化學(xué)競賽輔導(dǎo)1：氧化還原反應(yīng)的規(guī)律和應(yīng)用[1]

1、奧林匹克化學(xué)競賽輔導(dǎo)之一奧林匹克化學(xué)競賽輔導(dǎo)之一氧化還原反應(yīng)基本規(guī)律和應(yīng)用氧化還原反應(yīng)基本規(guī)律和應(yīng)用20222022年年2 2月月2222日星期二日星期二競賽要求：氧化還原的基本概念和競賽要求：氧化還原的基本概念和反應(yīng)的書寫與配平。反應(yīng)的書寫與配平。 氧化還原反應(yīng)和基本反應(yīng)的關(guān)系氧化還原反應(yīng)和基本反應(yīng)的關(guān)系氧化還原反應(yīng)特征：氧化還原反應(yīng)特征：元素化合價的升降元素化合價的升降氧化還原反應(yīng)實質(zhì)：氧化還原反應(yīng)實質(zhì)：電子的得失與偏移電子的得失與偏移關(guān)于氧化還原反應(yīng)概念關(guān)于氧化還原反應(yīng)概念還原劑還原劑氧化劑氧化劑相等相等相等相等四組概念，一個守恒四組概念，一個守恒1、 四組概念四組概念氧化劑與還原劑氧化

2、劑與還原劑（1）活潑非金屬單質(zhì)：如）活潑非金屬單質(zhì)：如 Cl2、Br2、O2等。等。（2）元素（如）元素（如Mn等）處于高化合價時的氧化等）處于高化合價時的氧化物，如物，如MnO2等。等。（3）元素（如）元素（如S、N等）處于高價時的含氧酸，等）處于高價時的含氧酸，如如 濃濃H2SO4、HNO3 等等（4）元素（如）元素（如Mn、Cl、Fe等）處于高化合價等）處于高化合價時的鹽，如時的鹽，如KMnO4、KClO3、FeCl3等。等。（5）過氧化物，如）過氧化物，如Na2O2、H2O2等。等。重要的氧化劑重要的氧化劑（1）活潑金屬單質(zhì)：如）活潑金屬單質(zhì)：如 Na、A1、Zn 、 Fe等等（2）某

3、些非金屬單質(zhì)：如）某些非金屬單質(zhì)：如 H2、C、Si 等等（3）元素（如）元素（如C、S等）處于低價時的氧化等）處于低價時的氧化物如物如CO、SO2等等（4）元素（如）元素（如Cl、S等）處于低化合價時的酸：等）處于低化合價時的酸：如如 H2S、HCl等等 （5）元素（如）元素（如S、Fe等）處于低化合價時的鹽，等）處于低化合價時的鹽，如如Na2SO3、FeSO4等等重要的還原劑重要的還原劑 3. 元素的氧化數(shù)元素的氧化數(shù) 指某元素一個原子的荷電數(shù)，這種荷指某元素一個原子的荷電數(shù)，這種荷電數(shù)是假設(shè)把每個化學(xué)鍵中的電子指定電數(shù)是假設(shè)把每個化學(xué)鍵中的電子指定給電負(fù)性更大的原子而求得。給電負(fù)性更大的

4、原子而求得。氧化還原反應(yīng)元素的氧化數(shù)確定氧化數(shù)的一般原則是：確定氧化數(shù)的一般原則是： 氧化還原反應(yīng)元素的氧化數(shù) a. 任何形態(tài)的單質(zhì)中元素的氧化數(shù)等任何形態(tài)的單質(zhì)中元素的氧化數(shù)等于零。于零。 b. 多原子分子中，所有元素的氧化數(shù)多原子分子中，所有元素的氧化數(shù)之和等于零。之和等于零。 c. 單原子離子的氧化數(shù)等于它所帶的單原子離子的氧化數(shù)等于它所帶的電荷數(shù)。多原子離子中所有元素的氧化電荷數(shù)。多原子離子中所有元素的氧化數(shù)之和等于該離子所帶的電荷數(shù)。數(shù)之和等于該離子所帶的電荷數(shù)。氧化還原反應(yīng)元素的氧化數(shù) d. 在共價化合物中，可按照元素電負(fù)在共價化合物中，可按照元素電負(fù)性的大小，把共用電子對歸屬于電

