:本题体现的焦点是物质在完全反应时,若-让 SO42-完全反应,则应选择 NaHSO4 定为常数“1” ,该反应的微粒 + 22+ 2+ + 为 H +SO4 ,此时分别需 1molBa 1molOH ,由于 1molBa 产生的同时必有 2molOH 生成,故该反应必余 OH ;若要 OH 和 H 完全 2+ + 2+ 2反应, 则必须把 Ba(OH)2 定常数 “1” , Ba +2OH , 此时选择 H 为 2mol, SO4 只能为 1mol, 而溶液中有 2molH 时, 必有 2molSO4 , 22而此时只反应了 1molSO4 ,必剩余了 SO4 。所以,做这类题时关键是把握题设条件。 酸式盐与碱溶液的反应,可先写化学方程式再改写为离子方程式。 例 8 下列离子方程式书写正确的是(1997 年上海市高考题) A.在氯化铝溶液中加入过量的 NaOH 溶液:Al3++3OH-=Al(OH)3↓ B.在硫酸铜溶液中加过量的 Ba(OH)2 溶液:Ba2++SO42-=BaSO4↓ C.在澄清石灰水中通入过量的 CO2:OH-+CO2=HCO3D.在 Ca(HCO3)2 溶液中加入过量 NaOH 溶液:Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O 思路分析:防止忽视过量的 CO2 使 CaCO3→Ca(HCO3)2。当年考生误选 D 的多,其根本原因是没有掌握过量问题处理的原则 是“以少定多” ,即量少者应由其化学式组成微粒之比[这里是指 Ca(HCO3)2 中 Ca2+与 HCO3-微粒之比为 1:2]来决定离子方程 2+ 2式的书写,因此,D 的正确离子方程式为:Ca +2OH +2HCO3-=CaCO3↓+2H2O+CO3 ;至于 A 显然错误,生成 Al(OH)3 的溶于 过量的 NaOH 溶液,生成 NaAlO2,正确的离子方程式为:Al3++4OH-=AlO2-+2H2O。 答案:C 方法要领:对酸式盐与碱的反应,可根据“量少全反应” ,把量少的物质的物质的量定为 1,再结合参加反应的离子判断 产物,写出化学方程式再改写成离子方程式。 例 9 下列各组离子在溶液可以大量共存,且加入氨水后也不产生沉淀的是(1999 年全国高考题) + 2+ 2+ + + 3+ 2+ A.Na Ba Cl SO4 B.K AlO2 NO3 OH C.H NH4 Al SO4 D.H Cl CH3COO NO3 2+ 2+ 思路分析:先用第一个条件(大量共存) “筛选” ,A 中的 Ba 和 SO4 生成沉淀,D 中 H 和 CH3COO 结合成弱酸;再用第二 3+ 个条件去分析 B 和 C 知,C 中的 Al 在加入氨水后会产生 Al(OH)3 沉淀。 答案:B 方法要领:离子能否大量共存的判断,是高考的热点题。其判断要领是:一是判断组内离子能否大量共存,如有下列情 况则离子间发生反应,不能大量共存: + + 22+ 2①离子互换反应:生成弱电解质如 OH 与 NH4 ;生成气体如 H 与 S ;生成沉淀如 Ba 与 SO3 , ②双水解反应: NH4+ Al3+ Fe3+ SiO32- AlO2- S2- CO32- ClO3+ ③络合反应:Fe 和 SCN 2+ + 3+ 2+ + 2④氧化还原反应: Fe 、H 、NO3 ;Fe 、I ;S 、MnO4 、H ;H 、S2O3 S2- ISO32Fe2+ Fe3+ MnO4- NO3-(H+) ClO-(H+/OH-) 说明:(1)2S2-+SO32-+6H+=3S↓+3H2O (2)S2O32-+2H+=SO2+ S↓+H2O 二是挖掘出题中隐藏的条件(见易错指津三) 引申发散:下列离子在溶液中因发生氧化还原反应而不能大量共存的是(2001 年上海市高考题) A.H3O+、NO3-、Fe2+、Na+ B.Ag+、NO3-、Cl-、K+ C. K+、Ba2+、OH-、SO42D.Cu2+、NH4+、Br-、OH思路分析:所给四个选项中各组离子均不能大量共存,只有 A 中的 H3O+、NO3-、Fe2+三种离子因发生氧化还原反应符合 题意。 答案:A 方法要领:抓住不能共存的条件:发生氧化还原反应。 例 10 某河道两旁有甲、乙两厂,它们排放的工业废水中,共含 K+、Ag+、Fe3+、Cl-、OH-、NO3-6 种离子。 (1999 年上 海市高考题) 甲厂的废水明显呈碱性,故甲厂废水中所含的 3 种离子是 、 、 。 乙厂的废水中含有另外 3 种离子,如果加一定量 (选填:活性炭、硫酸亚铁、铁粉)可以回收其中的金属 (填 写金属元素符号) 。

