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高考对氧化还原反应的考查主要集中在如下五个方面:氧化还原反应的概念和实质、氧化性和还原性强弱的比较、氧化还原反应的“先后律”、“守恒律”、氧化还原反应方程式的书写等.高考对氧化还原反应的考查比较灵活、分散,可以以选择题的形式出现,也可出现在非选择题的填空题中.通过分析,可以预测今后高考的重点内容仍是它的基本概念与实质、氧化性与还原性的强弱比较、氧化还原反应方程式的书写等,其中,氧化还原反应方程式的书写作为高考的难点与热点,一定出现.另外,它与其他章节的联系也会出现,如离子反应、元素化合物、电化学、化学能与热能等.下面,让我们亲身体验一下.
考点一 氧化还原反应的概念与实质
典例1 (2013年山东改编)辉铜矿(CuS2),其反应为:2Cu2S+2H2SO4+5O2=4CuSO4+2H2O,下列说法正确的是( )
(A) Cu2S既作还原剂,又作氧化剂
(B) 还原产物只有H2O
(C) 硫元素被氧化,氧元素被还原
(D) 1 mol O2发生反应时,还原剂所失去的电子的物质的量为4 mol
解析:(A)项,Cu2S只作还原剂,(A)错误;(B)项,还原产物除了有H2O,还有CuSO4,(B)错误;(C)项,铜、硫元素都被氧化,(C)错误;(D)项,分析该反应的变价元素的化合价Cu(+1→+2)、S(-2→+6)可知,每2 mol Cu2S被氧化时,失去电子的物质的量为20 mol,O2全部作氧化剂,5 mol O2得到电子的物质的量为20 mol,故1 mol O2发生反应,还原剂所失去的电子的物质的量为4 mol,(D)正确.
答案:(D)
特别提醒:通过典例1我们可发现,高考对氧化还原反应概念与实质的考查,主要包括还原剂和氧化剂的判断、哪种元素被氧化和被还原、发生了氧化反应还是还原反应、及反应中电子转移的数目等.
考点二 氧化还原反应中的“先后律”
典例2 (2013年上海卷)已知氧化性Br2>Fe3+.FeBr2溶液中通入一定量的Cl2,发生反应的离子方程式为:aFe2++bBr-+cCl2→dFe3++ eBr2+f Cl-,下列选项中的数字与离子方程式中的a、b、c、d、e、f一一对应,其中不符合反应实际的是( )
(A) 2 4 3 2 2 6 (B) 0 2 1 0 1 2
(C) 2 0 1 2 0 2 (D) 2 2 2 2 1 4
解析:由题意知,将Cl2通入FeBr2溶液中先氧化Fe2+,然后再氧化Br-.若a、b、c为2、4、3时,溶液中Fe2+、Br-恰好完全被氧化,则利用原子守恒知d、e、f是2、2、6;若a、b为0、2,则说明反应先氧化Br-,与事实不符;若a、b、c为2、0、1时,即溶液中Fe2+恰好完全氧化,则利用原子守恒知d、e、f是2、0、2;若a、b、c为2、2、2时,即溶液中Fe2+完全氧化、Br-刚好有一半被氧化,则利用原子守恒知d、e、f是2、1、4,故答案为(B).
方法技巧:要明确如下结论:在浓度相差不大的溶液中,
(1)同时含有几种还原剂时 加入氧化剂它首先与还原性最强的还原剂作用.
(2)同时含有几种氧化剂时 加入还原剂它首先与氧化性最强的氧化剂作用.
(3)注意如下两种情况:往FeBr2溶液中通入少量的Cl2,仅能氧化Fe2+;往FeBr2溶液中通入过量的Cl2时,方能将Fe2+、Br-全部氧化;往FeI2溶液中通入少量的Cl2,仅能氧化I-;通入过量Cl2时,方能将Fe2+、I-全部氧化.
考点三 氧化还原反应中的“电子守恒”
典例3 (2012年海南卷)将0.195 g锌粉加入到200 mL的0.100 mol·L-1 MO+2溶液中,恰好完全反应,则还原产物可能是( )
(A) M (B) M2+ (C) M3+ (D) MO2+
解析:根据氧化还原反应中的“得失电子守恒”可计算:0.195 g锌粉(0.003 mol)失去的电子为0.003mol×2=0.006 mol;MO2+中M的化合价为+5,设其降低的价态为+x价,则有:(5-x)×0.2×0.100=0.006,解得x=2,故(B)正确.
答案:(B)
方法技巧:应用“电子守恒律”解题的一般方法与步骤为:
(1)确定氧化剂、还原剂、还原产物和氧化产物.
(2)根据元素的化合价的变化,得出一个原子或离子得失电子的数目.(注意化学式中粒子的个数).
