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      氧化還原反應(yīng)問(wèn)題解題規(guī)律歸納

      2016-12-23 09:32:04華雪瑩
      青蘋(píng)果·教育研究版 2016年10期
      關(guān)鍵詞:價(jià)態(tài)還原性化合價(jià)

      華雪瑩

      氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)中的一種重要反應(yīng)類(lèi)型。正確理解和準(zhǔn)確把握氧化還原反應(yīng)中的有關(guān)規(guī)律并能熟練運(yùn)用,是學(xué)好這一知識(shí)點(diǎn)的關(guān)鍵。下面我們就一起來(lái)梳理氧化還原反應(yīng)中的有關(guān)規(guī)律,希望同學(xué)們能夠熟記并能正確運(yùn)用。

      一、守恒律

      1.電子得失守恒

      在氧化還原反應(yīng)中,氧化劑得到電子的總數(shù)與還原劑失去電子的總數(shù)相等(或者說(shuō)化合價(jià)升高總數(shù)與化合價(jià)降低總數(shù)相等)。

      應(yīng)用1 計(jì)算氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的多少。

      例1 KI與KIO在酸性條件下可發(fā)生反應(yīng)生成單質(zhì)碘,問(wèn)該反應(yīng)中被氧化的碘元素與被還原的碘元素的質(zhì)量之比是多少。

      解析 K→化合價(jià)升高1價(jià),被氧化;KO→化合價(jià)降低5價(jià),被還原。要使化合價(jià)升降總數(shù)相等,KI與KIO的物質(zhì)的量之比應(yīng)為5∶1,則被氧化的碘元素與被還原的碘元素的質(zhì)量之比也為5∶1。

      應(yīng)用2 確定氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物中元素的價(jià)態(tài)。

      例2 在含有0.078 mol FeCl溶液中,通入0.009 mol Cl,再加入含有0.01 mol XO的酸性溶液,溶液中的Fe恰好全部被氧化,并使XO還原為X離子,求n的值。

      解析 Fe→Fe,1 mol FeCl失去1 mol電子;Cl→Cl,1 mol Cl得到2 mol 電子;O→X,1 mol XO得到2(6-n) mol電子。根據(jù)得失電子守恒規(guī)律,F(xiàn)eCl失去的電子數(shù)等于氧化劑Cl和XO得到的電子總數(shù),即0.078×1=0.009×2+0.01×2(6-n),解得n=3。

      應(yīng)用3 配平氧化還原方程式

      例3 配平方程式: P+ CuSO+ HO→ CuP+ HPO+ HSO。該反應(yīng)中160 g CuSO可氧化P的質(zhì)量是 。

      解析 該反應(yīng)中氧化還原關(guān)系較為復(fù)雜,既有CuSO與P的氧化還原反應(yīng),又有P的自身氧化還原反應(yīng)?!鶦u,P元素化合價(jià)降低3價(jià);SO→P,Cu元素化合價(jià)降低1價(jià);→HO,P元素化合價(jià)升高5價(jià)。生成1 mol CuP共得到6 mol電子,生成1 mol HPO失去5 mol電子。根據(jù)得失電子守恒規(guī)律,CuP與HPO的物質(zhì)的量之比應(yīng)為5∶6,即CuP的系數(shù)為5,HPO的系數(shù)為6;然后通過(guò)觀察法寫(xiě)出其他各物質(zhì)的系數(shù)。配平后的化學(xué)方程式為11P+15CuSO+24HO=5CuP+6HPO+15HSO。

      因?yàn)镃uSO與被CuSO氧化的P之間仍符合得失電子守恒規(guī)律,所以CuSO與被CuSO氧化的P的物質(zhì)的量之比為5∶1。n(CuSO) == 1 mol,可氧化的P的質(zhì)量= mol×31 g·mol=6.2 g。

      2.電荷守恒 在氧化還原反應(yīng)中,反應(yīng)前后,陰、陽(yáng)離子所帶電荷的代數(shù)和相等。

      3.原子守恒 氧化還原反應(yīng)與一般的反應(yīng)一樣,遵守質(zhì)量守恒定律。

      應(yīng)用 配平氧化還原方程式;進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算;求某一反應(yīng)中被氧化與被還原的原子數(shù)之比,或氧化劑與還原劑分子數(shù)之比,或氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物分子數(shù)之比。

      二、物質(zhì)轉(zhuǎn)換規(guī)律

      在氧化還原反應(yīng)中,氧化劑具有氧化性,在反應(yīng)中得到電子被還原,發(fā)生還原反應(yīng),生成還原產(chǎn)物;還原劑具有還原性,在反應(yīng)中失去電子被氧化,發(fā)生氧化反應(yīng),生成氧化產(chǎn)物??捎谩半p線橋法”表示氧化還原反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移情況。

