電子守恒法的構(gòu)建與應(yīng)用

朱玉海

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的主線，也是高考必考的熱點(diǎn)考點(diǎn)之一。師生用常規(guī)法解答氧化還原反應(yīng)計(jì)算，感覺棘手。若將電子守恒規(guī)律應(yīng)用解決該類問題，就可以大大簡化計(jì)算過程，收到事半功倍的效果。下面就筆者在教學(xué)過程中如何進(jìn)行電子守恒法構(gòu)建與應(yīng)用談?wù)勼w會。

一、電子守恒法的構(gòu)建

我們觀察下列兩個(gè)實(shí)例：

分析以上兩個(gè)實(shí)例可以得到以下結(jié)論：

1.氧化劑得到電子的物質(zhì)的量，等于完全被還原的原子的物質(zhì)的量乘以一個(gè)原子化合價(jià)的降低量。編輯公式為：n（e■）得到=n（完全被還原的原子）×一個(gè)原子化合價(jià)的降低量。

2.還原劑失去電子的物質(zhì)的量，等于完全被氧化的原子的物質(zhì)的量乘以一個(gè)原子化合價(jià)的升高量。編輯公式為：n（e■）失去=n（完全被氧化的原子）×一個(gè)原子化合價(jià)的升高量。

3.被還原的原子得到的電子的物質(zhì)的量等于被氧化的原子失去的電子的物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量。編輯公式為：n（e■）得到=n（e■）失去=n（e■）轉(zhuǎn)移。

注意事項(xiàng)：公式中強(qiáng)調(diào)完全被還原的原子是指氧化劑與還原產(chǎn)物對比時(shí)，化合價(jià)降低的原子；完全被氧化的原子是指還原劑與氧化產(chǎn)物對比時(shí)，化合價(jià)升高的原子。

二、電子守恒法在解題中的應(yīng)用

1.在計(jì)算電子轉(zhuǎn)移類題中的應(yīng)用

例1.2.3g金屬鈉在一定的條件下與氧氣反應(yīng)生成了Na■O■和Na■O的混合物，該過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為多少？

解析：鈉原子失去電子的物質(zhì)的量=氧原子被還原得到電子的物質(zhì)的量=轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量則有：n（e■）失去=n（e■）轉(zhuǎn)移=2.3g÷23g.mol-1×（1-0）=0.1mol。

若用常規(guī)解法，就應(yīng)設(shè)與氧氣反應(yīng)Na■O■和Na■O的鈉的物質(zhì)的量分別為xmol和ymol，再根據(jù)：4Na+O■=2Na■O和2Na+O■=2Na■O■表達(dá)出轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，常規(guī)法用算量大且易出錯(cuò)，用電子守恒法綜合考慮，可使計(jì)算大大簡化。

2.在判斷氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的化合價(jià)類題中的應(yīng)用

例2.硫代硫酸鈉可用作脫氯劑，已知25.0mL 0.1mol·L■的Na■S■O■溶液恰好把標(biāo)準(zhǔn)狀況下112mL Cl■完全轉(zhuǎn)化為Cl■時(shí)，S■O■■轉(zhuǎn)化成（ ）

A.S■ B.S C.SO■■ D.SO■■

解析：112mL（即0.005mol）Cl■完全轉(zhuǎn)化為Cl■時(shí)，氯原子得電子總量=0.005mol×2×（1-0），設(shè)S■O■■轉(zhuǎn)化成的產(chǎn)物中，硫的化合價(jià)是x，25.0mL×0.1mol·L■的Na■S■O■中硫原子失電子總量=0.025L×0.1mol·L■×2×（x-2），則根據(jù)電子守恒：0.025L×0.1mol·L■×2×（x-2）=0.005mol×2×（1-0），解得x=4，所以S■O■■轉(zhuǎn)化成SO■■。故選C。

