1、01氧化还原反应离子反应2005级化学竞赛辅导讲义专题一 氧化还原反应、离子反应【基础知识】一、氧化还原反应概念的发展我们对氧化还原反应的认识有一个循序渐进的过程，经历了由感性到理性、由现象到本质的认识过程。1从表象上认识得氧、失氧初中化学认为：得到氧的反应是氧化反应，失去氧的反应是还原反应。但是，CuO2HCu2H2O这样的反应中也有得氧、失氧，但它不是氧化还原反应。2从本质上认识得失电子或共用电子对偏移氧化还原反应的本质是发生了电子的得失或共用电子对的偏移，体现为元素化合价的升降，有的反应体现为得氧和失氧。3电子的得失或转移会形成电流原电池的最基本工作原理若将氧化还原反应分在两个电极进行，
2、一个电极失去电子、另一个电极得到电子。此时若用导线将两极连接起来，导线中就会有电流通过。利用类似原理，还可以在外加电流的作用下使电解质分别在阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应。原电池和电解池是电化学的两个重要内容。4判断有机反应是氧化反应还是还原反应简易方法得氧失氧法或得氢失氢法氧化反应和还原反应是同时进行的，一个化学反应中有元素化合价升高（失去电子），则必有元素化合价的降低（得到电子），而且化合价升高的总数（失去电子的总数）和化合价降低的总数（得到电子的总数）相等。在有机反应中，往往只分析有机物是被氧化还是被还原了。例如，甲烷的燃烧反应：CH42O2CO22H2O，就是一个氧化还原反应，但我
3、们通常说这是甲烷的氧化反应。有这样一系列的变化： 其中，乙醇转化为乙醛是失氢氧化，乙醛转化为乙酸是得氧氧化，乙醛转化为乙醇是加氢还原。有机反应中一般也只认为得氧和失氢是氧化反应、失氧或得氢是还原反应，其他反应即使有化合价的变化也不认为是氧化反应或还原反应，而是将之归到其它反应类型中去。例如，CH2CH2Br2BrCH2CH2Br，溴元素的化合价降低、被还原，乙稀必然被氧化，但我们通常不说这是乙烯的氧化反应，而是说这是乙烯的加成反应。二、氧化还原反应的相关概念1氧化反应和还原反应失去电子（或共用电子对偏离）的反应是氧化反应，得到电子（或共用电子对偏向）的反应是还原反应。2氧化产物和还原产物通过氧
4、化反应得到的产物是氧化产物，通过还原反应得到的产物是还原产物。3氧化剂和还原剂发生还原反应的反应物是氧化剂，发生氧化反应的反应物是还原剂。以上三组概念可用如下两句话概括：氧化剂在氧化还原反应中，化合价降低，得到电子，被还原，发生还原反应，得到还原产物；还原剂在氧化还原反应中，化合价升高，失去电子，被氧化，发生氧化反应，得到氧化产物。或用十个字概括：升失氧、降得还，两剂相反。4氧化性和还原性氧化性是指物质得到的能力，还原性是指物质失去的能力。三、常见的氧化剂、还原剂分 类实 例1常见的氧化剂活泼的非金属单质卤素单质、O2、S等某些阳离子H+、Ag+、Fe3+、Cu2+等含较高价态元素的物质氧化物
5、：MnO2、NO2；过氧化物：H2O2、Na2O2等；酸：浓硫酸、硝酸、次氯酸；盐：KMnO4、KClO3、FeCl3等2常见的还原剂活泼金属单质Na、Mg、Al、Zn等非金属单质H2、C、P等含较低价态元素的物质氧化物：CO、SO2；酸：HCl、H2S；盐：Na2S，FeCl2等四、物质氧化性、还原性强弱的比较1根据金属活动性和非金属活动性金属活动性（即金属单质的还原性）由强到弱的顺序是：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au对应离子的氧化性由弱到强的顺序是（部分）：Na Mg2 Al3 Zn2 Fe2 H Cu2 Ag非金属活动性（即非金属
6、单质的氧化性）由强到弱的顺序是：F2 O2 Cl2 Br2 I2 S对应离子的还原性由弱到强的顺序是（部分）：F O2 Cl Br I S22根据元素周期律一般来说，元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强、对应阴离子的还原性越弱；元素的金属性越强，其单质的还原性越强、对应阳离子的氧化性越弱。在元素周期表中，同周期元素随着核电荷数的增大，非金属性依次增强、金属性依次减弱；同主族元素随着核电荷数的增大，非金属性依次减弱、金属性依次增强。3根据氧化还原反应方程式氧化还原反应可以看作是对电子的争夺，因此氧化剂的氧化性强于氧化产物，还原剂的还原性强于还原产物。4设计成原电池装置，较活泼的金属作负极5根据