5、負(fù)性性的大小，把共用電子對歸屬于電負(fù)性較大的那個原子，然后再由各原子的電較大的那個原子，然后再由各原子的電荷數(shù)確定它們的氧化數(shù)。荷數(shù)確定它們的氧化數(shù)。 e. 氫在化合物中的氧化數(shù)一般為氫在化合物中的氧化數(shù)一般為+1，但在金屬氫化物中，氫的氧化數(shù)為但在金屬氫化物中，氫的氧化數(shù)為-1。氧在化合物中的氧在化合物中的 氧化數(shù)一般為氧化數(shù)一般為-2，但在，但在過氧化物為過氧化物為-1, 在超氧化物中為在超氧化物中為-1/2。 f. 氟在化合物中的氧化數(shù)皆為氟在化合物中的氧化數(shù)皆為-1 。 4. 氧化還原方程式的配平氧化還原方程式的配平氧化還原反應(yīng)氧化還原方程式的配平 以高錳酸鉀和氯化鈉在硫酸溶液中的以高

6、錳酸鉀和氯化鈉在硫酸溶液中的反應(yīng)為例，說明用氧化數(shù)法配平氧化還反應(yīng)為例，說明用氧化數(shù)法配平氧化還原反應(yīng)方程式的具體步驟。原反應(yīng)方程式的具體步驟。 a. 根據(jù)實驗確定反應(yīng)物和產(chǎn)物的化學(xué)根據(jù)實驗確定反應(yīng)物和產(chǎn)物的化學(xué)式：式：KMnO4+ NaCl + H2SO4 Cl2 +MnSO4+K2SO4+Na2SO4 + H2O b.找出氧化數(shù)升高及降低的元素。錳找出氧化數(shù)升高及降低的元素。錳的氧化數(shù)降低的氧化數(shù)降低5；氯的氧化數(shù)升高；氯的氧化數(shù)升高1，氯，氯氣以雙原子分子的形式存在，氣以雙原子分子的形式存在，NaCl的化的化學(xué)計量數(shù)至少應(yīng)為學(xué)計量數(shù)至少應(yīng)為2；氧化還原反應(yīng)氧化還原方程式的配平KMnO4+

7、NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 氧化數(shù)降低氧化數(shù)降低5氧化數(shù)升高氧化數(shù)升高2+H2O c. 計算氧化數(shù)降低與升高的最小公倍計算氧化數(shù)降低與升高的最小公倍數(shù)，上述反應(yīng)式中數(shù)，上述反應(yīng)式中5和和2的最小公倍數(shù)的最小公倍數(shù)為為10，可知高錳酸鉀的系數(shù)為，可知高錳酸鉀的系數(shù)為2，而氯，而氯氣的系數(shù)為氣的系數(shù)為5，氯化鈉的系數(shù)為，氯化鈉的系數(shù)為10:氧化還原反應(yīng)氧化還原方程式的配平KMnO4+NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4氧化數(shù)降低氧化數(shù)降低52氧化數(shù)升高氧化數(shù)升高25+H2O d. 配平反應(yīng)前后氧化數(shù)沒有變化的原配平反應(yīng)前后氧化數(shù)沒有

8、變化的原子數(shù)。子數(shù)。 e. 最后核對氧原子數(shù)。該等式兩邊最后核對氧原子數(shù)。該等式兩邊的氧原子數(shù)相等，說明方程式已配平。的氧原子數(shù)相等，說明方程式已配平。 氧化還原反應(yīng)氧化還原方程式的配平2KMnO4+10NaCl+8H2SO4 =5Cl2+2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O氧化還原反應(yīng)的配平氧化還原反應(yīng)的配平基本方法：基本方法：反應(yīng)中還原劑失去電子總數(shù)和氧化劑得到電反應(yīng)中還原劑失去電子總數(shù)和氧化劑得到電子總數(shù)相等子總數(shù)相等反應(yīng)中元素化合價升高總數(shù)和元素化合價降反應(yīng)中元素化合價升高總數(shù)和元素化合價降低總數(shù)相等低總數(shù)相等標(biāo)變價標(biāo)變價 算變化算變化 使相等使相等 配系數(shù)配系數(shù) 調(diào)系數(shù)

9、調(diào)系數(shù) 查守恒查守恒P+HNO3（濃）（濃） H3PO4+ NO2+ H2O51150 +5 +5 +4第一步：標(biāo)變價第一步：標(biāo)變價第二步：算變化第二步：算變化第三步：使相等（最小公倍數(shù)法）第三步：使相等（最小公倍數(shù)法）P+5HNO3（濃）（濃）=H3PO4+ 5NO2+ H2O第四步：配系數(shù)第四步：配系數(shù)Cu+HNO3（?。ㄏ。〤u（NO3）2+NO+H2O第一步：標(biāo)變價第一步：標(biāo)變價0 +5 +2 +5 +223第二步：算變化第二步：算變化第三步：使相等（最小公倍數(shù)法）第三步：使相等（最小公倍數(shù)法）32第四步：配系數(shù)第四步：配系數(shù)3Cu+2HNO3（濃）（濃）= 3Cu（NO3）2+2N

