第一章化学反应及能量变化.docx
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第一章化学反应及能量变化
第一章化学反应及能量变化
第一部分氧化还原反应
一、概念剖析
离子型
元素
元素
说明:
氧化还原反应、氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物的判断
氧化还原反应的实质是电子的转移,特征是反应前后元素的化合价发生了变化。
我们判断某反应是否为氧化还原反应可根据反应前后元素的化合价是否发生了变化这一特征。
氧化还原反应中的概念一般是成对出现的,理清概念是解决问题的关键。
非氧化还原复分解反应
二、四种无机基本反应类型
与氧化还原反应关系
三、两种表示电子转移方法
·双线桥:
元素自身电子转移情况
氧化剂+还原剂—→氧化产物+还原产物
注意:
单线桥用来表示转移电子数目,线桥上电子数与相应化学方程式系数有关
四、规律总结
1、守恒律:
电子守恒
化合价有升必有降,电子有得必有失。
化合价升降数相等,电子得失数相等。
运用:
有关氧化还原反应的配平,计算。
2、价态律:
最高价——氧化性(但不一定)
一般最低价——还原性
中间价——既有氧化性,又有还原性
应用:
判断物质氧化性或还原性的有无,即能力;但物质氧化性(还原性)的强弱,还跟化合物本身的稳定性有关。
3、强弱规律及判断
☆1)根据氧化—还原反应比较
氧化剂+还原剂—→氧化产物+还原产物
在同一氧化还原反应中
氧化性:
氧化剂>氧化产物
还原性:
还原剂>还原产物
说明1:
氧化剂的氧化性越强,则其对应的还原产物的还原性就越弱;还原剂的还原性越强,则其对应的氧化产物的氧化性就越弱。
说明2:
氧化剂和还原剂是相对的。
※误区氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性。
分析这句话本身并没有问题,但应该注意的是:
(1)该规律成立的前提是自发的氧化还原反应。
(2)某反应比较判断出的强弱顺序不一定能引申到其它反应中。
如果把该规律引申到非自发的反应,那就是错误的。
如:
若从电解水反应中得出H2O的氧化性大于O2,那就太荒谬了。
物质的氧化性和还原性强弱(实际是电极电位高低)与物种的本性、外界条件(如温度、浓度、酸碱性等)有关。
物种的本性是主要影响因素,但当本身氧化性(或还原性)强弱比较接近时,外界条件的改变可以颠倒其顺序。
如
Zn+2H+==Zn2++H2↑
而电镀锌时阴极上却是Zn2+放电而非H+。
所以我们在比较氧化性(或还原性)强弱时应该是有前提的(反应发生时的条件),不能随意引申,否则就会得出相反的结论。
2)金属活动顺序比较
(pt、Au很难被氧化)
还原性:
K、Ca、Na、Mg……H……Ag、pt、Au↓
氧化性:
K+、Ca2+、Na+、Mg2+……H+、Cu2+、Fe3+、Hg+、Ag+↑
(K+、Ca2+、Na+、Mg2+几乎不表现氧化性)
在金属活动性顺序表中,金属的位置越靠前,其还原性就越强(铂金除外);金属的位置越靠后,其阳离子的氧化性就越弱。
发散:
判断元素金属性强弱的方法有四个:
①单质与水或非氧化性酸反应的难易;
②单质的还原性(或离子的氧化性)强弱;
③氢氧化物的碱性强弱;(
④置换反应。
3)非金属活动顺序比较根据元素周期表
氧化性:
F2>Cl2>O2>Br2>I2>S
还原性:
F— 发散: 判断元素非金属性强弱的方法有四个: ①单质与H2反应生成气态氢化物的难易; ②单质的氧化性(或离子的还原性); ③最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱; ④置换反应。 4)根据元素周期表 同周期元素,随着核电荷数的递增,氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱。 同主族元素,随着核电荷数的递增,氧化性逐渐减弱,还原性逐渐增强。 5)根据反应情况 ①反应条件难易—→是否加热,温度高低,有无催化剂。 2KMnO4+16HCl(浓)==2KCl+2MnO2+8H2O+5Cl2↑ △ MnO2+4HCl(浓)===MnO2+Cl2↑+2H2O 450℃ CuCl2 O2+4HCl(g)====2H2O+Cl2(地康法制Cl2) 氧化性: KMnO4>MnO2>O2 ②反应产物—→不同氧化剂(还原剂)与同一物质反应,氧化剂、还原剂中相关元素价态变化。 