浅谈氧化还原反应中电子守恒的应用
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【摘 要】氧化还原反应是中学化学中的核心理论知识，对于学习元素及其化合物知识有直接的指导作用。本文举例分析了氧化还原反应的电子守恒规律及应用。
【关键词】氧化还原反应电子守恒 规律 应用
氧化还原反应知识历来就是高中化学的重点和难点，也一直是高考的热点。如高考题目中长盛不衰的配平化学方程式（或离子方程式），原电池中书写电极方程式等等。氧化还原反应是中学化学中的核心理论知识，贯穿于中学化学的始终，对学习元素及其化合物知识有直接的指导意义，在化学知识结构中具有举足轻重的地位。学习和掌握氧化还原反应的概念和理论，熟悉氧化还原规律及应用，对于加深氧化还原反应的理解有着重要的意义。而且常常使繁琐计算变得简洁直观。现就笔者教学经验选取几例来加以说明。
例1：将10g铁粉置于40mlHNO3溶液中，微热，反应过程随着HNO3浓度的降低生成气体的颜色由红棕色变为无色。充分反应后，共收集1792ml（标准状况下）NO、NO2的混合气体，溶液中还残留4.4g固体。
(1)求该反应中被还原和未被还原的HNO3的物质的量之比。
(2)求原HNO3溶液物质的量浓度。
(3)求NO、NO2体积比。
【解析】(1)显然铁粉过量，应该生成亚铁盐即Fe(NO3)2，由化合价可知这部分N元素是化合价未改变的即是未被还原的，而生成气体中的氮原子则是被还原的。由氮原子守恒可知：
2×(10-4.4)/56：1.792/22.4=5:2
(2)由N原子守恒可知，硝酸中的N原子等于硝酸亚铁中N原子和气体中的氮原子的物质的量之和。所以有n(HNO3)=n(N)=2n[Fe(NO3)2]+n(气)= 2×(10-4.4)/56+1.792/22.4=0.28mol
C=0.28/0.04=7mol/L
(3)若只生成NO应当转移0.08×3=0.24mol电子；若只生成0.08molNO2则转移0.08mol电子，由0.1molFe生成0.1mol亚铁离子转移0.2mol电子，结合十字交叉法：
以上求解省略了分别生成NO2和NO讨论情况，方法亦很新颖。说明有关硝酸和金属的氧化还原的计算往往是利用N原子守恒或电子守恒求解显得干净利落。
例2：已知反应:,
和。往500毫升溶液中缓缓通入标况下的氯气6.72升,充分反应后溶液中有一半被氧化成。求原来溶液中的浓度为多少摩/升?
【解析】根据氧化还原反应强弱和难易规律可知：Fe2+>Br->Cl-。1molFe2+变成1molFe3+失去1mol电子，而1molBr-离子变成1/2molBr2失去1mol电子，而1molCl2变成2molCl-离子，得到2mol电子。设FeBr2为xmol，根据得失电子守恒有：x×1+2x×=
解得：x=0.3mol，则FeBr2溶液物质的量浓度为c =0.3/0.5=0.6mol/L
此例变形有；（09年全国高考题）
含有amol FeBr2的溶液中，通入x mol Cl2。下列各项为通Cl2过程中，溶液内发生反应的离子方程式，其中不正确的是
A．x＝0.4a，2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl-
B．x＝0.6a，2Br－+Cl2＝Br2+2Cl－
C．x=a，2Fe2＋+2Br－+2Cl2＝Br2+2Fe3＋+4Cl－
D．x=1.5a，2Fe2＋+4Br－+3Cl2＝2Br2+2Fe3＋+6Cl－
可采用极值法：若Cl2只氧化亚铁离子，只需0.5amol。[2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl-]
若先氧化亚铁离子，再将溴离子完全氧化，则需Cl21.5amol。A选项中x<0.5a显然只氧化亚铁离子，正确；B选项应将所有亚铁离子氧化后，再氧化一部分溴离子，由电子守恒可知[5Fe2＋+Br－+3Cl2＝1/2Br2+5Fe3＋+6Cl－，或10Fe2＋+2Br－+6Cl2＝Br2+10Fe3＋+12Cl－]。明显B错误。C选项amol氯气可提供2amol电子，而amol亚铁离子仅需amol电子，所以还能氧化amol溴离子，故C正确。而D选项见分析过程。
所以选择B选项
例3：已知在1000℃的高温下可分解成和，现取分解后的气体5升，完全燃烧时需要相同状况下的氧气14升，则在高温下分解时的分解率为多少?
【解析】分析方程式C2H6→C2H4+H2注意系数规律
1mol1mol1mol
设有xLC2H6,yL C2H4和yLH2
1molC2H6变成2molCO2，C元素化合价由-3变成+4价，失去14mol电子。
1mol C2H4变成2molCO2，C元素化合价由-2变成+4价，失去12mol电子。
1molH2变成1molH2O，氢气失去1mol电子。
1molO2得到4mol电子。
依题有x+y+y=5
根据得失电子守恒有：14x +12y+2y=14×4
解得x=3 y=1 于是乙烷分解率ω=y/(x+y)×100%=1/4×100%=25%
例4：有xmlNO、ymlNO2和zml O2混合通入到足量的水中，充分反应后，恰好全部被吸收，则x、y、z满足的关系式为（ ）
【解析】一般解法是利用4NO2＋O2+2H2O=4HNO3和4NO＋3O2+2H2O=4HNO3两个方程式中O2的关系来求解。此题可利用两方程式均是N元素化合价升高，O2中氧元素化合价降低，转移电子守恒求之。NO2中N元素升高1价，失1mol电子，而xml可以当作xmol来应用失去xmol×1e-；同理ymlNO中N元素升高3价，失去3mol电子，即ymol×3e-，而1molO2参加反应转移4mol电子，有zmol×4e-。得失电子守恒于是有x＋3y=4z。简洁明了，省略了方程式的配平和列方程组求解的俗套。
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