高中化学氧化还原反应的配平与计算.docx
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高中化学氧化还原反应的配平与计算
氧化还原反应的配平与计算
1.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型净水剂,制取Na2FeO4的离子方程式为Fe3++OH-+Cl2―→FeO
+Cl-+H2O,该反应配平的离子方程式中H2O的化学计量数是( )
A.4 B.6
C.8D.10
解析:
选C 反应Fe3++OH-+Cl2―→FeO
+Cl-+H2O中,铁元素化合价:
+3价→+6,化合价升高3价;氯元素化合价:
0→-1,Cl2参加反应,化合价降低1×2价,化合价变化的最小公倍数为6,所以Fe3+的化学计量数为2、Cl2的化学计量数为3,根据氯原子守恒,Cl-的化学计量数为6,即2Fe3++OH-+3Cl2―→2FeO
+6Cl-+H2O,根据电荷守恒,OH-的化学计量数为16,根据氢原子守恒,水的化学计量数为
=8。
2.(2019·陕西汉中一模)含氟的卤素互化物通常作氟化剂,使金属氧化物转化为氟化物,如2Co3O4+6ClF3===6CoF3+3Cl2+4X。
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.X是还原产物
B.ClF3中氯元素为-3价
C.反应生成3molCl2时转移18mol电子
D.Co3O4在反应中作氧化剂
解析:
选C A项,根据原子守恒知,X是O2,该反应中氧气是氧化产物;B项,ClF3中氯元素为+3价;C项,氯元素由+3价降为0价,反应生成3molCl2时转移18mol电子;D项,Co3O4中钴元素和氧元素的化合价均升高,所以Co3O4在反应中作还原剂。
3.(2019·邯郸检测)硫代硫酸钠溶液与氯气能发生反应:
Na2S2O3+4Cl2+5H2O===2NaCl+6HCl+2H2SO4。
下列说法错误的是( )
A.氧化产物、还原产物的物质的量之比为1∶1
B.若0.5molNa2S2O3作还原剂,则转移4mol电子
C.当Na2S2O3过量时,溶液能出现浑浊
D.硫代硫酸钠溶液吸收氯气后,溶液的pH降低
解析:
选A 由化学方程式可知,氯气是氧化剂,硫代硫酸钠是还原剂,氯化钠和氯化氢是还原产物,硫酸是氧化产物。
A项,氧化产物、还原产物的物质的量之比为1∶4;B项,若0.5molNa2S2O3作还原剂,则转移4mol电子;C项,当Na2S2O3过量时,过量的Na2S2O3可以与硫酸反应生成硫,所以溶液能出现浑浊;D项,硫代硫酸钠溶液吸收氯气后生成了酸,故溶液的pH降低。
4.高锰酸钾溶液在酸性条件下可以与硫酸亚铁反应,化学方程式如下(未配平):
__KMnO4+__FeSO4+__H2SO4===__K2SO4+__MnSO4+__Fe2(SO4)3+__H2O
下列说法正确的是( )
A.MnO
是氧化剂,Fe3+是还原产物
B.Fe2+的还原性强于Mn2+
C.取反应后的溶液加KSCN溶液,可观察到有血红色沉淀生成
D.生成1mol水时,转移2.5mol电子
解析:
选B A项,Fe3+是氧化产物;B项,还原剂的还原性大于还原产物的还原性;C项,硫氰化铁不是沉淀;D项,根据原子守恒和得失电子守恒配平该化学方程式:
2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===K2SO4+2MnSO4+5Fe2(SO4)3+8H2O,生成8mol水时,转移10mol电子,故生成1mol水时,转移1.25mol电子。
5.向硫酸酸化的NaI溶液中逐滴加入NaBrO3溶液,当加入2.6molNaBrO3时,测得反应后溶液中溴和碘的存在形式及物质的量分别为:
粒子
I2
Br2
IO
物质的量/mol
0.5
1.3
针对上述反应,下列说法正确的是( )
A.NaBrO3是氧化剂
B.氧化产物只有I2
C.该反应共转移电子的物质的量是12mol
D.参加反应的NaI为2.5mol
解析:
选A NaBrO3中溴元素由+5价被还原生成0价,则NaBrO3是氧化剂,A正确;NaI中-1价碘离子被氧化生成0价的I2和+5价的IO
,则氧化产物为I2和IO
,B错误;2.6molNaBrO3反应转移的电子为2.6mol×(5-0)=13mol,C错误;根据电子守恒,生成IO
的物质的量为
=2mol,根据碘原子守恒可知,参加反应的NaI的物质的量为n(IO
)+2n(I2)=2mol+0.5mol×2=3mol,D错误。
6.(2019·郴州一模)某离子反应涉及H2O、ClO-、NH