点燃 氧化性: Cl2>S eg: 2Fe+3Cl2===2FeCl3 △ Fe+S===FeS eg: HCl(浓)+H2SO4(浓)—→x 还原性: HCl(浓) 2HBr+H2SO4(浓)==Br2↑+SO2+2H2O 2HI+H2SO4(浓)==I2↑+SO2↑+2H2O 注: 判断氧化剂的氧化能力不能简单的根据氧化剂被还原后相关元素的价态高低来判断,应具体依据氧化剂氧化其他物质的能力。 eg: 硝酸越稀,其氧化能力越弱,但跟同一还原剂反应时,化合价降得越多。 2HNO3+NO==3NO2+H2O H2 ③反应剧烈程度: F2、Cl2、Br2、I2—→现象 ④反应得失电子难易与能量转化关系 a.非金属原子结合电子时,放出的能量多时,形成的阴离子自身能量越低越稳定,该非金属原子越易获得电子,氧化性越强。 b.金属原子失电子时,吸收能量越少,形成阳离子自身能量越低越稳定,该金属原子越易失电子,还原性越强。 eg: A、B两种元素的原子当它们分别获得一个电子形成稀有气体原子气体的电子层结构,A放出能量大于B,则可判断: A、A的氧化性小于BB、A—的还原性大于B— C、B—的还原性大于A—D、A的氧化性大于B 6)根据元素化合价(同种元素不同价态) eg: F3+>Fe2+H2SO4(浓)[SO3]>SO2>SNO2>NO 特例: HClO>HClO2>HClO3>HClO4(不遵守价态规律主要由于物质本身稳定性) 说明: 物质中元素具有最高价,该元素只有氧化性;物质中元素具有最低价,该元素只有还原性;物质中元素具有中间价,该元素既有氧化性又有还原性。 对于同一种元素,价态越高,其氧化性就越强;价态越低,其还原性就越强。 7)根据原电池、电解池原理比较 当电极参加反应的原电池中,还原性: 负极>正极 电解池中,在阴极先放电的阳离子氧化性强 在阳极先放电的阴离子还原性强(注意环境、浓度) ※注1: ①氧化还原性的强弱只与该原子得失电子的难易程度有关,而与得失电子数目的多少无关。 得电子能力越强,其氧化性就越强;失电子能力越强,其还原性就越强。 ※注2: 物质氧化还原性的影响因素 ①浓度: eg: H2SO4(浓)、HNO3(浓)﹥HNO3(稀)eg: MnO2只能氧化浓HCl. ②温度: eg: H2SO4(浓)+Cu----(加热才反应) 说明: 一般溶液的酸性越强或温度越高,则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强,反之则越弱。 ③环境: eg: KMnO4(H+)OH—中性 H+ OH— Mn2+MnO2K2MnO4 eg: XO3—+X— X2 ④催化剂: 合成氨、SO2+O2—→SO3 4、先后律 一种氧化剂+几种还原剂(浓度相同)—→强者先反应 eg: Cl2—→S2—>I—>Fe2+>Br— 一种还原剂+几种氧化剂(浓度相同)—→强者先反应 KMnO4>Cl2>Br2>Fe3+>I2 eg: 在含有下列离子的溶液中加入Zn,则反应顺序: Ag+、Fe3+、Cu2+、H+ 5、转化律 (1)邻位转化最易: —2 (2)同种元素 ①相邻价态间不发生氧化还原反应 Cl2+Cl——→×S+SO2—→× ②不同价态变化“只靠拢,不相交”。 H2S+H2SO4==S↓+SO2+2H2O H2S+H2SO4==SO2+H2O ③归中反应 ClO3—+5Cl—+6H+==3Cl2+3H2OClO—+Cl—+2H+==Cl2+H2O ④歧化反应 ⑤跳位 Cl2、HNO3 浓HNO3 纯O2 Pt800℃ 热碱 冷碱冷水 FeFe3+;H2SH2SO4(浓)强氧化剂 O2 Cl—Cl2ClO3—N2NH3NO(外界条件) 过H2SO4(浓) H2SO4(浓) H2SSSO2(量) 五、中学常见氧化剂、还原剂 (1)氧化剂 ①非金属性较强单质: F2、Cl2、I2、O2、O3.、S ②变价元素中高价态化合物: KClO3、KMnO4、Cu2+、Fe3+盐、K2Cr2O7、浓H2SO4、浓稀HNO3、固体硝酸盐。 ③能电离出H+的物质: 稀H2SO4、稀HCl.NaHSO4、 ④其他: HClO、漂白粉、MnO2、Na2O2、NO2、H2O2、银氨溶液、新制Cu(OH)2. (2)还原剂 ①金属性较强的单质: K、Na、Mg、Al、Fe、Zn. ②某些非金属单质: H2、C、Si. ③变价元素中某些低价态化合物: CO、H2S及硫化物、Fe2+盐、Fe(OH)2、HBr、HI、SO2及亚硫酸盐。 -2e ④其它: S、Sn2+、浓HCl、NH3(g). 六、化学方程式配平 1、一般方法 1)原理: 得失电子数相等(化合价升降数相等),质量守恒,电荷守恒。 2)过程: ①划好价②列变化③求总数④配系数 3)竖式配平: 3x 2x +2 0 eg: 3Cu+8HNO3==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O(一物多性—分立) -2e +2 +5 CuCu2+ +3e NN 2、配平类型 Ⅰ)、定项配平 1)分子内氧—还反应 ①Pb(NO3)2==PbO+NO2+O2 ②AgNO3==Ag+NO2+O2 ③KClO3==KCl+O2 2)自身氧—还反应(歧化反应==归中反应) ①Cl2+KOH===KCl+KClO3+H2O ②S+Ca(OH)2===CaS+CaSO3+H2O ③P+KOH+H2O==K2HPO4+PH3 注: 捷配方法: 任两种价态之差即为第三种价态原子个数。 ④KClO3+HCl浓==KCl+Cl2↑+H2O ClO3—+Cl—+H+==Cl2↑+H2O 3)三种化合价升降的氧—还反应 ①同变合并原则——整体法(两种同变处于同一物质中) 例: ①Cu2S+HNO3===Cu(NO3)2+NO↑+H2SO4+H2O ②FeS2+O2===Fe2O3+SO2 ③P+CuSO4+H2O===Cu3P+H3PO4+H2SO4 ②比值恒定原则—整体法(三种元素变价在三种物质中) 例: ①KNO3+S+C===K2S+N2+CO2 ②KI+KIO3+H2S===I2+K2SO4+H2O(待定系数) ③零价配平法(化合价难确定) FeC3+HNO3—→Fe(NO3)3+CO2+N2O+H2O(整体配平) 注: 随意标价得失电子数相等,配平系数不变。 练习: 1986年,化学上第一次用非电解法制F2 2K2MnF6+4SbF5==4KSbF6+2MnF3+1F2 反应中被还原。 Ⅱ)、缺项配平 1)(缺的一般为H2O、H+或OH—)(中性、酸性、碱性) ①P+KOH+==K2HPO4+PH3 ②K2Cr2O7+HI+==K2SO4+Cr2(SO4)3+I2+H2O ③KCN+Cl2+==CO2↑+N2↑+KCl+NaCl+H2O ④KI+KIO3+==I2+K2SO4+H2O ⑤MnO4—+SO32—+H2O==MnO2+SO42—+(碱性) ⑥MnO4—+S2—+==Mn2++S↓+H2O(酸性) ⑦Pt+HNO3+HCl==H2PtCl6+NO↑+ Ⅲ)、未知量配平 ①K2Ox+FeSO4+H2SO4==K2SO4+Fe2(SO4)3+H2O(x≥12) ②S+Ca(OH)2==CaSx+CaS2O3+H2O ③Na2Sx+NaClO+NaOH==Na2SO4+NaCl+H2O ④KIx+Cl2+H2O==KCl+HIO3+HCl Ⅵ)、有机氧化还原方程式配平——观察法(氢氧标碳法) K2Cr2O7+CH3CH2OH+H2SO4—Cr2(SO4)3+CH3COOH+K2SO4+H2O 橙红色绿色 H2C2O4+KMnO4+H2SO4==CO2+K2SO4+MnSO4+H2O C2H4+KMnO4+H2O==C2H6O2+MnO2+KOH C7H8+KMnO4+H2SO4==C7H6O2+MnSO4+K2SO4+H2O 七、氧化——还原反应题型 1、确定反应后元素的化合价 某单质跟浓HNO3反应,若参加反应的单质与硝酸的物质的量之比为1: 4,则该元素在反应中所显化合价可能是。 