10、O+H2O第五步：調(diào)系數(shù)第五步：調(diào)系數(shù)3Cu+2+6HNO3（濃）（濃）= 3Cu（NO3）2+2NO+4H2O例、鐵與稀硝酸的反應(yīng)如下：例、鐵與稀硝酸的反應(yīng)如下：a Fe + b HNO3 = c Fe（NO3）3 + d Fe（NO3）2 + e NO + f H2O若若 a = 16，請?zhí)顚懴卤恚梢蕴顫M，也可以填不滿），請?zhí)顚懴卤恚梢蕴顫M，也可以填不滿）abcdef16161616161616111413121516已知硫酸錳（已知硫酸錳（MnSO4）和過硫酸鉀）和過硫酸鉀（K2S2O8）兩種鹽溶液在銀離子催化下可）兩種鹽溶液在銀離子催化下可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成高錳酸鉀、硫酸發(fā)生氧

11、化還原反應(yīng)，生成高錳酸鉀、硫酸鉀和硫酸。鉀和硫酸。請寫出并配平上述化學(xué)方程式；請寫出并配平上述化學(xué)方程式；此反應(yīng)的還原劑是此反應(yīng)的還原劑是 ，2MnSO4+5K2S2O8+8H2O= 2KMnO4+4K2SO4+8H2SO4MnSO4 NH4NO3 HNO3 +N2 +H2O（NH4）2SO4 NH3 +SO2 +H2O +N2 NH4ClO4HCl + O2 +H2O +N2 應(yīng)用應(yīng)用1.1.分解反應(yīng)的配平分解反應(yīng)的配平方法和思路：方法和思路： 可以采用從后（生成物）向前（反應(yīng)物）配平可以采用從后（生成物）向前（反應(yīng)物）配平NO2 +H2O HNO3 +NOS + Ca（OH）2CaS5 +

12、 CaS2O3 +H2OP +NaOH +H2O NaH2PO4 +PH3MnO42- + H2O MnO4- +MnO2 +OH 方法和思路：方法和思路： 可以采用從后（生成物）向前（反應(yīng)物）配平可以采用從后（生成物）向前（反應(yīng)物）配平應(yīng)用應(yīng)用2.2.歧化反應(yīng)的配平歧化反應(yīng)的配平KI x +Cl2 + H2O KCl +HIO3 +HClHClO x + P4 +H2O HCl + H3PO4Na 2S x +NaClO +NaOH Na2SO4 +NaCl +H2O應(yīng)用應(yīng)用3.3.含未知數(shù)的方程式的配平含未知數(shù)的方程式的配平 Pt+HNO3 + H2PtCl6 + NO + H2OKMnO

13、4 +H2S + MnSO4 +K2SO4 +S+H2OMnO4 - +I - + Mn2+ + H5IO6 + H2OFe3O4 + Cr2O7 2- + Cr3+ + Fe3+ +H2OHgS+HNO3+ H2HgCl4+S+NO+H2O應(yīng)用應(yīng)用4.缺項的方程式配平缺項的方程式配平A A、可能缺的項：一般是反應(yīng)介質(zhì)，通常是酸、堿或水，它們、可能缺的項：一般是反應(yīng)介質(zhì)，通常是酸、堿或水，它們參與反應(yīng)，但其中元素化合價不變；參與反應(yīng)，但其中元素化合價不變；B B、確定方法：先配出氧化還原系數(shù)，后根據(jù)離子電荷和原子、確定方法：先配出氧化還原系數(shù)，后根據(jù)離子電荷和原子個數(shù)守恒確定。個數(shù)守恒確定。最

14、后的方法（待定系數(shù)法）最后的方法（待定系數(shù)法） KMnO4 + FeS + H2SO4K2SO4+ MnSO4+ Fe2(SO4)3+ S+ H2O 根據(jù)各原子守恒，可列出方程組：根據(jù)各原子守恒，可列出方程組： a=2d （鉀守恒）（鉀守恒）a=e（錳守恒）（錳守恒） b=2f（鐵守恒）（鐵守恒） b+c=d+e+3f+g（硫守恒）（硫守恒） 4a+4c=4d+4e+12f+h（氧守恒）（氧守恒） c=h（氫守恒）（氫守恒） abcdefgh a=6,b=10,d=3,e=6,f=5,g=10,h=24。 KMnO4 + FeS + H2SO4K2SO4+ MnSO4+ Fe2(SO4)3+

