電子守恒在氧化還原反應(yīng)計算中的應(yīng)用

摘 要： 電子守恒在眾多守恒中是一個重點(diǎn)，也是一個難點(diǎn)，更是每年必考的考點(diǎn)，本文主要介紹了電子守恒在氧化還原反應(yīng)計算中的一些應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 電子守恒 氧化還原反應(yīng) 計算 應(yīng)用

電子守恒作為氧化還原反應(yīng)中的重要規(guī)律，其應(yīng)用貫穿于整個高中教學(xué)，是一個重點(diǎn)，也是一個難點(diǎn)，更是每年高考的必考的考點(diǎn)，而且難度偏大。雖然學(xué)生知道電子守恒的存在，但很難熟練運(yùn)用。為了便于學(xué)生理解并且熟悉常見的題型，提高分析問題、解決問題的能力，現(xiàn)將有關(guān)題型歸納如下。

一、應(yīng)用于化合價的計算

例：24mL濃度為0.05mol·L的ＮａＳＯ溶液，恰好與20mL濃度為0.02mol·L的ＫＣｒＯ溶液完全反應(yīng)，則Ｃｒ元素在還原產(chǎn)物中的化合價為（?搖 ?搖）。

A.+6?搖?搖B.+3?搖?搖C.+2?搖?搖D.0

解析：ＮａＳＯ和ＫＣｒＯ的反應(yīng)同學(xué)們不會寫，所以這類題目用化學(xué)方程式解不太好解，但用電子守恒來解就很簡單。題目中提到“Ｃｒ元素在還原產(chǎn)物中的化合價”，所以Ｃｒ元素是被還原的，得電子，化合價降低，假設(shè)Ｃｒ元素在還原產(chǎn)物中的化合價為x，則Ｃｒ元素得到的電子數(shù)目為［（+6）-x）］×2×0.02×20×10。由于ＫＣｒＯ為氧化劑，則ＮａＳＯ為還原劑，S元素失去電子，化合價升高，S元素化合價由+4價升高，只能變?yōu)?6價，故S元素失去的電子數(shù)目為［（+6）-（+4）］×0.05×24×10。

根據(jù)電子守恒得：

二、應(yīng)用于化學(xué)（或離子）方程式配平

例在xR+yH+O=mR+nHO的離子反應(yīng)中，化學(xué)計量數(shù)x=?搖 ?搖?搖?搖。

解析：這道題若用質(zhì)量守恒和電荷守恒也可以求解，但用電子守恒更方便，氧化劑O得到的電子總數(shù)為2×［0-（-2）］，還原劑R失去的電子總數(shù)為x×［（+3）-（+2）］，由電子守恒得：2×［0-（-2）］=x×［（+3）-（+2）］，x=4。

三、應(yīng)用于多元素參與的氧化還原反應(yīng)計算

例將m molCuS和足量稀HNO反應(yīng)，生成Cu（NO）、HSO、NO和HO。則參加反應(yīng)的硝酸中被還原的硝酸的物質(zhì)的量是（?搖 ?搖）。

A.4mmol?搖?搖B.10mmol?搖?搖C.mol?搖?搖D.mol

解析：此題有兩個難點(diǎn)：一個是化合價變化的元素種類多，有三種；第二個是參加反應(yīng)的HNO的物質(zhì)的量不等于被還原的HNO的物質(zhì)的量，有一部分HNO體現(xiàn)酸性生成了Cu（NO），有一部分HNO體現(xiàn)氧化性生成了NO，由化學(xué)方程式計算得到的是總HNO的量。用電子守恒來計算就簡單些，m molCuS失去的電子數(shù)為：［（+2）-（+1）］×2×m mol+［（+6）-（-2）］×m mol=10m mol，而每個HNO分子被還原成NO要得到3個電子，故被還原的HNO為mol，選C。