A、+1B、+2C、+3D+4E、+5 2、确定氧化剂和还原剂(观察化合价变化) ①下列溶液中通入的气体物质只作氧化剂的是: A、SO2—→H2S(ag)B、Cl2—→NaOH(ag) C、Cl2—→FeCl2(ag)D、H2S—→Br2水 ②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: A、Cl2B、KMnO4C、FeCl3D、HCl ③现向含aFeI2和bmolFeBr2混合液中逐渐通入cmolCl2,反应随Cl2通入明显分几个阶段进行,试分析不同c值范围,被氧化的离子及被氧化离子的物质的量(含c的代数式)(还原性: I—>Fe2+>Br—) 3、确定氧化产物和还原产物的组成 ①锌与某浓度的硝酸完全反应时,测得消耗Zn和HNO3的物质的量之比为5: 12,可知HNO3的还原产物是: A、NO2B、NOC、N2D、NH4+E、N2O 4、氧化性、还原性强弱的判断 有下列三个氧化还原反应: ①2FeCl3+2KI==2FeCl2+2KCl+I2 ②2FeCl2+Cl2==2FeCl3 ③2KMnO4+16HCl==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 若某溶液中有Fe2+、I—和Cl—共存,如果要将I—氧化除去而不影响Fe+、Cl—,则可以加入的氧化剂是() A、Cl2B、KMnO4C、FeCl3D、HCl 5、电子守恒解题 例①: 取0.04molKMnO4固体加热一段时间后,收集到amol气体,在反应后的残留固体中加入足量浓HCl,又收集到bmol气体,设此时Mn元素全部以Mn2+形式存在于溶液中,则 (1)a+b的最小值 (2)当a+b=0.09时,则KMnO加热后残留固体的质量为g。 ②求反应NxOy+NH3—→N2+H2O(未配平)中,被还原的元素和被氧化元素的质量比。 6、确定反应中对立面物质间量的关系 ①(NH4)2SO4在强热条件下分解,生成NH3、SO2、N2和H2O,反应中生成氧化产物和还原产物的物质的量之比是: A、1: 3B、2: 3C、1: 1D、4: 3 ②在11P+15CuSO4+24H2O==5Cu3P+6H3PO4+15H2SO41molCuSO4,氧化P的物质是: ③3BrF3+5H2O==HBrO3+Br2+9HF+O2,每3molBrF3中被水还原的物质的是: 7、确定氧化—还原反应方程式配平及综合计算 ①在NaOH溶液中的NaCl和空气中O2反应生成Na2CO3和NH3,其反应方程式: ②将10.416g纯铁丝溶于过量HCl中,在加热条件下用5.05gKNO3去氧化溶液中亚铁离子,待反应完全,剩余的Fe2+还需要24mol0.3mol/L的KMnO4才能完全氧化成Fe3+,此时MnO4—转化变成Mn2+,计算确定KNO3的还原产物,并写出KNO3与FeCl2反应的离子方程式。 第一部分氧化、还原反应提高训练题 一、选择题 1、从矿物学资料查得: 当胆矾溶液渗入地下,遇黄铁矿(FeS2)时,可生成辉铜矿(Cu2S),同时还生成FeSO4和H2SO4。 下列有关的叙述中正确的是() A、在反应中,FeS2既是氧化剂又是还原剂 B、在反应中,CuSO4是氧化剂,FeS2是还原剂 C、反应中Cu2+与FeS2的物质的量之比是14: 5 D、反应中每生成1molCu2S共得2mol电子 2、多硫化钠Na2Sx(x≥2)在结构上与Na2O2、FeS2、CaC2等有相似之处。 Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4,而NaClO被还原为NaCl,反应中Na2Sx与NaClO的物质的量之比为1: 16,则x的值是() A、5B、4C、3D、2 3、锰的氧化物MnO2、Mn2O3、Mn3O4、Mn2O7在加热时均能和浓盐酸反应生成MnCl2和Cl2。 现有11.45g锰的某种氧化物跟足量的盐酸反应,产生的氯气在标准状况下的体积为1.12L,则参加反应的氧化物是() A、MnO2B、Mn2O3C、Mn3O4D、Mn2O7 4、将KCl和CrCl3两种固体混合物共熔,得化合物X。 X由K、Cr、Cl三种元素组成。 将1.892gX中的铬元素全部氧化成Cr2O72—,后者可以从过量的KI溶液中氧化出2.667g碘单质(Cr2O72—+6I—+14H+=2Cr3++3I2+7H2O)。 如果取溶有1.892gX的溶液加入过量AgNO3溶液,可得到4.52gAgCl沉淀。 则X的化学式为()<观察化合价》 A、K3Cr2Cl7B、K3Cr2Cl5C、K3Cr2Cl9D、K3CrCl4 5、已知某金属硝酸盐,在受热分解时生成了金属氧化物、二氧化氮与氧气。 