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电子守恒在氧化还原反应计算中的应用

来源:用户上传      作者: 尤网平

  摘 要: 电子守恒在众多守恒中是一个重点,也是一个难点,更是每年必考的考点,本文主要介绍了电子守恒在氧化还原反应计算中的一些应用。
  关键词: 电子守恒 氧化还原反应 计算 应用
  
  电子守恒作为氧化还原反应中的重要规律,其应用贯穿于整个高中教学,是一个重点,也是一个难点,更是每年高考的必考的考点,而且难度偏大。虽然学生知道电子守恒的存在,但很难熟练运用。为了便于学生理解并且熟悉常见的题型,提高分析问题、解决问题的能力,现将有关题型归纳如下。
  一、应用于化合价的计算
  例:24mL浓度为0.05mol・L的NaSO溶液,恰好与20mL浓度为0.02mol・L的KCrO溶液完全反应,则Cr元素在还原产物中的化合价为(?摇 ?摇)。
  A.+6?摇?摇B.+3?摇?摇C.+2?摇?摇D.0
  解析:NaSO和KCrO的反应同学们不会写,所以这类题目用化学方程式解不太好解,但用电子守恒来解就很简单。题目中提到“Cr元素在还原产物中的化合价”,所以Cr元素是被还原的,得电子,化合价降低,假设Cr元素在还原产物中的化合价为x,则Cr元素得到的电子数目为[(+6)-x)]×2×0.02×20×10。由于KCrO为氧化剂,则NaSO为还原剂,S元素失去电子,化合价升高,S元素化合价由+4价升高,只能变为+6价,故S元素失去的电子数目为[(+6)-(+4)]×0.05×24×10。
  根据电子守恒得:
  二、应用于化学(或离子)方程式配平
  例在xR+yH+O=mR+nHO的离子反应中,化学计量数x=?摇 ?摇?摇?摇。
  解析:这道题若用质量守恒和电荷守恒也可以求解,但用电子守恒更方便,氧化剂O得到的电子总数为2×[0-(-2)],还原剂R失去的电子总数为x×[(+3)-(+2)],由电子守恒得:2×[0-(-2)]=x×[(+3)-(+2)],x=4。
  三、应用于多元素参与的氧化还原反应计算
  例将m molCuS和足量稀HNO反应,生成Cu(NO)、HSO、NO和HO。则参加反应的硝酸中被还原的硝酸的物质的量是(?摇 ?摇)。
  A.4mmol?摇?摇B.10mmol?摇?摇C.mol?摇?摇D.mol
  解析:此题有两个难点:一个是化合价变化的元素种类多,有三种;第二个是参加反应的HNO的物质的量不等于被还原的HNO的物质的量,有一部分HNO体现酸性生成了Cu(NO),有一部分HNO体现氧化性生成了NO,由化学方程式计算得到的是总HNO的量。用电子守恒来计算就简单些,m molCuS失去的电子数为:[(+2)-(+1)]×2×m mol+[(+6)-(-2)]×m mol=10m mol,而每个HNO分子被还原成NO要得到3个电子,故被还原的HNO为mol,选C。
  四、应用于多步氧化还原反应的计算
  例3.84g铜和一定质量的浓硝酸反应,当铜反应完时,共收集到标准状况时的气体2.24L,若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中,需通入多少升标况下的氧气才能使集气瓶充满溶液
  解析:这道题需要注意两点:一是浓硝酸为“一定量”而不是“足量”,因此不一定都是铜跟浓硝酸的反应,在反应后期也可能是铜跟稀硝酸的反应。不管是铜和那种硝酸反应,都是铜失去电子给硝酸,使得硝酸被还原成NO或NO和NO的混合物,根据电子守恒,铜失去的电子数应等于硝酸被还原成NO或NO和NO的混合物得到的电子数。二是生成的NO或NO和NO的混合物与氧气、水反应又变成了硝酸,NO或NO和NO的混合物被氧化成硝酸所失去的电子数应等于氧气所得到的电子数,在这个过程中一开始是硝酸被还原成NO或NO和NO的混合物,后来NO或NO和NO的混合物又被氧化成硝酸,且物质的量没有发生变化,由此可见铜失去的电子数应等于氧气所得到的电子数。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、电子守恒法在电解类型中的应用
  例将两个惰性电极插入到500mLAgNO溶液中,通电电解,当电解质溶液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有H逸出,且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略),则电极上析出银的质量的是(?摇?摇 )。
  A.27mg?摇?摇B.54mg?摇?摇C.108mg?摇?摇D.216mg
  解析:题中pH=6可看成Ag的水解使溶液呈弱酸性,通电之后水分子在阳极失去电子,生成氧气和氢离子,当pH变为3时,n(H)=1×10mol/L×0.5L=5×10mol,电解过程中产生的氢离子的物质的量为:5×10mol-5×10mol≈5×10mol,根据阳极的电极反应(2HO-4e=O+4H)可知水分子在阳极上失去的电子的物质的量为:5×10mol。根据阴阳极上得失电子数相等,银离子在阴极上得到的电子数也为5×10mol,根据阴极的电极反应(4Ag+4e=4Ag)可知析出的银的物质的量也为5×10mol,所以析出银的质量为m(Ag)=5×10mol×108g・mol=5.4×10g=54mg,故本题应选B。
  在解化学计算题时,不要急于去写化学方程式,通过化学方程式来解决问题,尤其是多步氧化还原反应,注意应用电子守恒规律,往往能化繁为简,收到事半功倍的效果,提高解题的速度和准确度。
  
  参考文献:
  [1]新课程标准.
  [2]普通高中课程标准实验教科书.化学1(必修),2007.3,(第3版).
  [3]胡其翠.化学学科电子守恒思想在解题中的运用.教育界,2009,(21).
  [4]周国贺.电子守恒法在化学解题中的应用.中学理科(上旬),1996,(11).
  [5]徐文华.电子守恒――电解型计算题的灵魂.试题与研究,2008,(23).


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