15、S+ H2O 10241024 氧化還原反應(yīng)的重要規(guī)律氧化還原反應(yīng)的重要規(guī)律1、基本規(guī)律：、基本規(guī)律：元素化合價升高，失去電子，本身作還原元素化合價升高，失去電子，本身作還原劑，反應(yīng)中被氧化劑氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)劑，反應(yīng)中被氧化劑氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物生成氧化產(chǎn)物元素化合價降低，得到電子，本身作氧化元素化合價降低，得到電子，本身作氧化劑，反應(yīng)中被還原劑還原，發(fā)生還原反應(yīng)劑，反應(yīng)中被還原劑還原，發(fā)生還原反應(yīng)生成還原產(chǎn)物生成還原產(chǎn)物氧化劑具有氧化性，還原劑具有還原性氧化劑具有氧化性，還原劑具有還原性例、把例、把SO2通入通入Fe（NO3）3溶液中，溶液溶液中，溶液由棕色變?yōu)闇\綠色，但立即又變

16、為棕黃色，由棕色變?yōu)闇\綠色，但立即又變?yōu)樽攸S色，這時若滴入這時若滴入BaCl2溶液，會產(chǎn)生白色沉淀。溶液，會產(chǎn)生白色沉淀。在上述一系列變化過程中，最終被還原的在上述一系列變化過程中，最終被還原的是是ASO2 BCl - CFe3+ DNO3 -D例、相等物質(zhì)的量的例、相等物質(zhì)的量的KClO3分別發(fā)生下述反分別發(fā)生下述反應(yīng)：有應(yīng)：有MnO2催化劑存在時，受熱分解得到催化劑存在時，受熱分解得到氧氣；若不使用催化劑，加熱至氧氣；若不使用催化劑，加熱至470左右，左右，得到得到KClO4和和KCl。下列關(guān)于和的說法。下列關(guān)于和的說法不不正確正確的是的是A. 都屬于氧化還原反應(yīng)都屬于氧化還原反應(yīng) B.

17、發(fā)生還原反應(yīng)的元素不同發(fā)生還原反應(yīng)的元素不同C. 發(fā)生氧化反應(yīng)的元素相同發(fā)生氧化反應(yīng)的元素相同 D. 生成生成KCl的物質(zhì)的量不同的物質(zhì)的量不同C對于自發(fā)的氧化還原反應(yīng)（除高溫、電解對于自發(fā)的氧化還原反應(yīng)（除高溫、電解條件等），總是強氧化性物質(zhì)和強還原性條件等），總是強氧化性物質(zhì)和強還原性物質(zhì)反應(yīng)生成弱氧化性物質(zhì)和弱還原性物物質(zhì)反應(yīng)生成弱氧化性物質(zhì)和弱還原性物質(zhì)。即氧化劑的氧化性強于氧化產(chǎn)物的氧質(zhì)。即氧化劑的氧化性強于氧化產(chǎn)物的氧化性，還原劑的還原性強于還原產(chǎn)物的還化性，還原劑的還原性強于還原產(chǎn)物的還原性。原性。二、強弱規(guī)律二、強弱規(guī)律1、前強后弱規(guī)律、前強后弱規(guī)律I- Fe2+ Br-例：根

18、據(jù)反應(yīng)式：例：根據(jù)反應(yīng)式：（1）2Fe3+2I-=2Fe2+I2（2）Br2+2Fe2+=2Br-+2Fe3+,可判斷離子的還原性從強到弱的順序是可判斷離子的還原性從強到弱的順序是例：已知例：已知I-、Fe2+、SO2、Cl-和和H2O2均均具有還原性，它們在酸性溶液中還原具有還原性，它們在酸性溶液中還原性強弱的順序為性強弱的順序為Cl-Fe2+H2O2I-+6價的價的W的化合物）。上述藍(lán)色化合物是的化合物）。上述藍(lán)色化合物是AW10O21 BW8O22 CW10O27 DW5O14C解：設(shè)藍(lán)色化合物的分子式為：解：設(shè)藍(lán)色化合物的分子式為：xW2O5yWO3則：由質(zhì)量守恒則：由質(zhì)量守恒由得失電

19、子守恒：由得失電子守恒：2x+y=0.990/330=0.003mol2x（6-5）NA=0.0440.0082（7-2）NAx/y=3/4故藍(lán)色化合物的分子式為：故藍(lán)色化合物的分子式為：W10O27例、鐵氧體（例、鐵氧體（Fe3O4）法是處理含鉻廢水的常用）法是處理含鉻廢水的常用方法。其原理是用方法。其原理是用FeSO4把廢水中把廢水中Cr2O72-離子還離子還原為原為Cr3+離子，并通過調(diào)節(jié)廢水離子，并通過調(diào)節(jié)廢水pH，使生成物，使生成物組成符合類似于鐵氧體（組成符合類似于鐵氧體（Fe3O4或或FeOFe2O3）的復(fù)合氧化物的復(fù)合氧化物若處理含若處理含1 mol Cr2O72-的廢水至少需