      應(yīng)用 用于分析氧化還原反應(yīng)中的氧化劑、還原劑及氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。

      三、性質(zhì)表現(xiàn)律(價(jià)態(tài)律)

      1.處于最高價(jià)態(tài)的元素只具有氧化性,如F、O、Fe、H、CO、KO、HO、O等。

      2.處于最低價(jià)態(tài)的元素只具有還原性,如金屬單質(zhì)、X(鹵素離子)、H、H等。

      3.處于中間價(jià)態(tài)的元素既有氧化性、又有還原性,但以一種性質(zhì)為主,一般遇強(qiáng)氧化劑表現(xiàn)還原性,遇強(qiáng)還原劑表現(xiàn)氧化性。例如:2FeCl+Cl=2FeCl;FeCl+Zn=ZnCl + Fe。Fe、SO、H等以還原性為主,Cl、CO、NO等以氧化性為主。

      4.化合物含有多種元素,其性質(zhì)是各種價(jià)態(tài)的元素性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。如HCl中H處于最高價(jià)態(tài)+1價(jià),遇金屬等還原劑時(shí)可表現(xiàn)氧化性;其中的Cl處于最低價(jià)態(tài)-1價(jià),遇到KMnO、MnO、KClO、Ca(ClO)等強(qiáng)氧化劑時(shí)表現(xiàn)還原性。

      應(yīng)用 判斷元素或物質(zhì)的氧化性與還原性的有無(wú)。

      四、價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律

      同一氧化還原反應(yīng)中,有元素化合價(jià)升高的同時(shí),必有元素化合價(jià)降低。根據(jù)這一規(guī)律,歧化反應(yīng)中反應(yīng)物價(jià)態(tài)應(yīng)介于兩產(chǎn)物價(jià)態(tài)之間,而歸中反應(yīng)中產(chǎn)物價(jià)態(tài)應(yīng)介于兩反應(yīng)物價(jià)態(tài)之間。

      應(yīng)用 判斷氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)的高低。

      1.鄰位轉(zhuǎn)化律 在氧化還原反應(yīng)中,元素相鄰價(jià)態(tài)間的轉(zhuǎn)化最容易進(jìn)行。

      (1)元素處于最低(或最高)價(jià)態(tài),遇一般氧化劑(或還原劑)時(shí)轉(zhuǎn)變至相鄰價(jià)態(tài)。例如:

      2H+O=2↓+2HO

      2Cl+Cu=2Cl+CuCl

      (2)元素處于中間價(jià)態(tài),遇強(qiáng)氧化劑(或強(qiáng)還原劑)被氧化(或被還原)至相鄰的高價(jià)態(tài)(或低價(jià)態(tài))。例如:

      O+Cl+2HO=HO+2HCl

      O+2HS=3↓+2HO

      (3)元素處于中間價(jià)態(tài)時(shí)可發(fā)生歧化反應(yīng),且一般發(fā)生鄰位轉(zhuǎn)化(即歧化律)。例如:

      +HO=H+HO

      3+6NaOH=2Na+NaO+3HO

      3O+HO=2HO+O

      2.跳位轉(zhuǎn)化律

      (1)元素處于較低(或較高)價(jià)態(tài)時(shí),遇強(qiáng)氧化劑(或強(qiáng)還原劑)發(fā)生跳位轉(zhuǎn)化。例如:

      +6HNO(濃)=HO+6NO↑+2HO

      2KO+16HCl=2KCl+2Cl+5Cl↑+8HO

      (2)當(dāng)加劇反應(yīng)條件(如升高溫度、使用催化劑、增大反應(yīng)物的濃度、增強(qiáng)酸性、增大反應(yīng)物的量等)時(shí),可發(fā)生跳位轉(zhuǎn)化。例如:

      3+6NaOH=5Na+NaO+3HO

      4H+5O=4O+6HO

      H+8HNO(濃,足量)=HO+8NO↑+4HO

      例4 G、W、X、Y、Z均為含氯的化合物,它們?cè)谝欢l件下具有如下的轉(zhuǎn)化關(guān)系(方程式未配平且氯元素一定有價(jià)態(tài)變化)。