            另一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合,可以使废水中的 (填写离子符号)转化为沉淀,经过滤后 的废水主要含 ,可用来浇灌农田。 思路分析:溶液中离子共存问题几乎是每年必考的知识点,以往常以选择题的形式出现。本题结合环境保护(工业废水 的处理) ,使学生通过考试学会化学知识的简单应用,并增强社会责任感。从甲厂的废水明显呈碱性,推出必含 OH-,从而排 除了 Ag+、Fe3+存在,而乙厂废水中含 Ag+,可排除 Cl-的存在,所以确定甲厂废水中含:K+、OH-、Cl-;乙厂中含:Ag+、Fe3+、 NO3-。在乙厂的废水加 Fe 粉,通过置换反应回收其中的 Ag+。如甲、乙两厂的废水按适当比例混合,则可使 Ag+与 Cl-、Fe3+ 与 OH-结合成沉淀,余下的是氮、钾复合肥 KNO3。 答案:K+、OH-、Cl-;铁粉;Ag;Ag+、Cl-、Fe3+、OH-;KNO3 方法要领:这道联系社会生产实际的离子共存与反应知识的试题,涉及了离子共存、氧化性强弱比较、金属置换、污水 处理及化肥利用等方面的知识,解题中要能综合运用这些基础知识来解决问题。 例 11 化学实验中,如使某步中的有害产物作为另一步的反应物,形成一个循环,就可不再向环境排放该种有害物质。 例如: (2001 年上海市高考题)

            (l)在上述有编号的步骤中,需用还原剂的是 ,需用氧化剂的是 (填编号) 。 (2)在上述循环中,既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质是 (填化学式) (3)完成并配平步骤①的化学方程式,标出电子转移的方向和数目: □Na2Cr2O7+□KI+□HCl→□CrCl3+□NaCl+□KCl+□I2+□ 思路分析:由流程图知:价态发生变化的有①:Ma2Cr2O7→CrCl3,其中 Cr 的价态由+6→+3;②CrCl3→Na2CrO4,Cr 的 价态由+3→+6,从而判断所加的氧化剂和还原剂。由③知 Cr(OH)3→NaCrO2,知 Cr 元素可形成酸根,表现一定的非金属性, 故 Cr(OH)3 为两性氢氧化物。 答案: (1)①、④ (2)Cr(OH)3(3)1 6 14 2 2 6 3 7H2O, 方法要领: 根据流程图中有关各物质转化时的价态转化判断氧化剂和还 原剂。 例 14 溴酸钾与溴化钾在酸性溶液中反应,溴元素完全转化为溴单质。写出反应的离子方程 式: 。 该反应中 mol 溴酸钾中含有 m g 溴元素, 它能 (填写 “氧化” 或 “还原” ) mol 的 (填写离子或物质名称) 。 (1995 年上海高考题) 思路分析:由题意可初步写出:BrO3-+Br-+H+--Br2+H2O,根据化合价升降法配平方程式;利用守恒法可计算出含 m g 溴 元素的溴酸钾的物质的量为 m/80 mol,它能氧化溴离子的物质的量为 m/80 mol×5=m/16 mol。 答案:BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O,m/80,氧化,m/16,Br方法要领:根据氧化还原反应的规律,不同价态的同种元素之间在发生氧化还原反应时“向中看齐” ,遵循“高价+低价= 中间价”的规律,依据条件写出对应的离子方程式。根据氧化还原反应的概念结合离子方程式解答其他问题。


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