氧化還原反應(yīng)考點(diǎn)分析

■浙江省杭州第二中學(xué) 曾應(yīng)超

陌生氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)作為一種重要的創(chuàng)新題型,在近幾年的高考中出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高。由于書(shū)寫(xiě)時(shí)需要對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,因此,難度較大。

一、典例再現(xiàn)

例題一定條件下,金屬鈉可以與氧化鐵發(fā)生反應(yīng),寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:___。

答案：6Na+Fe2O3══3Na2O+2Fe

二、追根溯源

氧化還原反應(yīng)的核心知識(shí)點(diǎn)即兩條主線:其一,氧化劑得電子,化合價(jià)降低,發(fā)生還原反應(yīng),被還原,生成還原產(chǎn)物;其二,還原劑失電子,化合價(jià)升高,發(fā)生氧化反應(yīng),被氧化,生成氧化產(chǎn)物。具體可表示如下:

若要真正寫(xiě)好氧化還原反應(yīng)方程式,對(duì)兩對(duì)物質(zhì)的書(shū)寫(xiě)顯得尤為重要。若能對(duì)兩對(duì)物質(zhì)加以正確判斷,問(wèn)題便能迎刃而解。因此,在平時(shí)的學(xué)習(xí)中,對(duì)于常見(jiàn)氧化劑或還原劑對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物能夠做到熟練掌握,是正確書(shū)寫(xiě)兩對(duì)物質(zhì)的必要基礎(chǔ)。部分試劑及產(chǎn)物歸納如表1所示。

表1

三、解法探究

根據(jù)氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律,在書(shū)寫(xiě)時(shí),可采用“四步法”進(jìn)行處理,具體方法如下。

1.寫(xiě)出兩對(duì)物質(zhì)。

根據(jù)氧化還原反應(yīng)的基本概念,準(zhǔn)確推導(dǎo)出氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物,從而寫(xiě)出氧化劑、氧化產(chǎn)物、還原劑以及還原產(chǎn)物。如果反應(yīng)為電極方程式,則只需寫(xiě)出其中一對(duì)即可。推導(dǎo)時(shí),充分利用氧化劑或還原劑的強(qiáng)弱以及元素金屬性非金屬性的強(qiáng)弱關(guān)系,重點(diǎn)把握兩點(diǎn):其一,哪種物質(zhì)中的哪種元素化合價(jià)升高(或降低)。如“例題”中單質(zhì)Na化合價(jià)只能升高,只能是還原劑,因此Fe2O3中必有元素化合價(jià)降低,不難發(fā)現(xiàn)只能是鐵元素化合價(jià)降低。其二,升高(或降低)到何種程度?！袄}”中鈉元素的問(wèn)題不大,而鐵元素則可能降為+2或0價(jià),由于單質(zhì)Na具有很強(qiáng)的還原性,因此,將氧化劑還原的程度理應(yīng)較大,故而鐵元素降為0價(jià)更為合理,所以氧化產(chǎn)物為Na2O,還原產(chǎn)物為Fe。可寫(xiě)出四種物質(zhì)

此外,還必須注意根據(jù)反應(yīng)的氛圍或環(huán)境,正確判斷部分產(chǎn)物的合理性。如“例題”中可能出現(xiàn)將Na2O寫(xiě)成Na2O2的情況,那么Na2O寫(xiě)成Na2O2是否合理呢?如果能夠熟悉氧化還原反應(yīng)的“強(qiáng)制弱規(guī)律”,便不難判斷。由于Fe2O3的氧化性弱于Na2O2,因而產(chǎn)物并不合理,同時(shí),在強(qiáng)還原性的氛圍中生成強(qiáng)氧化性的Na2O2也不合理。

【變式練習(xí)1】金屬鈉能在二氧化碳?xì)怏w中燃燒,對(duì)于燃燒過(guò)程中生成的產(chǎn)物,有同學(xué)經(jīng)過(guò)推理得出如下幾種可能,你認(rèn)為不合理的是( )。

A.氧化鈉、單質(zhì)碳

B.碳酸鈉、單質(zhì)碳

C.碳酸鈉、一氧化碳

D.過(guò)氧化鈉、單質(zhì)碳

答案：D

解析：由于金屬鈉參加反應(yīng),只能發(fā)生化合價(jià)升高為+1價(jià)的過(guò)程,因此二氧化碳中必有元素化合物降低,只能由碳元素完成。由于金屬鈉還原性較強(qiáng),因此可將其還原到單質(zhì)碳,產(chǎn)物為氧化鈉和單質(zhì)碳。此外由于二氧化碳可與氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉,或與單質(zhì)碳反應(yīng)生成一氧化碳,故而A、B、C三項(xiàng)均合理。在D項(xiàng)中,過(guò)氧化鈉的生成需氧元素化合價(jià)升高,同時(shí)過(guò)氧化鈉為強(qiáng)氧化劑,如“例題”中分析所示在強(qiáng)還原劑氛圍下,此過(guò)程的發(fā)生并不合理。

2.根據(jù)化合價(jià)升降守恒配平兩對(duì)物質(zhì)。

選擇合適的配平基準(zhǔn)物(首先配平的物質(zhì)),根據(jù)化合價(jià)升高總值等于化合價(jià)降低總值加以配平。如果反應(yīng)為電極方程式,則只需根據(jù)化合價(jià)變化總值配平電子即可。選擇基準(zhǔn)物時(shí),必須選擇核心元素化合價(jià)完全發(fā)生變化的物質(zhì),即完全起氧化作用、還原作用或者完全是氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物的物質(zhì)。如果反應(yīng)物或產(chǎn)物均滿(mǎn)足條件,則選擇所含核心原子數(shù)最多的物質(zhì)作為基準(zhǔn)物,若兩物質(zhì)所含原子數(shù)相同則可同時(shí)選為基準(zhǔn)物同時(shí)配平。然后,根據(jù)已配平基準(zhǔn)物將其他核心元素化合價(jià)完全發(fā)生變化的物質(zhì)加以配平?！袄}”中配平時(shí)對(duì)基準(zhǔn)物選擇的分析過(guò)程如表2所示。