      ①G W+NaCl

      ②W+HO X+H

      ③Y+NaOH G+W+HO

      ④Z+NaOH W+X+HO

      請(qǐng)判斷G、W、X、Y、Z中氯元素化合價(jià)的高低。

      解析 反應(yīng)①中G→NaCl,氯元素化合價(jià)降低,則氯元素的化合價(jià)G

      3.互不交叉和換位規(guī)律

      同種元素不同價(jià)態(tài)的物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)(不考慮其他元素之間的反應(yīng),下同)時(shí),產(chǎn)物的價(jià)態(tài)必介于兩反應(yīng)物的價(jià)態(tài)之間,且其變化是不交叉的。

      (1)同種元素的相鄰價(jià)態(tài)間不相互轉(zhuǎn)化。例如:C與CO、CO與CO、Fe與Fe、Fe與Fe,或S與HS、S與SO、SO與HSO等均不反應(yīng)(因此可用濃HSO干燥SO)。

      (2)同種元素不同價(jià)態(tài)的物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)時(shí),生成中間價(jià)態(tài)的物質(zhì),且只靠攏不交叉。也就是說(shuō),氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物中該元素的化合價(jià)可能為同一中間價(jià)態(tài),也可能不為同一價(jià)態(tài),但一定介于氧化劑與還原劑中該元素的化合價(jià)之間(即歸中律)。例如:

      H+HO(濃)=↓+O↑+2HO

      KO+6H=K+3↑+3HO

      應(yīng)用 判斷氧化還原反應(yīng)能否發(fā)生、物質(zhì)的變化以及預(yù)測(cè)反應(yīng)的產(chǎn)物,判斷氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物及轉(zhuǎn)移電子數(shù)。

      例5 (1)在反應(yīng)KClO+6HCl=KCl+3Cl↑+3HO中,氧化產(chǎn)物是 ,還原產(chǎn)物是 ,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為 。

      (2)在反應(yīng)HS+HSO(濃)=S↓+SO↑+2HO中,氧化產(chǎn)物是 ,還原產(chǎn)物是 ,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為 。

      解析 (1)由于K中Cl元素價(jià)態(tài)與H相同,則KCl既不是氧化產(chǎn)物,也不是還原產(chǎn)物(不換位)。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物都是Cl,該反應(yīng)為歸中反應(yīng),轉(zhuǎn)移電子數(shù)為5。

      (2)與O中S元素化合價(jià)恰介于H和HO之間,根據(jù)互不交叉規(guī)律,只有S為氧化產(chǎn)物、SO為還原產(chǎn)物時(shí),價(jià)態(tài)變化才不交叉,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2。

      五、性質(zhì)強(qiáng)弱律(性質(zhì)遞變律)

      1.氧化還原反應(yīng)發(fā)生的一般規(guī)律為“強(qiáng)氧化劑+強(qiáng)還原劑→弱氧化劑+弱還原劑”,即對(duì)于一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)來(lái)說(shuō),氧化劑一定比氧化產(chǎn)物的氧化性強(qiáng),還原劑一定比還原產(chǎn)物的還原性強(qiáng)。也就是說(shuō)在同一氧化還原反應(yīng)中,氧化性的強(qiáng)弱順序?yàn)檠趸瘎?、氧化產(chǎn)物;還原性的強(qiáng)弱順序?yàn)檫€原劑、還原產(chǎn)物。例如:在反應(yīng)2Fe+Cl=2Fe+2Cl中,氧化性Cl大于Fe,還原性Fe大于Cl。

      應(yīng)用1 判斷反應(yīng)能否發(fā)生。

      例6 判斷下列反應(yīng)能否進(jìn)行,并說(shuō)明原因。

      (1)Fe+Cu=Fe+Cu

      。

      (2)2Fe+Cu=2Fe+Cu

      解析 (1)因?yàn)檠趸訤e

      (2)因?yàn)檠趸訤e>Cu,還原性Cu>Fe,該反應(yīng)符合氧化還原反應(yīng)的條件,所以該反應(yīng)能夠發(fā)生。

      應(yīng)用2 判斷氧化性、還原性的強(qiáng)弱。

      例7 已知反應(yīng):

      (1)I+SO+2HO=HSO+2HI

      (2)2FeCl+Cl=2FeCl

      (3)2FeCl+2HI=2FeCl+I+2HCl

      試判斷I、SO、Cl、FeCl四種物質(zhì)氧化能力的強(qiáng)弱。

      解析 根據(jù)氧化性:氧化劑>氧化產(chǎn)物,由反應(yīng)(1)可得出:I>HSO>SO;由反應(yīng)(2)可得出:Cl>FeCl;由反應(yīng)(3)可得出:FeCl>I。綜上所述可知四種物質(zhì)氧化能力的強(qiáng)弱順序?yàn)镃l>FeCl>I>SO。

