二、陌生氧化還原反應(yīng)方程式的書寫方法
1.“四步法”書寫陌生氧化還原反應(yīng)方程式
第一步:根據(jù)元素化合價(jià)的升降判斷氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。
第二步:按“氧化劑+還原劑=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物”寫出方程式,根據(jù)得失電子守恒配平上述四種物質(zhì)。注意:不屬于“氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物”的物質(zhì),這一步暫不寫在方程式中。
第三步:根據(jù)電荷守恒或反應(yīng)物的酸堿性,在方程式左邊或右邊補(bǔ)充H+、OH-或H2O等。
第四步:根據(jù)質(zhì)量守恒配平反應(yīng)方程式。
例5 實(shí)驗(yàn)室可由軟錳礦(主要成分為MnO2)制備KMnO4,方法如下:軟錳礦與過量固體KOH和KClO3在高溫下反應(yīng),生成錳酸鉀(K2MnO4)和KCl;用水溶解,濾去殘?jiān)瑸V液酸化后,K2MnO4轉(zhuǎn)變?yōu)镸nO2和KMnO4;濾去MnO2沉淀,濃縮溶液,結(jié)晶得到深紫色的針狀KMnO4晶體。請回答:
?。?)軟錳礦制備K2MnO4的化學(xué)方程式是;
?。?)KMnO4能與熱的經(jīng)硫酸酸化的Na2C2O4反應(yīng),生成Mn2+和CO2,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是。
解析:(1)第一步,Mn元素由MnO2中的+4價(jià)升高到K2MnO4中的+6價(jià),故MnO2是還原劑,K2MnO4是氧化產(chǎn)物。Cl元素由KClO3中的+5價(jià)降低到KCl中的-1價(jià),故KClO3是氧化劑,KCl是還原產(chǎn)物。
第二步, 按“氧化劑+還原劑=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物”把化學(xué)方程式初步寫為:KClO3+3MnO2KCl+3K2MnO4。
由于Cl元素降6價(jià),Mn元素升2價(jià),所以MnO2、K2MnO4的化學(xué)計(jì)量數(shù)均為3。
第三步,由于反應(yīng)是在堿性條件下進(jìn)行,且第一步寫出的方程式中右邊鉀元素物質(zhì)的量多于左邊鉀元素的物質(zhì)的量,故在方程式左邊反應(yīng)物中補(bǔ)充KOH,右邊生成物中補(bǔ)充H2O:
KClO3+3MnO2+KOHKCl+3K2MnO4+H2O。
第四步,根據(jù)K元素守恒,在KOH前面配6;根據(jù)H元素守恒在H2O前面配3。兩邊的O元素相等,說明方程式已配平:
3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O。
?。?)第一步,依題意Mn元素化合價(jià)降低,故KMnO4是氧化劑,MnSO4是還原產(chǎn)物;C元素化合價(jià)升高,故Na2C2O4是還原劑(C元素化合價(jià)為+3價(jià)),CO2是氧化產(chǎn)物。
第二步,按“氧化劑+還原劑=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物” 把化學(xué)方程式初步寫為:
2KMnO4+5Na2C2O4 2MnSO4+10CO2↑。
由KMnO4→MnSO4,Mn元素降了5價(jià),在還原劑Na2C2O4前面配5,在氧化產(chǎn)物CO2前面配10;由Na2C2O4→CO2,C元素升了1價(jià),2 molC共失去2 mole-,在氧化劑KMnO4前面配2,還原產(chǎn)物MnSO4前面配2。
第三步,反應(yīng)是在硫酸溶液中進(jìn)行,故在左邊反應(yīng)物中補(bǔ)充H2SO4,右邊生成物中補(bǔ)充K2SO4、Na2SO4和H2O:
2KMnO4+5Na2C2O4+H2SO4 2MnSO4+10CO2↑+ K2SO4+Na2SO4+H2O。
第四步,根據(jù)K+、Na+、SO42-、H、O等守恒配平如下:
2KMnO4+5Na2C2O4+8H2SO4 2MnSO4+ 10CO2↑+ K2SO4+5Na2SO4+8H2O。
答案:(1)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+ KCl+3H2O
?。?)2KMnO4+5Na2C2O4+8H2SO4 2MnSO4+ 10CO2↑+ K2SO4+5Na2SO4+8H2O
2.常見還原劑的氧化產(chǎn)物
(1)還原性單質(zhì)的氧化產(chǎn)物
?、貴e遇弱氧化劑(如H+、S等)一般氧化為Fe2+;Fe遇強(qiáng)氧化劑(如Cl2、Br2、過量HNO3等)一般氧化為Fe3+。
?、趩钨|(zhì)I2可以被Cl2氧化為IO3-。
?。?)還原性物質(zhì)的氧化產(chǎn)物
在溶液中,Cu2O、FeO、SO2的氧化產(chǎn)物一般分別為Cu2+、Fe3+、SO42-,它們與稀HNO3(還原產(chǎn)物為NO)反應(yīng)的離子方程式依次為:
3Cu2O+2NO3-+14H+6Cu2++2NO↑+7H2O;
3FeO+NO3-+10H+3Fe3++NO↑+5H2O;
3SO2+2NO3-+ 2H2O3SO42-+2NO↑+ 4H+。
?。?)還原性酸的氧化產(chǎn)物
在溶液中,H2S的氧化產(chǎn)物通常是S或SO42-。
(4)NH3的氧化產(chǎn)物
