2021届高考化学一轮复习-第2章-化学物质及其变化-第9讲-氧化还原反应方程式的配平、书写及计算教.doc

2021届高考化学一轮复习 第2章 化学物质及其变化 第9讲 氧化还原反应方程式的配平、书写及计算教案 新人教版

2021届高考化学一轮复习 第2章 化学物质及其变化 第9讲 氧化还原反应方程式的配平、书写及计算教案 新人教版

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- 12 -

第9讲　氧化还原反应方程式的配平、书写及计算
[考纲要求]　1.掌握常见氧化还原反应方程式的配平。2.掌握常见氧化还原反应的相关计算。3.理解质量守恒定律。
考点一　氧化还原反应方程式的配平方法
类型一　直接型氧化还原反应方程式的配平

配平化学方程式：
H2S＋HNO3―→S↓＋NO↑＋H2O
分析：配平步骤如下
第一步：标变价
H2＋H O3―→↓＋O↑＋H2O
第二步：列得失

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。
[题组训练·解题探究]
1．(1)HCl(浓)＋MnO2Cl2↑＋MnCl2＋H2O
(2)KI＋KIO3＋H2SO4===I2＋K2SO4＋H2O
(3)MnO＋H＋＋Cl－===Mn2＋＋Cl2↑＋H2O
答案：　(1)4　1　1　1　2
(2)5　1　3　3　3　3
(3)2　16　10　2　5　8
2．(1)S＋KOH===K2S＋K2SO3＋H2O
(2)P4＋KOH＋H2O===K3PO4＋PH3
答案：　(1)3　6　2　1　3
(2)2　9　3　3　5
类型二　缺项型氧化还原反应方程式的配平
　 缺项方程式是指某些反应物或生成物的分子式没有写出来，一般为水、酸或碱。
(1)配平方法
先用“化合价升降法”配平含有变价元素的物质的化学计量数，然后由原子守恒确定未知物，再根据原子守恒进行配平。
(2)补项原则
条件
补项原则
酸性条件下
缺H(氢)或多O(氧)补H＋，少O(氧)补H2O(水)
碱性条件下
缺H(氢)或多O(氧)补H2O(水)，少O(氧)补OH－
将NaBiO3固体(黄色，微溶)加入MnSO4和H2SO4的混合溶液里，加热，溶液显紫色(Bi3＋无色)。配平该反应的离子方程式：
NaBiO3＋Mn2＋＋______―→Na＋＋Bi3＋＋______＋______。
分析：(1)由溶液显紫色可推知有MnO生成，确定变价元素物质的化学计量数：
化合价分析如下：
Bi(＋5→＋3)2× 5(化学计量数5配在NaBiO3和Bi3＋前)
Mn(＋2→＋7)5×2(化学计量数2配在Mn2＋和MnO前)
(2)利用原子守恒确定缺项物质及其他物质的化学计量数。
5NaBiO3＋2Mn2＋＋______―→5Na＋＋5Bi3＋＋2MnO＋______。
(3)据补项原则，在酸性条件下，方程式左边多O，故应补H＋，而方程式右边少O，故应补H2O，再根据原子守恒配平H＋和H2O之前的化学计量数：
5NaBiO3＋2Mn2＋＋14H＋===5Na＋＋5Bi3＋＋2MnO＋7H2O。
[题组训练·解题探究]
3．(1)ClO－＋Fe(OH)3＋________===Cl－＋FeO＋H2O
(2)MnO＋H2O2＋________===Mn2＋＋O2↑＋H2O
(3)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＋
答案：　(1)3　2　4OH－　3　2　5
(2)2　5　6H＋　2　5　8
(3)Al2O3　3C　N2　2　3CO