测得产物中NO2与O2的体积比为6∶1(同温同压下测得),试分析该硝酸盐分解时金属化合价的变化情况是() A.升高B.降低C.不变D.不能确定 6、溴化碘的分子式为IBr。 它的化学性质活泼,能跟大多数金属反应,也能跟某些非金属单质反应,它跟水反应的化学方程式为H2O+IBr HBr+HIO下列关于溴化碘的叙述中,不正确的是() A.固态IBr是分子晶体 B.把0.1molIBr加入水中配成500mL溶液,所得溶液中Br-和I-的物质的量浓度为0.2mol/L C.IBr跟水的反应是一个氧化还原反应 D.在化学反应中,IBr可以作为氧化剂 二、填空题 7、氰(CN)2、硫氰(SCN)2的化学性质和卤素(X2)很相似,化学上称为拟卤素。 它们阴离子的还原性强弱为Cl- 试写出 ①(CN)2与KOH溶液反应的化学方程式: ②在NaBr和KSCN的混合溶液中加入(CN)2,反应的离子方程式: 8、希尔(Hill.R.)将分离出的叶绿体加到草酸高铁钾盐溶液中,经过光照以后放出氧气,同时草酸高铁被还原成草酸低铁。 4Fe3++2H2O 4Fe2++4H++O2↑ 试回答下列问题: (1)希尔反应________(填“是”或“不是”)光反应; (2)希尔实验中每生成1mol氧气,电子转移数目为 (3)希尔实验的主要意义是 9、针对以下①~④四个涉及H2O2的反应(未配平),填写空白。 △ ①Na2O2+HCl——H2O2+NaCl②Ag2O+H2O2——Ag+O2+H2O ③H2O2——H2O+O2④H2O2+Cr2(SO4)3+KOH——K2CrO4+K2SO4+H2O (1)H2O2仅体现氧化性的反应是(填代号,下同),该反应配平的化学反应方程式为 (2)H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是。 (3)H2O2体现弱酸性的反应是,其理由为。 10、溴酸钾与溴化钾在酸性溶液中反应,溴元素完全转化成单质溴,反应的离子方程式为,该反应中,mol溴酸钾中含有mg溴元素,它能(填“氧化”或“还原”)mol的(填离子或物质名称)。 11、由稀有气体元素Xe(氙)形成的一种化合物XeO3极不稳定。 将适量的XeO3投入30mL0.1mol·L-1Mn2+的水溶液中,刚好完全反应,放出的唯一气体是Xe单质,其在标准状况下的体积为56mL。 则: (1)有关反应现象: 。 (2)若XeO3是分子晶体,写出反应的离子方程式: 12、A是氮、氢两种元素组成的化合物,它与过氧化氢和水之间在结构上的关系相似。 A分子中氮、氢的质量比为7: 1。 请填写以下空白。 (1)A的化学式是。 (2)A的水溶液呈(填“酸”、“碱”、“中”)性,1molA最多可与molHCl(或NaOH)发生中和反应形成正盐,写出形成的盐中含有氮原子的离子的电子式。 (3)A在氧化还原反应中也与过氧化氢相似,既可作氧化剂,又可作还原剂。 请根据价态分析产生这种情况的原因: 13、已知RxO42—+MnO4—+H+—→RO2+Mn2++H2O变化过程中,0.2molRxO42—离子参加反应时共转移0.4mol电子,请填空: (1)反应的氧化产物为; (2)x=; (3)参加反应的氢离子的物质的量为。 14、目前,科学家致力于研制高效、安全、无毒的饮用水的消毒剂。 (1)近年来,某些自来水厂在用液氯进行消毒处理时还加入少量液氨,其反应的化学方程式为: NH3+HClO H2O+NH2Cl(一氯氨)。 NH2Cl较HClO稳定,加液氨能延长液氯杀菌时间的原因是 (2)科研人员发现在氯消毒的饮用水中,含有微量对人体有潜在危害作用的含氯化合物。 世界环保联盟即将全面禁止在自来水中加氯气,推广采用广谱性高效杀菌消毒剂二氧化氯(ClO2,黄绿色气体)。 目前欧洲和我国主要采用Kesting法(原料为氯酸钠和盐酸)制ClO2,该法的缺点是同时产生Cl2(占ClO2体积的一半),使产物纯度低。 ①试写出该法制ClO2的化学反应方程式: 。 ②Cl2和ClO2都是通过氧化作用而杀菌消毒,试计算出在同质量时,ClO2的氧化能力是Cl2的倍。 15、由硫可
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- 第一章 化学反应及能量变化 化学反应 能量 变化