7、反应条件一般来讲反应条件越高，反应就越不容易发生，物质的氧化性或还原性就越弱。五、氧化还原反应方程式的配平一个化学反应中有元素化合价升高（失去电子），则必有元素化合价的降低（得到电子），而且化合价升高的总数（失去电子的总数）和化合价降低的总数（得到电子的总数）相等，这个原理叫做“电子守恒原理”。电子守恒原理在化学计算中有着广泛应用，氧化还原反应方程式的配平就是一例。例题 配平铜跟稀硝酸反应的化学方程式。1先写出反应物与生成物的化学式，并列出发生氧化和还原的元素的正负化合价。 0 +5 +2 +2Cu HNO3 Cu(NO3)2 NO H2O2列出元素化合价的变化。化合价升高2Cu HNO3 C
8、u(NO3)2 NO H2O化合价降低33取化合价升、降数值的最小公倍数，使化合价升、降的总数相等。化合价升高23Cu HNO3 Cu(NO3)2 NO H2O化合价降低324用观察的方法配平其他物质的化学计量数，步骤如下：3 Cu HNO3 3 Cu(NO3)2 2 NO H2O3 Cu 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 2 NO 4 H2O最后将短线改为等号。六、离子反应发生的条件1离子反应的概念在水溶液中进行的、有离子参加或生成的反应叫做离子反应。2离子反应发生的条件离子反应要向着至少有一种离子浓度减少的方向进行，具体的说，满足以下四个条件之一，离子反应就可以发生：不发生氧化还原的离子
9、反应条 件类 型实 例有难溶物生成生成不溶于水的物质CaCO3、FeS、Mg(OH)2、H2SiO3生成不溶于酸的物质AgCl、AgBr、AgI、BaSO4、CuS、PbS生成溶解度相对较小的物质Ca(OH)2CO2CaCO3H2OMgCO3H2OMg(OH)2CO2AgClIAgIClNaCl(饱和)NH3CO2H2ONaHCO3NH4Cl有难电离物质生成生成弱酸或弱碱CH3COOH、HClO、NH3H2O生成难电离的离子HCO3、H2PO4、Ag(NH3)2、Cu(NH3)42生成其他难电离物质Fe(SCN)3、H2O有易挥发物质生成通常情况下在水中溶解度不大CO2、H2S溶液浓度较大或受
10、热时易挥发的HCl、NH3、HNO3发生氧化还原的离子反应溶液中常见的离子发生氧化还原反应的情况见下表（“”表示能发生反应，“”表示不能发生反应，括号内注“H+”表示酸性条件）：S2SO32IFe2+BrCl(H+)MnO4ClONO3(H+)Fe3+七、离子共存问题和离子方程式的书写1离子共存问题能够发生离子反应的离子在溶液中不能大量共存。有关离子共存的问题中常有附加条件，这些附加条件有时单独出现，有时一起出现。这些附加条件主要包括以下几个方面。溶液的颜色离子MnO4Fe3+Fe2+Cu2+水溶液颜色紫红色黄色浅绿色天蓝色溶液的酸碱性溶液的酸碱性可能的附加条件溶液呈酸性pH7、使石蕊变红、与
11、较活泼金属反应生成氢气溶液呈碱性pH7、使石蕊变蓝、使酚酞变红溶液既可能呈酸性也可能呈碱性加入铝粉有氢气放出、能溶解氢氧化铝和氧化铝2离子方程式的书写和离子方程式正误的判断用实际参加反应的离子的符号来表示离子反应的式子就是离子方程式。离子方程式的书写在此不再赘述，离子反应方程式书写错误的主要类型有：不符合客观事实；化学式的拆分不正确；反应物间量的关系不正确；配平错误（元素不守恒或电荷不守恒）。【巩固练习一】1ClO2是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过以下反应制得ClO2：2KClO3H2C2O4H2SO42ClO2K2SO42CO22H2O下列说法正确的是（ ）AKClO