NH3的氧化產(chǎn)物一般為無污染的N2。
?、偃鏝H3被Cl2、灼熱CuO氧化為N2,反應(yīng)的方程式有:
2NH3+3Cl2N2+6HCl(常溫接觸就發(fā)生反應(yīng),NH3少量);
8NH3+3Cl2N2+6NH4Cl(NH3過量,觀察到有白煙產(chǎn)生);
2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O。
?、贜H3在純氧中燃燒,其氧化產(chǎn)物也為N2:4NH3+3O2(純) 2N2+6H2O。
提醒:NH3在鉑作催化劑時(shí),被氧氣氧化為NO:4NH3+5O24NO+6H2O。
?。?)還原性鹽的氧化產(chǎn)物
①酸性溶液中,F(xiàn)e2+的氧化產(chǎn)物為Fe3+,如綠礬溶液(配制時(shí)加入了H2SO4)中滴加雙氧水的離子方程為:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
?、赟O32-的氧化產(chǎn)物為SO42-,如Na2SO3溶液中加入碘水的離子方程式為:SO32-+I2+ H2OSO42-+2I-+2H+。
3.常見氧化劑的還原產(chǎn)物
(1)氧化性酸的還原產(chǎn)物
濃H2SO4的還原產(chǎn)物一般為SO2;濃HNO3的還原產(chǎn)物為NO2,稀HNO3的還原產(chǎn)物為NO,隨著HNO3濃度的減小,其還原產(chǎn)物還可能是N2O、N2、NH4+。
(2)氧化性鹽的還原產(chǎn)物
?、貴e3+的還原產(chǎn)物一般為Fe2+。若還原劑為過量的活潑金屬,如Zn,能將Fe3+還原為Fe。FeCl3溶液與Cu、Zn、SO2、H2S、HI等還原劑反應(yīng)的離子方程式分別為:
2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+;
2Fe3++ Zn(少量)2Fe2++ Zn 2+;
2Fe3++ 3Zn(過量)2Fe+ 3Zn 2+;
2Fe3++ H2S2Fe2++S↓+2H+;
2Fe3++ 2I-2Fe2++I2↓。
?、谒嵝訩MnO4的還原產(chǎn)物一般為Mn2+;酸性K2Cr2O7的還原產(chǎn)物一般為Cr3+。
三、陌生電極反應(yīng)式的書寫方法
第一步:根據(jù)元素化合價(jià)的升降判斷氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。
第二步:原電池負(fù)極或電解池陽極的電極反應(yīng)式,按“還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物”書寫;原電池正極或電解池陰極的電極反應(yīng)式,按“氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物”書寫。
第三步:根據(jù)電荷守恒和反應(yīng)混合物的酸堿性,補(bǔ)充H+、OH-或H2O等,并配平電極反應(yīng)。
例6 鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池,放電時(shí)的總反應(yīng)為:
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2 。
電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為____________。
解析:第一步,反應(yīng)前后Ni元素化合價(jià)由+3價(jià)(Ni2O3)降低到+2價(jià)[Ni(OH)2],故Ni2O3是氧化劑,Ni(OH)2是還原產(chǎn)物。
第二步,原電池的正極反應(yīng)按“氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物”先初步寫為:
Ni2O3+2e- 2Ni(OH)2。
第三步,根據(jù)氫元素守恒及電池放電時(shí)總反應(yīng)中H2O是反應(yīng)物,在電極反應(yīng)式的左邊反應(yīng)物中補(bǔ)充H2O,再由電荷守恒在電極反應(yīng)式右邊生成物中補(bǔ)充帶負(fù)電荷的OH-:
Ni2O3+2e-+ H2O2Ni(OH)2 + OH-,
配平后正極的電極反應(yīng)為:
Ni2O3 + 2e-+ 3H2O2Ni(OH)2 + 2OH-。
提醒:根據(jù)“電池充電時(shí),原電池的負(fù)極與外接電源的負(fù)極相連作電解池的陰極,原電池的正極與外接電源的正極相連作電解池的陽極”知,可充電電池(二次電池)充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)是其放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)的逆過程,充電時(shí)陽極的電極反應(yīng)是其放電時(shí)正極反應(yīng)的逆過程。
如愛迪生電池放電時(shí)負(fù)、正極反應(yīng)分別為:
負(fù)極:Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,正極:Ni2O3+2e-+3H2O2Ni(OH)2+2OH-。
其充電時(shí)陰、陽極反應(yīng)分別為:
陰極:Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,陽極:2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O。