氧化還原反應是中學化學學習的重點和難點,也是歷年高考熱點之一。從近幾年高考試題的走向來看,出現(xiàn)了一種難度較大,以考查能力為導向的新題型:求氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量的比;給出陌生的物質(zhì),判斷反應后的化合價或是否是氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物等。盡管形式千變?nèi)f化,但都離不開判斷化合價的升降、電子的轉(zhuǎn)移、電子數(shù)的守恒。
下面僅通過幾個實例,談談電子守恒法在化學計算中的應用。
一、判斷氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物的化合價
例1.24 mL濃度為0.05 mol·L-1的Na2SO3溶液,恰好與20 mL濃度為0.02 mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反應,則Cr元素在還原產(chǎn)物中的化合價為()
A.+6B.+3
C.+2D.0
解析:反應中Cr元素的化合價變化為2×(6-x),S元素的化合價變化為6-4=2。20×10-3×0.02×2×(6-x)=24×10-3×0.05×2,則x=3。
答案:B。
二、省去中間過程,簡化計算
例2.3.84 g銅和一定質(zhì)量的濃硝酸反應,當銅反應完時,共收集到標準狀況下的氣體2.24 L,若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中,需通入多少升標準狀況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液?
解析:銅失的電子數(shù)=被還原的硝酸得的電子數(shù)=氧化硝酸的還原產(chǎn)物NO,NO2消耗的氧氣得的電子數(shù),省去中間計算,得:銅失的電子數(shù)=氧氣得的電子數(shù)。
則n(O2)=3.84 g÷64 g·mol-1×2×1/4=
0.03 mol
V(O2)=0.03 mol×22.4 L·mol-1=0.672 L
若用常規(guī)解法,應先求出NO,NO2的物質(zhì)的量,再根據(jù):
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
計算出O2的物質(zhì)的量,并求出其體積,此方法運算量大,中間計算多且復雜,容易出錯,用電子守恒法綜合考慮,可省去中間的各步計算,使計算簡化。
三、在電解類題中的應用
例3.用兩支惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中,通電電解,當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設電解時陰極沒有H2析出,且電解前后溶液體積不變),電極上應析出銀的質(zhì)量是()
A.27 mgB.54 mg
C.108 mg D.216 mg
解析:根據(jù)得失電子守恒寫出電極反應式:
陰極:4Ag++4e=4Ag
陽極:2H2O-4e=O2+4H+
可知:Ag+— H+
1 mol 1 mol
x(1×10-3×0.5-1×10-6×0.5) mol
?。?×10-4 mol
則析出銀的質(zhì)量為:
5×10-4 mol×108 g·mol-1=5.4×10-2 g=
54 mg
四、在產(chǎn)物不確定類題中的應用
例4.10 g Fe-Mg合金溶解在一定量的某濃度的稀硝酸中,當金屬完全反應后,收集到4.48 L NO氣體(設HNO3的還原產(chǎn)物只有NO)。在反應后的溶液中加入足量的NaOH溶液,可得多少克沉淀?
解析:該反應中Fe的變價無法確定,用常規(guī)法得討論計算。仔細審題后發(fā)現(xiàn),Mg,Fe失電子數(shù)等于氮元素得電子數(shù)。
?。钍В剑畹茫?.48 L÷22.4 L·mol-1×3=0.6 mol
?。疲?,Mg失電子后的陽離子所帶正電荷共為0.6 mol,它也等于沉淀該陽離子所需OH-的物質(zhì)的量。即n(OH-)=0.6 mol。
m沉淀=m陽+m(OH-)
?。?0 g+0.6 mol×17 g·mol-1
?。?0.2 g
得失電子守恒的規(guī)律是解氧化還原類題的一把鑰匙,運用電子守恒法可以快速準確地解決問題,提高學生分析問題和解決問題的能力。
(作者單位 河北趙縣實驗中學)