配平的基本技能
(1)全变从左边配：氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的，一般从左边反应物着手配平。
(2)自变从右边配：自身氧化还原反应(包括分解、歧化)一般从右边着手配平。
(3)缺项配平法：先使得失电子数配平，再观察两边电荷。若反应物这边缺正电荷，一般加H＋，生成物一边加水；若反应物这边缺负电荷，一般加OH－，生成物一边加水。然后进行两边电荷数配平。
(4)当方程式中有多个缺项时，应根据化合价的变化找准氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
　“四步模型法”突破信息型氧化还原反应方程式的书写
[建立模型]
步骤
要求，解析
第1步：列物质
氧化剂＋还原剂→氧化产物＋还原产物
第1步中只写出氧化还原方程式中氧化剂，还原剂，氧化产物，还原产物；除了教材中要求学生掌握的常见物质变化外，陌生氧化还原方程式总会在题中给出相应信息推出产物：如化合价变化、物质变化等
第2步：平电子
根据电子得失守恒配平所列物质
第3步：平电荷
根据电荷守恒配平所列物质，当电荷量不相等时，酸性环境补充氢离子，碱性环境补充氢氧根离子，总的原则是只能补充电解质中含有的离子
第4步：平原子
根据原子守恒配平方程式
[模型展示]
写出MnO2在酸性条件下与NaHSO3溶液反应，该反应的离子方程式是__________________。
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
KMnO4能与热的经硫酸酸化的Na2C2O4反应，生成Mn2＋和CO2，该反应的离子方程式是
________________________________________________________________________。
解析：　第1步：按“氧化剂＋还原剂——还原产物＋氧化产物”把离子方程式初步写成：MnO＋C2O——Mn2＋＋CO2↑。
第2步：由MnO→Mn2＋，锰元素降了5价；由C2O→CO2，碳元素升了1价，1 mol C2O共失去2 mol e－，故在C2O前面配5，在氧化产物CO2前配10；在MnO前配2，在还原产物Mn2＋前配2，即2MnO＋5C2O——2Mn2＋＋10CO2↑。
第3步：反应在硫酸中进行，故在左边补充H＋，右边补充H2O,2MnO＋5C2O＋H＋——2Mn2＋＋10CO2↑＋H2O。
第4步：依据电荷守恒及H、O原子守恒配平如下：
2MnO＋5C2O＋16H＋2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。
[集训]　(1)[2017·全国卷Ⅰ，27(2)(6)]Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：

①“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式
________________________________________________________________________。
②写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式
________________________________________________________________________。
(2)[2016·全国卷Ⅰ，27(4)]＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[2016·全国卷Ⅱ，26(2)]联氨(又称肼，N2H4，无色液体)是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料。实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)(2015·全国卷Ⅱ)将ClO2通入KI和H2SO4的混合液中，发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(5)(2016·浙江高考)向无色酸性H2SO3溶液中加入I2的KI溶液(棕红色)，得到无色溶液(酸性变强)，该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(6)(2016·四川高考)在稀硫酸中，Cr的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化氧的一种氢化物，铬元素被还原为＋3，该反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
(7)(2016·江苏高考)一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH(B元素的化合价为＋3)与Fe2＋反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)，其离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(8)(2015·山东高考)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
________________________________________________________________________
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(9)(2014·全国卷Ⅱ)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
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答案：　(1)①FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O　②2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4高温,2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O↑
(2)Cr2O＋3HSO＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O
(3)2NH3＋NaClO===N2H4＋NaCl＋H2O
(4)2ClO2＋10I－＋8H＋===5I2＋4H2O＋2Cl－
(5)H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋2HI
(6)K2Cr2O7＋3H2O2＋4H2SO4===Cr2(SO4)3＋3O2↑＋K2SO4　(7)2Fe2＋＋BH＋4OH－===2Fe＋2H2↑＋B(OH)
(8)2Co(OH)3＋4H＋＋SO===SO＋2Co2＋＋5H2O
(9)PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－

氧化还原反应型离子方程式的书写流程
(1)找出反应粒子：通过氧化还原反应中元素价态的变化，找出发生氧化还原反应的微粒。
(2)正确预测产物：依据氧化还原反应规律确定氧化产物和还原产物。
(3)配平变价微粒：应用最小公倍数法确定得失电子的数目，配平含变价元素的相关物质。
(4)确定缺项物质：根据溶液酸碱性及电荷守恒确定缺项物质是H2O、OH－还是H＋。
(5)整体元素配平：通过观察法确定所有物质的化学计量数。
(6)三查检验验证：检查物质拆分是否正确，电荷、质量是否守恒。
考点二　氧化还原反应的计算方法——电子守恒法
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
B　[由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。]
题组二　多元素之间得失电子守恒问题
2．Cu2S与一定浓度的HNO3反应，生成Cu(NO3)2、CuSO4、NO2、NO和H2O。当产物中n(NO2)∶n(NO)＝1∶1时，下列说法不正确的是(　　)
A．反应中Cu2S是还原剂，Cu(NO3)2、CuSO4是氧化产物
B．参加反应的n(Cu2S)∶n(HNO3)＝1∶7
C．产物n[Cu(NO3)2]∶n(CuSO4)＝1∶2
D．1 mol Cu2S参加反应时有10 mol电子转移
C　[分析反应可知，Cu2S中Cu、S化合价均升高，Cu2S是还原剂，Cu(NO3)2、CuSO4是氧化产物，A项正确；1 mol Cu2S失去10 mol电子，D项正确；设参加反应的Cu2S为1 mol，生成的NO为x mol，根据电子守恒：x＋3x＝10，x＝2.5，n(Cu2S)∶n(HNO3)＝1∶(2.5＋2.5＋2)＝1∶7，B项正确；根据铜守恒，n[Cu(NO3)2]∶n(CuSO4)＝1∶1，C项错误。]
题组三　氧化还原滴定中的计算
3．Na2S2O3是重要的化工原料，易溶于水，在中性或碱性环境中稳定。
准确称取W g产品，用适量蒸馏水溶解，以淀粉作指示剂，用0.100 0 mol·L－1碘的标准溶液滴定。反应原理为：
2S2O＋I2===S4O＋2I－
(1)滴定至终点时，溶液颜色的变化：__________。