12、3在反应中得到电子 BClO2是氧化产物CH2C2O4在反应中被氧化 D1molKClO3参加反应，有2mol电子转移2关于氧化还原反应，下列说法正确的是 （ ）A一种物质被氧化，必有另一种物质被还原B一种元素被氧化，必有另一种元素被还原C置换反应一定是氧化还原反应D有单质参加或生成的化学反应一定是氧化还原反应3浓硫酸、浓硝酸、氯化铁溶液都可以与硫化氢反应：H2S+2FeCl3=2FeCl2+S+2HCl H2S+3H2SO4(浓)=4SO2+4H2OH2S+8HNO3(浓)= H2SO4+8 NO2+4H2O三种氧化剂的氧化性由强到弱的顺序为（ ）AFeCl3、HNO3(浓)、H2SO4(浓
13、) BHNO3(浓)、H2SO4(浓)、FeCl3CH2SO4(浓)、HNO3(浓)、FeCl3 DHNO3(浓)、FeCl3、H2SO4(浓)4R、X、Y和Z是四种元素，其常见化合价均为2价，且X2与单质R不反应；X2ZXZ2；YZ2Y2Z。这四种离子被还原成0价时表现的氧化性大小符合（ ）AR2X2Z2Y2 BX2R2Y2Z2CY2Z2R2X2 DZ2X2R2Y25已知反应：KClO3+6HCl=KCl+3Cl2+3H2O，若用K35ClO3和H37Cl作用，下列说法正确的是 （ ）AKCl中只含35Cl BKCl中只含37ClCKCl中既含35Cl又含37Cl D被氧化和被还原的氯原子数
14、之比为6:16从海水中提取溴有如下反应：5NaBr+NaBrO3+3H2SO4=3Br2+3Na2SO4+3H2O。与该反应在氧化还原反应原理上最相似的是 （ ）A2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2 BAlCl3+3NaAlO2+6H2O=4Al(OH)3+3NaClC2H2S+ SO2=3S+2H2O DNa2S2O3+ H2SO4= Na2SO4+ S+SO2H2O7反应3S+6KOH2K2S+K2SO3+3H2O中，氧化剂和还原剂的质量之比为（ ）A. 2:1 B.1:2 C.3:1 D.1:3根据下列叙述回答8、9两题已知I、Fe2+、SO2、Cl和H2O2均具有还原性，它们在酸性
15、溶液中还原性的强弱顺序为ClFe2+H2O2ISO2。8下列反应不能发生的是 （ ）A2Fe3+SO2+2H2O=2Fe2+SO42+4H+ BI2+SO2+2H2O=H2SO4+2HICH2O2+H2SO4=SO2+O2+2H2O D2Fe3+2 I=2Fe2+ I29若某溶液中有Fe2+、I、Cl共存，要除去I而不影响Fe2+和Cl，可加入的试剂是 （ ）ACl2 BKMnO4 CFeCl3 DHCl10在稀硫酸酸化的H2O2溶液中，加入乙醚后液体分层，再加入少量K2Cr2O7溶液 并振荡，在乙醚层中出现深蓝色，这是因为反应生成的CrO5溶于乙醚所致。CrO5的结构如右，上述反应的离子方程
16、式为：Cr2O72+4H2O2+2H+=2CrO5+5H2O。对以上实验事实分析中正确的是 （ ）ACr2O72被氧化为CrO5 B化合物CrO5中Cr为+10价C该反应不属于氧化还原反应 D该反应中转移电子数为8e11从矿物学资料查得，一定条件下自然界存在如下反应：14CuSO45FeS212H2O7Cu2S5FeSO412H2SO4下列说法正确的是（ ）ACu2S既是氧化产物又是还原产物B5molFeS2发生反应，有10mol电子转移C产物中的SO42离子有一部分是氧化产物DFeS2只作还原剂12 X、Y、Z、W、Q均为含氯的化合物，我们不了解它们的化学式，但知道它们在一定条件下有如下转换
17、关系（未写条件、未配平）：GQ+NaCl Q+H2OX+H2 Y+NaOHG+Q+H2O Z+NaOHQ+X+H2O这五种化合物中氯的化合价由低到高的顺序为 。13PbO2是很强的氧化剂，在酸性溶液中可将Mn2+离子氧化成MnO4。取一只试管，加入少量PbO2固体和2mL6 molL1H2SO4，然后滴入2mL1 molL1MnSO4溶液。试回答：搅拌后溶液的颜色变化是： ；反应的化学方程式是： ，硫酸的作用是： ；能否用盐酸代替硫酸？ （填“能”或“不能”）。若不能，则发生的反应的化学方程式为 （若能，此空不用回答）。14已知下列三个反应：2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl
18、2+5Cl2+8H2OMnO2+4HCl(浓) MnCl2+ Cl2+2H2O 2NaCl+H2SO4(浓) Na2SO4+2HCl判断高锰酸钾、二氧化锰、浓硫酸三者的氧化性由强到弱的顺序为 。15油画所用颜料中含有某种白色的铅化合物，置于空气中，天长日久就会生成黑色的PbS，从而使油画的色彩变暗。若用H2O2来小心清洗，可将PbS转变为白色的PbSO4而使油画“复原”。请填空：上述“清洗”反应的化学方程式为： ；若有0.1mol的PbS参与反应，则在此反应中发生转移的电子为 mol。16过氧化氢可作为采矿业废液的消毒剂，如用来消除采矿废液中的氰化物，反应式(已配 平)如下：KCN+H2O2+
19、H2O= A +NH3。请回答：生成物A的化学式是 ；该反应是否是氧化还原反应？(填“是”或“不是”) ；若是，则被还原的元素是 ，若不是，其理由是 。17向FeBr2溶液中通入Cl2，反应物的用量不同会导致产物不同。通过计算填写下表：FeBr2和Cl2的物质的量之比（x）产物的化学式x22x2/3x2/3【巩固练习二】1(NH4)2PtCl6晶体受热完全分解，生成氮气、氯化氢气体、氯化铵和金属铂。在此分解反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是 （ ）A12 B13 C23 D322已知在酸性溶液中，下列物质氧化KI时，自身发生如下变化：Fe3+Fe2+；MnO4Mn2+；Cl22Cl；H
20、NO3NO。如果分别用等物质的量的这些物质氧化足量的KI，得到I2最多的是 （ ）AFe3+ BMnO4 CCl2 DHNO33已知2.1gKOH和1.6g硫粉混合后加热，恰好完全反应：aKOH+bS=cK2Sx+dK2S2O3+eH2O，则x的值为 （ ）A1 B2 C3 D44在强酸性溶液中可发生如下反应：2Mn2+5R2O8x+8H2O16H+10RO42+2MnO4，这个反应可定性地检验Mn2+的存在。在反应中充当氧化剂的R2O8x中x的值为 （ ）A0 B1 C2 D35在反应S+C+KNO3K2S+CO2+N2（未配平）中，C部分被S氧化、部分被KNO3氧化。若有1mol KNO3
21、被还原，则被KNO3氧化的C的物质的量为（ ）A1.25mol B 1.5mol C2mol D3mol6将NO3+Zn+OH+H2ONH3+Zn(OH)42配平后，离子方程式中H2O的化学计量数是（ ）A2 B4 C6 D87有一种生产碘的工业方法是用亚硫酸氢钠还原碘酸盐，每还原出1 mol碘分子，理论上需用去的亚硫酸氢钠为（ ）A. 1mol B. 2mol C. 2.5mol D. 5mol8FeS2与硝酸反应的产物有Fe3+和H2SO4，若反应中FeS2和硝酸的物质的量之比是18，则硝酸的还原产物是 （ ）ANO2 BNO CN2O DN2O39含ngHNO3的稀硝酸溶液恰好与mg铁粉
22、完全反应，若HNO3只被还原为NO，则nm可能是：51；92；31；21；41 （ ）A B C D10羟胺(NH2OH)是一种还原剂,能将某些氧化剂还原,现用25.00mL0.049 mo lL1羟胺的酸性溶液跟足量硫酸铁(aq)煮沸时反应,生成的Fe2+恰好与24.50mL0.020molL1KMnO4酸性溶液完全作用（2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=5Fe2(SO4)3+K2SO4+2MnSO4+8H2O）。则上述反应中羟胺的氧化产物是（ ）A. N2 B. N2O C. NO D. NO211某工厂以碳棒为阳极电解Al2O3，已知每生产1mol铝的同时消耗1mol碳，并测得
23、生成的气体为CO和CO2的混合物。假设不考虑空气中氧气参加反应带来的影响，所得混合气体中CO和CO2的分子个数比为 （ ）A12 B21 C11 D1312配平下列化学反应方程式，若方程式未完成，请补充完整。 Cu+ HNO3(稀) Cu(NO3)2+ NO+ H2O Fe3O4+ HNO3 Fe(NO3)3+ NO+ H2O S+ Ca(OH)2 CaSx+ CaS2O3+ H2O Pt+ HNO3+ HCl H2PtCl6+ NO+ Fe3C+ HNO3 Fe(NO3)3+ CO2+ NO2+ H2O FeS2 O2 Fe2O3 SO2 KI+ KIO3+ H2S K2SO4+ I2+ H