20、要加入的廢水至少需要加入10mol FeSO47H2O，則，則Ax=1，y4，z6 Bx0.5，y1.5，z8.5Cx2，y4，z6 Dx2，y6，z4y3x3FeCr(O)zFe2D解、由原子守恒可得：解、由原子守恒可得：x=2 y+z=10由得失電子守恒可得：由得失電子守恒可得：若若10molFeSO4中被中被1molK2Cr2O7氧化的氧化的Fe元素為元素為amol，則：，則：12（6-3）NA=a1（3-2）NAa=6z=4故：故： x=2 y=6 z=4例、一定體積的例、一定體積的KMnO4溶液恰好能氧化一定溶液恰好能氧化一定質(zhì)量的質(zhì)量的KHC2O4H2C2O42H2O。若用。若用0

21、.1000mol/LNaOH溶液中和相同質(zhì)量的溶液中和相同質(zhì)量的KHC2O4H2C2O42H2O，所需，所需NaOH溶液的體溶液的體積恰好為積恰好為KMnO4溶液的溶液的3倍，則倍，則KMnO4溶液溶液的濃度（的濃度（molL-1）為（）為（ ）0.0088890.080000.12000.2400B10KHC2O4H2C2O48KMnO417H2SO4 8MnSO49K2SO4+40CO2+32H2O例、（例、（2007福建卷）已知氧化還原反應(yīng)：福建卷）已知氧化還原反應(yīng)：2Cu(IO3)224KI12H2SO42CuI13I212K2SO412H2O其中其中1mol氧化劑在反應(yīng)氧化劑在反應(yīng)中

22、得到電子中得到電子A、10molB、11molC、12mol D、13molB例、羥氨（例、羥氨（NH2OH）是一種還原劑，將）是一種還原劑，將25.00mL 0.049moL/L的羥氨酸性溶液與足量的羥氨酸性溶液與足量硫酸鐵在煮沸條件下反應(yīng)，生成的硫酸鐵在煮沸條件下反應(yīng)，生成的Fe2+又恰又恰好被好被24.50mL0.020moL/L的酸性的酸性KMnO4溶液溶液氧化。在上述的反應(yīng)中，羥氨的氧化產(chǎn)物為氧化。在上述的反應(yīng)中，羥氨的氧化產(chǎn)物為A、NO2 B、NO C、N2O D、N2C例、硫代硫酸鈉可作為脫氯劑，已知例、硫代硫酸鈉可作為脫氯劑，已知25.0mL 0.100 molL25.0mL

23、0.100 molL-1-1 Na Na2 2S S2 2O O3 3溶液恰好把溶液恰好把224mL224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）ClCl2 2完全轉(zhuǎn)化為完全轉(zhuǎn)化為ClCl離離子，則子，則S S2 2O O3 32 2將轉(zhuǎn)化成將轉(zhuǎn)化成A AS S2 2 B BS S C CSOSO3 32 2 D DSOSO4 42 2D例、將純鐵絲例、將純鐵絲5.21g5.21g溶于過量的稀硫酸中，在加溶于過量的稀硫酸中，在加熱下用熱下用2.53gKNO2.53gKNO3 3去氧化溶液中的去氧化溶液中的 FeFe2+2+，待反應(yīng)，待反應(yīng)完全后，剩余的完全后，剩余的FeFe2+2+尚需尚需12.0mL

24、0.3mol/L12.0mL0.3mol/L的的KMnOKMnO4 4溶液方能完全氧化溶液方能完全氧化( (已知已知MnOMnO4 4- -的還原產(chǎn)物的還原產(chǎn)物是是MnMn2+2+) )，請確定，請確定NONO3 3- -的還原產(chǎn)物的還原產(chǎn)物A A、N N2 2O BO B、NO CNO C、NONO2 2 D D、NHNH3 3B例、某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物如下：例、某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物如下：KMnO4 + KI+ H2SO4 MnSO4 + I2 + KIO3 + K2SO4 + H2O1、該反應(yīng)的氧化劑是、該反應(yīng)的氧化劑是_ 2、如果該反應(yīng)方程式中、如果該反應(yīng)方程式中I2和和KIO3的系數(shù)都是的系數(shù)都