氧化还原反应是中学化学学习的主线,也是高考必考的考点之一,从近几年高考试题的变化趋势来看,出现了一种难度较大以考查能力为主的新题型:求氧化产物和还原产物的物质的量比;给出陌生的物质,判断反应后的化合价或是否是氧化产物、还原产物等。尽管千变万化,但都离不开判断化合价的升降、电子的转移、电子数的守恒。
下面通过几个例题,谈谈电子守恒法在化学计算中的应用。
一 、省去中间过程,简化计算
例 1, 3.84g铜和一定质量的浓硝酸反应,当铜反应完时,共收集到标准状况时的气体2.24L,若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中,需通入多少升标况下的氧气才能使集气瓶充满溶液?
解析:铜失电子数=被还原的硝酸得的电子数=氧化硝酸的还原产物NO,NO 2 消耗的氧气得的电子数,省去中间计算,得铜失的电子数=氧气得的电子数。
则n 4(O 2 )=3.84g÷64g.mol -1 ×2×1/4
= 0.03mol
V(O 2 )= 0.03mol×22.4L.mol -1 =0.672L
若用常规解法,应先求出 NO,NO 2 的物质的量,再根据:
4 NO 2 +O 2 +2H 2 O=4HNO 3
4 NO+3O 2 +2H 2 O=4HNO 3
计算出O 2 的物质的量,并求出其体积,此方法运算量大,中间计算多且复杂,容易出错,用电子守恒法综合考虑,可省去中间的各步计算,使计算简化。
二 、在电解类题中的应用
例 2,用两支惰性电极插入500mLAgNO 3 溶液中,通电电解,当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有H 2 析出,且电解前后溶液体积不变),电极上应析出银的质量是()。
A .27mg B .54mg C .108mg D .216mg
解析:根据得失电子守恒写出电极反应式:
阴极: 4Ag + +4e=4Ag
阳极: 2H 2 O-4e=O 2 +4H +
可知:Ag + ?H +
1 mol1mol x 1×10 -3 ×0.5-1×10 -6 ×0.5 x= 5×10 -4
则析出银的质量为 :
5 ×10 -4 mol×108g.mol -1 = 5.4×10 -2 g=54mg
三 、判断氧化产物或还原产物的化合价
例 3,24mL浓度为0.05mol.L -1 的Na 2 SO 3 溶液,恰好与20mL浓度为0.02mol.L -1 的K 2 Cr 2 O 7 溶液完全反应,则Cr元素在还原产物中的化合价为()。
A .+6 B .+3 C .+2 D .0
解析:反应中Cr元素的化合价变化为 2×(6-x),S元素的化合价变化为6-4=2。
2 0×10 -3 ×0.02×2×(6-x)=24×10 -3 ×0.05×2
x= 3
答案: B。
四 、在产物不确定类题中的应用
例 4,10gFe-Mg合金溶解在一定量的某浓度的稀硝酸中,当金属完全反应后,收集到标况下4.48LNO气体(设HNO 3 的还原产物只有NO)。在反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液,可得多少克沉淀?
解析:该反应中Fe的变价无法确定,用常规法得讨论计算。仔细审题后发现,Mg,Fe失电子数等于氮元素得电子数。
n 失 =n 得 = 4.48L÷22.4L.mol -1 ×3
= 0.6mol
Fe,Mg失电子后的阳离子所带正电荷共为 0.6mol,它也等于沉淀该阳离子所需OH - 的物质的量。即n(OH - )=0.6mol。
m 沉淀 =m 阳 +m(OH - )
= 10g+0.6mol×17g.mol -1
= 20.2g
得失电子守恒的规律是我们解氧化还原类题的一把钥匙,巧妙地运用电子守恒法可以快速准确地解决问题,提高我们多视角分析问题、解决问题的能力。
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