、H+、N2、Cl-六种粒子,其中c(NH
)随反应进行逐渐减小。
下列判断正确的是( )
A.反应的还原产物是N2
B.消耗1mol氧化剂,转移电子3mol
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D.反应后溶液的酸性明显增强
解析:
选D c(NH
)随反应进行逐渐减小,NH
为反应物,N2为生成物,氮元素化合价由-3价升高到0价,则离子方程式为3ClO-+2NH
===3H2O+2H++N2↑+3Cl-。
A项,该反应的还原产物是Cl-;B项,ClO-中氯元素的化合价由+1价降到-1价,作氧化剂,消耗1mol氧化剂,转移电子2mol;C项,氧化剂与还原剂的物质的量之比是3∶2;D项,根据反应的离子方程式判断,反应后溶液的酸性明显增强。
7.用“银—Ferrozine”法检测室内甲醛含量的原理如下:
下列说法错误的是( )
A.标准状况下,11.2LCO2中含碳氧双键的数目为6.02×1023
B.30gHCHO被氧化时转移电子数目为4×6.02×1023
C.反应①的化学方程式为2Ag2O+HCHO===4Ag+CO2+H2O
D.理论上,吸收的HCHO与消耗的Fe3+的物质的量之比为4∶1
解析:
选D 标准状况下,11.2LCO2的物质的量是0.5mol,其中含碳氧双键的数目为6.02×1023,A正确;甲醛中C元素化合价为0价,被氧化为CO2,碳元素的化合价从0价升高到+4价,30gHCHO的物质的量是1mol,被氧化时转移电子的数目为4×6.02×1023,B正确;由流程图可知Ag2O与HCHO反应生成Ag、CO2和水,则反应的化学方程式为2Ag2O+HCHO===4Ag+CO2+H2O,C正确;甲醛中碳元素的化合价从0价升高到+4价,Fe元素的化合价由+3价降低到+2价,可得关系式:
HCHO~4Ag~
4Fe3+,故理论上消耗的甲醛与Fe3+的物质的量之比为1∶4,D错误。
8.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1molNa2S2O3,转移4mol电子
D.相同条件下,每吸收10m3SO2就会放出2.5m3CO2
解析:
选A A项,在反应物Na2S中S元素的化合价为-2价,在SO2中S元素的化合价为+4价,反应后生成的物质Na2S2O3中,S元素的化合价为+2价,介于-2价与+4价之间,因此硫元素既被氧化又被还原,正确;B项,根据题意可知在溶液中发生反应的化学方程式是Na2CO3+2Na2S+4SO2===3Na2S2O3+CO2,在反应中氧化剂SO2与还原剂Na2S的物质的量之比为4∶2=2∶1,错误;C项,根据反应的化学方程式可知,每生成3molNa2S2O3,转移8mol电子,则生成1molNa2S2O3,转移
mol电子,错误;D项,根据反应的化学方程式可知消耗的SO2与产生的CO2的物质的量之比是4∶1,但是由于SO2易溶于水,而CO2在水中溶解度较小,所以相同条件下,每吸收10m3SO2放出CO2的体积小于2.5m3,错误。
9.有Fe3+、Fe2+、NO
、NH
、H+和H2O六种粒子,分别属于一个氧化还原反应中的反应物和生成物,下列叙述中,错误的是( )
A.还原产物为NH
B.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶8
C.若有0.5molNO
发生还原反应,则转移8mol电子
D.若把该反应设计为原电池,则负极反应为Fe2+-e-===Fe3+
解析:
选C 由题意知该反应中Fe2+作还原剂,NO
作氧化剂,由此得出该反应为
8Fe2++NO
+10H+===8Fe3++NH
+3H2O。
A项,NO
转化为NH
,N的化合价从+5降为-3,NH
为还原产物;B项,该反应中氧化剂是NO
,还原剂是Fe2+,由离子方程式可知,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶8;C项,0.5molNO
发生还原反应,转移4mol电子;D项,若把该反应设计为原电池,原电池的负极发生氧化反应,则负极反应为
Fe2+-e-===Fe3+。
10.把图2中的纸片补充到图1中,可得到一个完整的氧化还原反应的离子方程式(未配平)。
下列对该反应的说法不正确的是( )
A.IO
作氧化剂
B.1molMn2+参加反应转移5mol电子
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶2
D.配平后Mn2+、H+的化学计量数分别为2、3
解析:
选D A项,分析图1、图2可知,Mn2+为反应物,作还原剂,则IO