(3)根据题意和电子守恒,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).
考点四 氧化还原反应方程式的书写
典例4 (2013年高考组合)
(1)(2013年北京卷)KMnO-4氧化Fe2+的离子方程式补充完整:
1
MnO-4+
Fe2++
=1
Mn2++
Fe3++
解析:利用电子守恒规律,1个MnO-4变成了Mn2+反应得到5个电子,1个Fe2+变成Fe3+失去1个电子,故Fe2+、Fe3+的化学计量数为5.离子方程式要遵守电荷守恒,可知H+补在左边,由原子守恒可知,H2O须补在右边,然后,再根据电荷守恒和原子守恒进行配平.
答案:5 8H+ 5 4H2O
(2)(2013年广东卷)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:
CuO +Al2O3高温CuAlO2 + ↑ .
解析:根据化学方程式中的信息:铜元素化合价由+2降为+1,所以CuO做氧化剂.根据氧化还原反应中化合价“有降就有升”原则,推知O元素的化合价应由-2升为0,所以生成的物质应有O2.然后根据得失电子守恒,配平可得:4CuO+2Al2O3高温4CuAlO2+O2↑
答案:4CuO+2Al2O3高温4CuAlO2+O2↑
(3)(2013年福建卷)纤维素还原法制ClO2是一种新方法,其原理是:纤维素水解得到的最终产物D与NaClO3反应生成ClO2.完成反应的化学方程式:
□ D+24NaClO3+12H2SO4=□ClO2↑+□CO2↑+18H2O+□
解析:纤维素属于多糖,水解产物是葡萄糖(C6H12O6),根据元素守恒,生成产物中须有2 4个Na+、12个SO2=4,故产物中应有12Na2SO4.根据H原子个数守恒(36-24 =12),可推知葡萄糖分子的系数是1 ,然后再根据原子守恒,可配平该化学方程式.
答案:C6H12O6+24NaClO3+12H2SO4=ClO2↑+CO2↑+18H2O+12Na2SO4
方法技巧:氧化还原反应方程式的书写可分三步完成:
第一步:要根据题目信息确定氧化剂、还原剂,氧化产物、还原产物,也就是根据题目信息确定主要的反应物和生成物.这一步不能求全,不可能把反应混合物中的H2O、H+和OH-都确定下来,这些物质在后续过程中增加或添平.
第二步:按照下列步骤进行化学方程式的配平:
①根据化合价升高和降低总数相等的原则来配平主要反应物和生成物;
②根据电荷守恒和体系所处环境,添加H+ 、OH-或者H2O.
③根据原子守恒的原则和题设情境,全部配平方程式.
第三步:将单线改成等号,并注明反应条件.
另外,还要特别注意记住几种离子或物质的化合价变化情况:
考点一 氧化还原反应的概念与实质
典例1 (2013年山东改编)辉铜矿(CuS2),其反应为:2Cu2S+2H2SO4+5O2=4CuSO4+2H2O,下列说法正确的是( )
(A) Cu2S既作还原剂,又作氧化剂
(B) 还原产物只有H2O
(C) 硫元素被氧化,氧元素被还原
(D) 1 mol O2发生反应时,还原剂所失去的电子的物质的量为4 mol
解析:(A)项,Cu2S只作还原剂,(A)错误;(B)项,还原产物除了有H2O,还有CuSO4,(B)错误;(C)项,铜、硫元素都被氧化,(C)错误;(D)项,分析该反应的变价元素的化合价Cu(+1→+2)、S(-2→+6)可知,每2 mol Cu2S被氧化时,失去电子的物质的量为20 mol,O2全部作氧化剂,5 mol O2得到电子的物质的量为20 mol,故1 mol O2发生反应,还原剂所失去的电子的物质的量为4 mol,(D)正确.
答案:(D)
特别提醒:通过典例1我们可发现,高考对氧化还原反应概念与实质的考查,主要包括还原剂和氧化剂的判断、哪种元素被氧化和被还原、发生了氧化反应还是还原反应、及反应中电子转移的数目等.
考点二 氧化还原反应中的“先后律”
典例2 (2013年上海卷)已知氧化性Br2>Fe3+.FeBr2溶液中通入一定量的Cl2,发生反应的离子方程式为:aFe2++bBr-+cCl2→dFe3++ eBr2+f Cl-,下列选项中的数字与离子方程式中的a、b、c、d、e、f一一对应,其中不符合反应实际的是( )
(A) 2 4 3 2 2 6 (B) 0 2 1 0 1 2
(C) 2 0 1 2 0 2 (D) 2 2 2 2 1 4
解析:由题意知,将Cl2通入FeBr2溶液中先氧化Fe2+,然后再氧化Br-.若a、b、c为2、4、3时,溶液中Fe2+、Br-恰好完全被氧化,则利用原子守恒知d、e、f是2、2、6;若a、b为0、2,则说明反应先氧化Br-,与事实不符;若a、b、c为2、0、1时,即溶液中Fe2+恰好完全氧化,则利用原子守恒知d、e、f是2、0、2;若a、b、c为2、2、2时,即溶液中Fe2+完全氧化、Br-刚好有一半被氧化,则利用原子守恒知d、e、f是2、1、4,故答案为(B).