3.在多種原子得失電子反應(yīng)類題中的應(yīng)用

例3.5.12g銅和一定量的濃HNO■反應(yīng)，當(dāng)銅反應(yīng)完全時(shí)，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體3.36升，若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中，需要通入多少升標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？

解析：HNO■得到電子變?yōu)榈难趸?，氮的氧化物又失去電子變?yōu)镠NO■。這個(gè)過程中間真正得到電子的物質(zhì)是氧氣。整個(gè)過程中失去電子電子的物質(zhì)為銅。銅原子失去的電子的物質(zhì)的量=氧氣中氧原子得到電子的物質(zhì)的量。則有：n（Cu）×2=n（O■）×4；則n（O■）=5.12g÷64g.mol-1×2÷4=0.04mol；V（O■）=0.04mol×22.4L.mol■。

4.在“活潑金屬與酸或水反應(yīng)生成H■”類題中的應(yīng)用

很多學(xué)生認(rèn)為解這類題比較難，我認(rèn)為根本原因是沒有弄清這類反應(yīng)的實(shí)質(zhì)：活潑金屬失去電子，+1價(jià)的氫原子得到電子，而金屬失去電子的物質(zhì)的量等于生成H■所得到的電子的物質(zhì)的量，即n（金屬）×一個(gè)原子化合價(jià)的升高量=n（H■）×2。

例4.把5.1g鎂鋁合金的粉末放入過量的鹽酸中，得到5.6LH■（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。試計(jì)算：該合金中鎂和鋁的物質(zhì)的量各為多少mol？

解析：分別設(shè)鎂和鋁為xmol和ymol.由質(zhì)量總和為5.1g，列式為24g.mol■×xmol+27g.mol■=5.1g.鎂和鋁失去電子的總和=2xmol+ymol；生成H■時(shí)得到的電子的物質(zhì)的量=5.6L/22.4L.mol■×2=0.25mol；將以上二式聯(lián)立解得x=0.1mo；y=0.mo1。

5.在原電池（或電解池）中的氧化還原反應(yīng)類題中應(yīng)用

原電池（或電解池）實(shí)際也發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因此，在同一時(shí)間內(nèi)，正極（或陰極）上微粒得電子數(shù)目等于負(fù)極（或陽極）上失電子數(shù)目。

例5.實(shí)驗(yàn)室用鉛蓄電池做電源電解飽和食鹽水制取氯氣，已知鉛蓄電池放電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：

負(fù)極Pb+SO■■=PbSO■+2H■O

正極PbO■+4H■+SO■■+2e=PbSO■+2H■O

分別制得C1■0.050mol，這時(shí)電池內(nèi)消耗的H■SO■的物質(zhì)的量至少是（ ）

A.0.025mol B.0.050mol C.0.10mol D.0.20mol

解析：在電解池中，由陽極上的電極反應(yīng)：2CI■-2e=CI■，得知要制0.050moICI■，在電解池中得失電子為0.10mol。由于電解池與原電池中得失電子數(shù)相等，因此，原電池中得失電子數(shù)也為0.10mol。抓住電池內(nèi)H■SO■的消耗實(shí)質(zhì)上是H■的消耗這一關(guān)鍵，用正極反應(yīng)式得關(guān)系式：2e～4H■～2H■SO■，故轉(zhuǎn)移0.10mol電子，要消耗0.10molH■SO■。故選C。

例6.用惰性電極電解M（NO■）×的水溶液，當(dāng)陰極上增重ag時(shí)，在陽極上同時(shí)產(chǎn)生bL氧氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況），從而可知M的原子量為（ ）

A.■ B.■ C.■ D.■

解析：在電解池中，陽極上的電極反應(yīng)為：4OH■-4e=O■↑+2H■O，陰極上的電極反應(yīng)為：M■+xe=M，由陰陽兩極得失電子數(shù)相等得關(guān)系式：xO■～4M，因此，M的原子量：■=■，故選C。