作氧化剂;B项,配平后的离子方程式为2Mn2++5IO
+3H2O===2MnO
+5IO
+6H+,故1molMn2+参加反应转移5mol电子;C项,氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶2;D项,配平后Mn2+、H+的化学计量数分别为2、6。
11.含有砒霜(As2O3)的试样和锌、盐酸混合反应,生成的砷化氢(AsH3)在热玻璃管中完全分解成单质砷和氢气。
若砷的质量为1.50mg,则( )
A.被氧化的砒霜为1.98mg
B.分解产生的氢气为0.672mL
C.和砒霜反应的锌为3.90mg
D.转移的电子总数为6×10-5NA
解析:
选C 砒霜中砷元素的化合价是+3价,而砷化氢中砷元素的化合价是-3价,砷元素的化合价降低,得到电子,砒霜被还原,A不正确;没有说明是标准状况下,因此不能确定生成氢气的体积,B不正确;发生反应As2O3+6Zn+12HCl===6ZnCl2+2AsH3+3H2O、2AsH3
2As+3H2↑,1.50mg砷的物质的量为
=2×10-5mol,则砒霜转化为砷化氢得到电子的物质的量是2×10-5mol×6=1.2×10-4mol,1mol锌在反应时失去2mol电子,则和砒霜反应的锌的质量为
×65g·mol-1=3.90×10-3g=3.90mg,C正确;转移的电子总数为(2×10-5×6+2×10-5×3)NA=1.8×10-4NA,D不正确。
12.(2019·天津西青区模拟)三氟化氮(NF3)是微电子工业中优良的等离子刻蚀气体,它在潮湿的环境中能发生反应3NF3+5H2O===2NO+HNO3+9HF,下列有关该反应的说法正确的是( )
A.NF3是氧化剂,H2O是还原剂
B.若1molNF3被还原,反应转移电子数为2NA
C.若生成0.4molHNO3,则转移0.4mol电子
D.氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
解析:
选D 该反应中N元素化合价由+3价变为+2价、+5价,其他元素化合价不变,所以NF3既是氧化剂又是还原剂,水既不是氧化剂也不是还原剂,A错误;该反应中N元素被还原时化合价由+3价降为+2价,所以若1molNF3被还原,反应转移电子数为NA,B错误;该反应中部分N元素化合价由+3价升高到+5价,氧化产物为HNO3,若生成0.4molHNO3,则转移电子的物质的量为0.4mol×(5-3)=0.8mol,C错误;NF3既是氧化剂又是还原剂,其中N元素化合价由+3价变为+2价、+5价,由得失电子守恒可知该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,D正确。
13.氧化还原反应在生产、生活中有着重要的应用。
请按要求写出相应反应的化学方程式。
(1)将含SO2的废气通入含Fe2+(催化剂)的溶液中,常温下可使SO2转化为SO
,其总反应为2SO2+O2+2H2O===2H2SO4。
上述总反应分两步进行,第一步反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O,写出第二步反应的离子方程式:
______________________。
(2)pH=3.6时,碳酸钙与硫酸铝反应可制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6-2x]溶液。
若溶液的pH偏高,则碱式硫酸铝产率降低且有气泡产生,用化学方程式表示其原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)ClO2是一种高效安全的杀菌消毒剂。
氯化钠电解法生产ClO2工艺原理示意图如下:
①写出氯化钠电解槽内发生反应的离子方程式:
_______________________
________________________________________________________________________。
②写出ClO2发生器中的化学方程式,并标出电子转移的方向及数目:
________________________________________________________________________。
③ClO2能将电镀废水中的CN-氧化成两种无毒气体,自身被还原成Cl-。
写出该反应的离子方程式:
_________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
解析:
(1)总反应中Fe2+作催化剂,由此可知第一步反应中生成的Fe3+在第二步反应中又被SO2还原为Fe2+,故第二步反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SO
+4H+。
(2)若溶液的pH偏高,则碱式硫酸铝产率降低且有气泡产生,产生该现象的原因用化学方程式表示为3CaCO3+Al2(SO4)3+3H2O===2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑。
(3)①根据电解原理,氯化钠电解槽内发生反应的离子方程式为Cl-+3H2O
3H2↑+ClO
;②二氧化氯发生器中氯酸钠被还原为ClO2,HCl被氧化为氯气,反应过程为
;③ClO2能将电镀废水中的CN-氧化成两种无毒气体,自身被还原成Cl-。
该反应的离子方程式为2ClO2+2CN-===2CO2+2Cl-+N2。
答案:
(1)2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SO
+4H+
(2)3CaCO3+Al2(SO4)3+3H2O===2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑
(3)①Cl-+3H2O
3H2↑+ClO
③2ClO2+2CN-===2CO2+2Cl-+N2
14.建筑工地常用的NaNO2因外观和食盐相似,又有咸味,容易使人误食中毒。
已知NaNO2能发生如下反应:
NaNO2+
HI―→
NO↑+
I2+
NaI+
H2O
(1)配平上述化学方程式。
(2)上述反应的氧化剂是________;若有1mol的还原剂被氧化,则反应中转移电子的数目是________。
(3)根据上述反应,可用试纸和生活中常见的物质进行实验,以鉴别NaNO2和NaCl,可选用的物质有:
①水、②淀粉碘化钾试纸、③淀粉、④白酒、⑤食醋,选取上述物质进行实验,下列组合合适的是________(填字母)。
A.③⑤ B.②④
C.②⑤ D.①②③⑤
(4)某厂废液中,含有2%~5%的NaNO2,直接排放会造成污染,使用NH4Cl处理,能使NaNO2转化为不引起二次污染的N2,反应的化学方程式为_________________。
(5)请配平以下化学方程式:
____Al+____NaNO3+____NaOH===____NaAlO2+____N2↑+____
若反应过程中转移5mole-,则生成标准状况下N2的体积为________L。
解析:
(1)NaNO2中氮元素化合价由+3价降为+2价,HI中碘元素化合价由-1价升为0价,根据化合价升高和降低的总数相等以及原子守恒配平化学方程式。
(2)2NaNO2+4HI===2NO+I2+2NaI+2H2O中,NaNO2中氮元素的化合价降低,所以NaNO2是氧化剂,若有4molHI参与反应,其中2molHI为还原剂,在反应中转移电子的物质的量是2mol,所以若有1mol的还原剂被氧化,则反应中转移电子的数目是6.02×1023或NA。
(4)由题给信息和氧化还原反应的化学方程式书写规律可得NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O。
(5)铝元素的化合价升高,NaNO3中氮元素的化合价降低,根据氧化还原反应中得失电子守恒及原子守恒进行配平:
10Al+6NaNO3+4NaOH===10NaAlO2+3N2↑+2H2O;反应过程中转移30mol电子时有3molN2生成,所以转移5mole-生成标准状况下N2的体积为0.5mol×22.4L·mol-1=11.2L。
答案:
(1)2 4 2 1 2 2
(2)NaNO2 6.02×1023(或NA)
(3)C
(4)NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O
(5)10 6 4 10 3 2H2O 11.2
15.高铁酸钾(K2FeO4)是一种极强的氧化剂,常应用于饮用水处理,其工业制备方法如图所示:
(1)高铁酸钾中铁元素的化合价是________价。
(2)反应Ⅰ的目的是________________________________________________________。
(3)反应Ⅱ的离子方程式为_______________________________________________。
(4)洗涤粗品时选用乙醇而不用水的目的是__________________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知生成高铁酸钾的反应为Na2FeO4+2KOHK2FeO4↓+2NaOH,请你解释加入饱和KOH溶液能生成高铁酸钾的理由:
________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)为了提高生活用水的卫生标准,自来水厂常使用高铁酸钾(K2FeO4)进行消毒、净化以及改善水质,其消毒、净水原理是_________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)可用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸钾含量,滴定时有关反应的离子方程式为
①FeO
+CrO
+2H2O===CrO
+Fe(OH)3↓+OH-
②2CrO
+2H+===Cr2O
+H2O
③Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
现称取2.084g高铁酸钾样品溶于适量NaOH溶液中,加入稍过量的NaCrO2,充分反应后过滤,滤液在250mL容量瓶中定容。
每次取25.00mL加入稀硫酸酸化,用0.1000mol·
L-1的FeSO4标准溶液滴定,三次滴定消耗标准溶液的平均体积为20.00mL。
则上述样品中K2FeO4的质量分数为________。
解析:
分析工业制备流程图知,反应Ⅰ为2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O,反应Ⅱ为3ClO-+10OH-+2Fe3+===2FeO
+3Cl-+5H2O,调节溶液pH,使溶液中的Fe3+、FeO
转化为沉淀,加入稀KOH溶液溶解,过滤除去氢氧化铁,再加入饱和KOH溶液增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出。
(1)K2FeO4中K的化合价为+1价,O的化合价为-2价,根据化合物中各元素的正、负化合价的代数和为0,可知铁元素的化合价为+6价。
(2)反应Ⅰ是氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠与水,该反应的目的是生成氧化剂NaClO。
(3)由制备信息可知,碱性条件下,ClO-与Fe3+反应得到FeO
,ClO-被还原为Cl-,离子方程式为3ClO-+10OH-+2Fe3+===2FeO
+3Cl-+5H2O。
(4)K2FeO4易溶于水,难溶于乙醇,因此洗涤粗品时选用乙醇可以减少高铁酸钾的损失。
(5)K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度,加入饱和KOH溶液可以增大K+浓度,使平衡向正反应方向移动,促进K2FeO4晶体析出。
(6)高铁酸钾具有很强的氧化性,能杀菌消毒,在水中被还原生成的Fe(OH)3胶体有吸附性,可以吸附水中的杂质。
(7)根据反应①②③,可得关系2FeO
~2CrO
~Cr2O
~6Fe2+,三次滴定消耗FeSO4的平均物质的量为0.1000mol·L-1×20.00×10-3L=2.000×10-3mol,则样品中K2FeO4的质量分数为
×100%≈63.34%。
答案:
(1)+6
(2)生成氧化剂NaClO
(3)2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O
(4)减少高铁酸钾的损失
(5)K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度,增大K+浓度,平衡向正反应方向移动,促进K2FeO4晶体析出
(6)高铁酸钾具有强氧化性,能杀菌消毒,在水中被还原生成的Fe(OH)3胶体有吸附性,起净水作用
(7)63.34%
16.Ⅰ.实验室可由软锰矿(主要成分为MnO2)制备KMnO4,方法如下:
软锰矿和过量的固体KOH和KClO3在高温下反应,生成锰酸钾(K2MnO4)和KCl;用水溶解,滤去残渣,滤液酸化后,K2MnO4转化为MnO2和KMnO4;滤去MnO2沉淀,浓缩溶液,结晶得到深紫色的针状KMnO4。
试回答下列问题:
(1)软锰矿制备K2MnO4的化学方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)K2MnO4制备KMnO4的离子方程式是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)KMnO4能与热的稀硫酸酸化的Na2C2O4反应,生成Mn2+和CO2,该反应的化学方程式是___________________________________________________________________