(2)滴定起始和终点的液面位置如图，则消耗碘的标准溶液体积为____________mL。
产品的纯度为(设Na2S2O3·5H2O相对分子质量为M)__________。
解析：　 (1)用淀粉作指示剂，用碘的标准溶液滴定，终点时碘稍过量点，则溶液变蓝。(2)滴定管内液面由0.00 mL至18.10 mL，则消耗碘的标准溶液的体积为18.10 mL。 根据关系式：2S2O～I2得，n(S2O)＝2×18.10×10－3 L×0.1 000 mol·L－1＝3.620×10－3 mol，故产品的纯度为×100%＝×100% 。
答案：　(1)由无色变蓝色，半分钟内不褪色
(2)18.10　×100%
4．某硫酸厂为测定沸腾炉中所得气体中SO2的体积分数，取280 mL(已折算成标准状况)气体样品与足量Fe2(SO4)3溶液完全反应后，用0.020 00 mol/L K2Cr2O7标准溶液滴定至终点，消耗K2Cr2O7溶液25.00 mL。已知：Cr2O＋Fe2＋＋H＋―→Cr3＋＋Fe3＋＋H2O(未配平)。
(1)SO2通入Fe2(SO4)3溶液中，发生反应离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)沸腾炉中所得气体中SO2的体积分数为__________。
解析：　(1)SO2中S为＋4价，被氧化成＋6价，产物为SO，Fe3＋被还原成Fe2＋，产物中氧原子数增多，表明反应物中有水，产物中有H＋，仍须用得失电子守恒来配平离子方程式；(2)根据得失电子守恒可知：n(SO2)×2＝n(Cr2O)×6＝0.020 00 mol/L×0.025 L×6＝0.003 mol，n(SO2)＝0.001 5 mol，体积分数为12.00%。
答案：　(1)SO2＋2Fe3＋＋2H2O===SO＋2Fe2＋＋4H＋
(2)12.00%
1．[2019·全国卷Ⅱ，26(2)]以重晶石(BaSO4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：

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：　由流程图中经浸出槽后得到净化的BaS溶液以及回转炉尾气中含有有毒气体可知，在回转炉中BaSO4与过量的焦炭粉反应生成可溶性的BaS和CO；生产上可通过水蒸气变换反应除去回转炉中的有毒气体CO，即CO与H2O反应生成CO2和H2。
答案：　BaSO4＋4CBaS＋4CO↑　CO＋H2O===CO2＋H2
2．[2019·全国卷Ⅲ，26(1)(2)]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)硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含S，可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S，根据化合价升价法可配平该反应。(2)“溶浸”后溶液中含Fe2＋，“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe2＋氧化为Fe3＋。
答案：　(1)SiO2(不溶性硅酸盐)　MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋
3．[2017·全国卷Ⅰ，27(6)]已知LiFePO4，写出该反应的化学方程式
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解析：　反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4，生成物有LiFePO4，铁元素的化合价降低，则H2C2O4中碳元素的化合价升高，产物为CO2，配平。
答案：　2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋H2O↑＋3CO2↑
4．[2017·全国卷Ⅲ，27(1)]FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3高温,Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2↑＋NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为______。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是
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解析：　首先标出变价元素的化合价，分析价态变化可知：1 mol FeO·Cr2O3失去7 mol电子，1 mol NaNO3得到2 mol电子，则由得失电子守恒可知二者系数比应为2∶7，该步骤中主要反应的反应物中有Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融时反应，故不能使用陶瓷容器。
答案：　2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
5．[2016·全国卷Ⅱ，26(2)]实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨(N2H4)，反应的化学方程式为
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解析：　次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨的反应中，氮元素的化合价由氨分子中的－3价升高到联氨分子中－2价，氯元素的化合价由次氯酸钠中的＋1价降低到－1价，根据化合价升高与降低总数相等和原子守恒配平化学方程式为NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O。
答案：　NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O