四、應(yīng)用于多步氧化還原反應(yīng)的計算

例3.84g銅和一定質(zhì)量的濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)銅反應(yīng)完時，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況時的氣體2.24L，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(biāo)況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液

解析：這道題需要注意兩點(diǎn)：一是濃硝酸為“一定量”而不是“足量”，因此不一定都是銅跟濃硝酸的反應(yīng)，在反應(yīng)后期也可能是銅跟稀硝酸的反應(yīng)。不管是銅和那種硝酸反應(yīng)，都是銅失去電子給硝酸，使得硝酸被還原成NO或NO和ＮＯ的混合物，根據(jù)電子守恒，銅失去的電子數(shù)應(yīng)等于硝酸被還原成NO或NO和ＮＯ的混合物得到的電子數(shù)。二是生成的NO或NO和ＮＯ的混合物與氧氣、水反應(yīng)又變成了硝酸，NO或NO和ＮＯ的混合物被氧化成硝酸所失去的電子數(shù)應(yīng)等于氧氣所得到的電子數(shù)，在這個過程中一開始是硝酸被還原成NO或NO和ＮＯ的混合物，后來NO或NO和ＮＯ的混合物又被氧化成硝酸，且物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化，由此可見銅失去的電子數(shù)應(yīng)等于氧氣所得到的電子數(shù)。故：

［（+2）-0］×（3.84ｇ÷64ｇ·mol）=［0-（-2）×2］×ｎ（Ｏ）

ｎ（Ｏ）=0.03mol

Ｖ（Ｏ）=0.03mol×22.4Ｌ·mol=0.672Ｌ

五、電子守恒法在電解類型中的應(yīng)用

例將兩個惰性電極插入到500mLAgNO溶液中，通電電解，當(dāng)電解質(zhì)溶液的pH從6.0變?yōu)?.0時（設(shè)電解時陰極沒有H逸出，且電解質(zhì)溶液在電解前后體積變化可以忽略），則電極上析出銀的質(zhì)量的是（?搖?搖 ）。

A.27mg?搖?搖B.54mg?搖?搖C.108mg?搖?搖D.216mg

解析：題中pH=6可看成Ag的水解使溶液呈弱酸性，通電之后水分子在陽極失去電子，生成氧氣和氫離子，當(dāng)pH變?yōu)?時，n（H）=1×10mol/L×0.5L=5×10mol，電解過程中產(chǎn)生的氫離子的物質(zhì)的量為：5×10mol-5×10mol≈5×10mol，根據(jù)陽極的電極反應(yīng)（2ＨＯ-4ｅ=Ｏ+4Ｈ）可知水分子在陽極上失去的電子的物質(zhì)的量為：5×10mol。根據(jù)陰陽極上得失電子數(shù)相等，銀離子在陰極上得到的電子數(shù)也為5×10mol，根據(jù)陰極的電極反應(yīng)（4Ａｇ+4ｅ=4Ａｇ）可知析出的銀的物質(zhì)的量也為5×10mol，所以析出銀的質(zhì)量為m（Ag）=5×10mol×108g·mol=5.4×10g=54mg，故本題應(yīng)選B。

在解化學(xué)計算題時，不要急于去寫化學(xué)方程式，通過化學(xué)方程式來解決問題，尤其是多步氧化還原反應(yīng)，注意應(yīng)用電子守恒規(guī)律，往往能化繁為簡，收到事半功倍的效果，提高解題的速度和準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)：

［1］新課程標(biāo)準(zhǔn).

［2］普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.化學(xué)1（必修），2007.3，（第3版）.

［3］胡其翠.化學(xué)學(xué)科電子守恒思想在解題中的運(yùn)用.教育界，2009，（21）.

［4］周國賀.電子守恒法在化學(xué)解題中的應(yīng)用.中學(xué)理科（上旬），1996，（11）.

［5］徐文華.電子守恒——電解型計算題的靈魂.試題與研究，2008，（23）.