      當(dāng)然也有例外。例如:2NaCl+2HO=2NaOH+Cl↑+H↑(氧化性Cl大于HO,還原性H大于NaCl。這是由反應(yīng)條件電解所決定的);Na+KCl(熔融)=NaCl+K↑(還原性K大于Na,這是因?yàn)镵的沸點(diǎn)758 ℃比Na的沸點(diǎn)883 ℃低,生成的K為蒸氣而脫離反應(yīng)體系,使反應(yīng)能有效地向右進(jìn)行)。

      2.在相同條件下,總是氧化性或還原性最強(qiáng)的微粒優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)。例如:向含有Br和I的溶液中滴加氯水,則I將優(yōu)先被氧化;向含有Cu和Ag的溶液中加入鐵粉,則Ag將優(yōu)先被還原。

      應(yīng)用 判斷混合溶液中離子發(fā)生反應(yīng)的順序。

      例8 寫(xiě)出下列反應(yīng)的離子方程式:

      (1)FeBr溶液中通入少量Cl ,通入過(guò)量Cl 。

      (2)FeI溶液中通入少量Cl ,通入過(guò)量Cl 。

      解析 因Fe、Br、I都具有較強(qiáng)的還原性。當(dāng)通入過(guò)量Cl時(shí),F(xiàn)e、Br、I都可被Cl所氧化,此時(shí)兩溶液中反應(yīng)相似,離子方程式分別為

      2Fe+4Br+3Cl=2Fe+2Br+6Cl

      2Fe+4I+3Cl=2Fe+2I+6Cl

      當(dāng)通入少量Cl時(shí),由于還原性I>Fe>Br,F(xiàn)eBr溶液中只有Fe被氧化,離子方程式為

      2Fe+Cl=2Fe+2Cl

      FeI溶液中只有I被氧化,離子方程式為

      2I+Cl=I+2Cl

      3.一般來(lái)說(shuō),同一元素的價(jià)態(tài)越高,其氧化性越強(qiáng),如氧化性:Fe>Fe;價(jià)態(tài)越低,其還原性越強(qiáng),如還原性:HS>S>SO。不過(guò)也有例外,氧化性HO>HO,原因是HClO不穩(wěn)定,見(jiàn)光易分解,生成具有強(qiáng)氧化性的“初生態(tài)”的氧原子。

      4.一般來(lái)說(shuō),酸性越強(qiáng)、濃度越大、溫度越高,氧化劑的氧化性或還原劑的還原性越強(qiáng)。例如:KMnO在酸性溶液中氧化性最強(qiáng)、中環(huán)境次之、堿環(huán)境中最弱;濃鹽酸具有還原性,而稀鹽酸沒(méi)有;濃硫酸具有強(qiáng)氧化性,而稀硫酸沒(méi)有;溫度越高,碳的還原性越強(qiáng)等。

      應(yīng)用 比較物質(zhì)間氧化性或還原性的強(qiáng)弱;選擇適宜條件下用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)制備氧化性較弱的物質(zhì),或用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)制備還原性較弱的物質(zhì)。

      六、反應(yīng)先后律(難易律)

      一般來(lái)說(shuō),在同一反應(yīng)環(huán)境中,濃度相同或相近的氧化劑遇到若干種還原劑時(shí),還原性強(qiáng)的先被氧化;同理,在同一反應(yīng)環(huán)境中,濃度相同或相近的還原劑遇到若干種氧化劑時(shí),氧化性強(qiáng)的先被還原。例如:還原性I>Fe,將Cl通入FeI溶液中,先發(fā)生反應(yīng)Cl+2I=2Cl+I,后發(fā)生反應(yīng)Cl+2Fe=2Fe+2Cl;還原性Fe>Br,將Cl通入FeBr溶液中,先發(fā)生反應(yīng)Cl+2Fe=2Fe+2Cl,后發(fā)生反應(yīng)Cl+2Br=2Cl+Br。

      應(yīng)用 判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性及反應(yīng)順序。

      七、反應(yīng)方向律

      氧化還原反應(yīng)一般按照氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)與還原性較強(qiáng)的物質(zhì)反應(yīng),生成氧化較弱的物質(zhì)和還原性較弱的物質(zhì)的方向進(jìn)行。也有例外,如還原性Fe>H,但FeO+4H 3Fe+4HO(g),原因在于該反應(yīng)為可逆反應(yīng),生成的水蒸氣被排出可使平衡不斷向右移動(dòng)。類(lèi)似的有還原性Si大于C,但2C+SiO=Si+2CO↑

      應(yīng)用 用于預(yù)測(cè)反應(yīng)的可能性。

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