表2

根據(jù)表2分析結(jié)果,選擇Fe2O3和Na2O為配平基準(zhǔn)物,并進(jìn)一步完成四種物質(zhì)的配平結(jié)果如下所示。

【變式練習(xí)2】寫(xiě)出Cu2O與稀硝酸反應(yīng)的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物,并選擇合適的基準(zhǔn)物配平兩對(duì)物質(zhì)。

答案：3Cu2O+14HNO3══6Cu(NO3)2+2NO+7H2O

解析：由于稀HNO3具有強(qiáng)氧化性,故而可將Cu2O氧化,根據(jù)Cu2O中元素化合價(jià)升高的可能性分析,只能+1價(jià)的Cu升高為+2價(jià),稀硝酸的常規(guī)還原產(chǎn)物為NO。對(duì)配平基準(zhǔn)物的選擇分析過(guò)程如表3所示。

表3

根據(jù)表3分析過(guò)程可得,基準(zhǔn)物為Cu2O和NO,兩對(duì)物質(zhì)配平過(guò)程如下所示,其中,由于HNO3核心元素化合價(jià)并未完全發(fā)生變化,不在配平物質(zhì)要求之內(nèi)。

3.根據(jù)元素守恒或電荷守恒添加H2O之外的物質(zhì)。

如果反應(yīng)式為化學(xué)方程式,可根據(jù)氫和氧之外的元素的守恒,添加必要物質(zhì)。如果反應(yīng)式為離子方程式,則需要配平電荷,一般根據(jù)溶液的酸堿性選擇H+或OH-進(jìn)行配平,若溶液顯酸性則使用H+,否則使用OH-。判斷溶液酸堿性可根據(jù)反應(yīng)前的環(huán)境進(jìn)行,也可根據(jù)產(chǎn)物進(jìn)行。如果反應(yīng)為電極方程式,還需關(guān)注電解質(zhì)中導(dǎo)電的離子進(jìn)行選擇?！袄}”中根據(jù)元素守恒無(wú)需添加其他物質(zhì),故而最后配平結(jié)果為6Na+Fe2O3══3Na2O+2Fe。“變式練習(xí)2”中根據(jù)元素守恒需補(bǔ)充HNO3,此步配平結(jié)果為

4.根據(jù)氫或氧元素守恒配平H2O。

由于反應(yīng)中H2O是否作為反應(yīng)物或生成物不一定被提及,因此,最后必須通過(guò)氫或氧元素的守恒,判斷出反應(yīng)式中是否需要配上H2O,“例題”中已無(wú)需要,“變式練習(xí)2”中根據(jù)氫或氧元素守恒配平H2O后,最終所得方程式為3Cu2O+14HNO3══6Cu(NO3)2+2NO+7H2O。

答案：

解析：由于中碳元素化合價(jià)由+3價(jià)升高到CO2中的+4價(jià),因此中必有元素化合價(jià)降低,只能由錳元素完成,根據(jù)前述一般還原為Mn2+。對(duì)配平基準(zhǔn)物的選擇分析過(guò)程如表4所示。

表4

根據(jù)表4分析過(guò)程可得,基準(zhǔn)物為MnO-4、Mn2+和,兩對(duì)物質(zhì)配平過(guò)程如下。

由于反應(yīng)為離子方程式,需配平電荷,根據(jù)產(chǎn)物CO2可推斷為酸性條件,否則產(chǎn)物應(yīng)該為因此,配平離子為H+,此步配平結(jié)果為+10CO2↑,最后根據(jù)氫或氧元素守恒配平H2O,最終所得離子方程式為

四、跟蹤練習(xí)

1.用NaHSO3可將廢液中的還原成Cr3+,反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___。

2.以石墨為電極,電解Pb(NO3)2與Cu(NO3)2的混合溶液可制取PbO2,陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___。

參考答案

提示：由于還原成了Cr3+,NaHSO3中必有元素化合價(jià)升高,只能為具有強(qiáng)還原性的+4價(jià)硫升高到+6價(jià)。故兩對(duì)物質(zhì)為根據(jù)化合價(jià)升降守恒配平為;由于NaHSO3溶液顯酸性,或者根據(jù)產(chǎn)物Cr3+不能在堿性溶液中生成,配平離子為H+,電荷守恒配平為最后根據(jù)氫或氧元素守恒配平H2O即可得出最終結(jié)果。

2.Pb2+-2e-+2H2O══PbO2+4H+。

提示：電極反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)的半反應(yīng),需將上述方法中第一步的兩對(duì)物質(zhì)改為一對(duì),且第二步化合價(jià)升降守恒配平基準(zhǔn)物改為配平電子。本題中所需書(shū)寫(xiě)的陽(yáng)極反應(yīng)為氧化反應(yīng),化合價(jià)升高,只需找出化合價(jià)升高的一對(duì)物質(zhì)即可。由于題中要求制備PbO2且原料Pb(NO3)2中鉛元素為+2價(jià),需升高到+4價(jià)才能實(shí)現(xiàn)PbO2的生成,故而可得Pb2+→PbO2;根據(jù)化合價(jià)升高總量配平電子得Pb2+-2e-→PbO2;由于溶液為酸性,配平離子為H+,根據(jù)電荷守恒配平得Pb2+-2e-→PbO2+4H+;最后根據(jù)氫或氧元素守恒配平H2O即可得出最終結(jié)果。