24、2O S+ C+ KNO3 K2S+ CO2+ N2 Na2Sx+ NaClO+ NaOH Na2SO4+ NaCl+ H2O KO2+ CO2 K2CO3+ O213化学实验中，如使某步中的有害产物作为另一步的反应物，形成一个循环，就可不再向环境排放该种有害物质。例如：在上述有编号的步骤中，需用还原剂的是 ，需用氧化剂的是 （填编号）。在上述循环中，既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质是 （填化学式）完成并配平步骤的化学方程式，标出电子转移的方向和数目：Na2Cr2O7 KI HCl CrCl3 NaCl KCl I214已知：AgF+Cl2+H2OAgCl+AgClO3+HF+O2（未配
25、平）。若Cl2的化学计量数为a，则AgF的化学计量数为 ，判断依据是 ；若AgClO3的化学计量数为b，O2的化学计量数为c，则AgCl的化学计量数为 ，判断依据是 。15在反应3BrF3+5H2O=HBrO3+Br2+9HF+O2中：若有5mol水参加反应，则BrF3被还原的物质的量为 mol。若有5mol水参加反应，则BrF3被水还原的物质的量为 mol。若有5mol水发生氧化反应，则BrF3被还原的物质的量为 mol。若有5mol水发生氧化反应，则BrF3被水还原的物质的量为 mol。16 一定质量的铜和足量的浓硝酸反应，生成NO和NO2的混合气体8.96L，将此混合气体与标准状况下3.
26、36LO2混合后通入水中，恰好完全反应而无气体剩余。计算铜的质量。17取0.04 mol KMnO4固体加热一段时间后，收集到a mol单质气体，此时KMnO4的分解率为X，在反应后的残留固体中加入过量的浓盐酸并加热，充分反应后又收集到b mol单质气体，设锰元素全部以Mn2+存在于反应后的溶液中。a+b= （用含X的代数式表示）。当X= 时，（a+b）取最小值，且最小值为 。当a+b=0.09时，0.04 mol KMnO4加热后所得残留固体各是何物质？其物质的量分别是多少？【巩固练习三】1在某无色透明的酸性溶液中，能大量共存的离子组是（ ）ANH4+、NO3、Al3+、Cl BNa+、Al
27、O2、K+、NO3、CMnO4、K+、SO42、Na+ DK+、SO42、HCO3、Na+2在pH1的溶液中，可以大量共存的离子组是（ ）ANa+、K+、S2、Cl BAl3+、Mg2+、SO42、ClCK+、Na+、AlO2、NO3 DK+、Na+、SO42、S2O323下列各组离子在溶液中既可以大量共存，且加入氨水后也不产生沉淀的是ANa+、Ba2+、Cl、SO42 BH+、NH4+、Al3+、SO42 （ ）CK+、AlO2、NO3、OH DH+、Cl、CH3COO、NO34下列离子在溶液中因发生氧化还原反应而不能大量共存的是 （ ）AH3O、NO3、Fe2+、Na+ BAg+、NO3、
28、Cl、K+CK+、Ba2+、OH、SO42 DCu2+、NH4+、Br、OH5某溶液中加入铝粉有氢气产生，该溶液中肯定可以大量共存的离子组是 （ ）ANa+、NO3、Cl、SO42 BNa+、K+、Ba2+、HCO3CFe3+、H+、SO42、Cl DNa+、K+、Cl、SO426多数重金属离子有毒，实验室有甲、乙两种废液，均有一定的毒性，甲废液经化验呈碱性，主要有毒离子为Ba2+，如将甲、乙两废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液可能含有的离子是（ ）ACu2+和SO42 BCu2+和Cl CK+和SO42 DAg+和NO37下列离子方程式中正确的是A硫化亚铁放入盐酸中：S2-+2H+H2SB硫酸铜溶液中通入硫化氢：Cu2+ H2SCuS+2H+C氯化铝溶液中加入过量氨水：Al3+4NH3H2OAlO2-+4NH4+2H2OD大理石溶于醋酸的反应：CaCO3 + 2CH3COOH = Ca2+ + 2CH3COO- +CO2+ H2O8下列反应的离子方程式正确的是 （ ）A硫酸铝溶液和小苏打溶液反应：Al3+3HCO3=3CO2+Al(OH)3B向Ca(ClO)2溶液中通入二氧化硫：Ca2+2ClO