方法技巧:要明确如下结论:在浓度相差不大的溶液中,
(1)同时含有几种还原剂时 加入氧化剂它首先与还原性最强的还原剂作用.
(2)同时含有几种氧化剂时 加入还原剂它首先与氧化性最强的氧化剂作用.
(3)注意如下两种情况:往FeBr2溶液中通入少量的Cl2,仅能氧化Fe2+;往FeBr2溶液中通入过量的Cl2时,方能将Fe2+、Br-全部氧化;往FeI2溶液中通入少量的Cl2,仅能氧化I-;通入过量Cl2时,方能将Fe2+、I-全部氧化.
考点三 氧化还原反应中的“电子守恒”
典例3 (2012年海南卷)将0.195 g锌粉加入到200 mL的0.100 mol·L-1 MO+2溶液中,恰好完全反应,则还原产物可能是( )
(A) M (B) M2+ (C) M3+ (D) MO2+
解析:根据氧化还原反应中的“得失电子守恒”可计算:0.195 g锌粉(0.003 mol)失去的电子为0.003mol×2=0.006 mol;MO2+中M的化合价为+5,设其降低的价态为+x价,则有:(5-x)×0.2×0.100=0.006,解得x=2,故(B)正确.
答案:(B)
方法技巧:应用“电子守恒律”解题的一般方法与步骤为:
(1)确定氧化剂、还原剂、还原产物和氧化产物.
(2)根据元素的化合价的变化,得出一个原子或离子得失电子的数目.(注意化学式中粒子的个数).
(3)根据题意和电子守恒,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).
考点四 氧化还原反应方程式的书写
典例4 (2013年高考组合)
(1)(2013年北京卷)KMnO-4氧化Fe2+的离子方程式补充完整:
1
MnO-4+
Fe2++
=1
Mn2++
Fe3++
解析:利用电子守恒规律,1个MnO-4变成了Mn2+反应得到5个电子,1个Fe2+变成Fe3+失去1个电子,故Fe2+、Fe3+的化学计量数为5.离子方程式要遵守电荷守恒,可知H+补在左边,由原子守恒可知,H2O须补在右边,然后,再根据电荷守恒和原子守恒进行配平.
答案:5 8H+ 5 4H2O
(2)(2013年广东卷)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:
CuO +Al2O3高温CuAlO2 + ↑ .
解析:根据化学方程式中的信息:铜元素化合价由+2降为+1,所以CuO做氧化剂.根据氧化还原反应中化合价“有降就有升”原则,推知O元素的化合价应由-2升为0,所以生成的物质应有O2.然后根据得失电子守恒,配平可得:4CuO+2Al2O3高温4CuAlO2+O2↑
答案:4CuO+2Al2O3高温4CuAlO2+O2↑
(3)(2013年福建卷)纤维素还原法制ClO2是一种新方法,其原理是:纤维素水解得到的最终产物D与NaClO3反应生成ClO2.完成反应的化学方程式:
□ D+24NaClO3+12H2SO4=□ClO2↑+□CO2↑+18H2O+□
解析:纤维素属于多糖,水解产物是葡萄糖(C6H12O6),根据元素守恒,生成产物中须有2 4个Na+、12个SO2=4,故产物中应有12Na2SO4.根据H原子个数守恒(36-24 =12),可推知葡萄糖分子的系数是1 ,然后再根据原子守恒,可配平该化学方程式.
答案:C6H12O6+24NaClO3+12H2SO4=ClO2↑+CO2↑+18H2O+12Na2SO4
方法技巧:氧化还原反应方程式的书写可分三步完成:
第一步:要根据题目信息确定氧化剂、还原剂,氧化产物、还原产物,也就是根据题目信息确定主要的反应物和生成物.这一步不能求全,不可能把反应混合物中的H2O、H+和OH-都确定下来,这些物质在后续过程中增加或添平.
第二步:按照下列步骤进行化学方程式的配平:
①根据化合价升高和降低总数相等的原则来配平主要反应物和生成物;
②根据电荷守恒和体系所处环境,添加H+ 、OH-或者H2O.
③根据原子守恒的原则和题设情境,全部配平方程式.
第三步:将单线改成等号,并注明反应条件.
另外,还要特别注意记住几种离子或物质的化合价变化情况: