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浅谈氧化还原反应中电子守恒原理的应用

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杜可心

【摘要】任何化学反应都遵循电子守恒定律,只是只有氧化还原反应有电子的得失,从而可以直观地看出电子守衡,而其他反应电子不得失,所以不强调电子的得失,你只要相信——物质不会凭空产生,也不会凭空消失,电子也一样。

【关键词】氧化还原;反应;电子;守恒

G634.8B2095-3089(2017)31-0273-02

在氧化还原反应中遵循电子守恒,即氧化剂得到的电子的物质的量(或个数)等于还原剂失去的电子的物质的量(或个数)。若将电子守恒规律应用来解题,可以大大简化我们的计算过程,收到事半功倍的效果。

一、金属与硝酸的氧化还原反应

在金属与硝酸的反应中,若硝酸为浓的,还原产物一般为N02,而硝酸是稀的,一般为N0;金属一般显示意高价。然而,随着金属的不同,硝酸的浓度不同,反应后的氧化产物和还原产物就可能不同。这样,在解题中就会出现很大困难。但若能应用得失电子守恒方法(即得电子数等于失电子数),难题也会迎刃而解,起到事半功倍的效果。

例1:14g铁粉全部溶于某稀HNO3中,恰好完全反应放出NO气体后得到溶液1L,称量所得溶液,发现比原稀HNO3增重8g。

求:①所得溶液中金属离子物质的量浓度

②原稀HNO3的物质的量浓度(溶液体积变化忽略不计)

分析:由于此题只知还原产物,不知氧化产物,所以必须先确定生成几价铁。

例2:mg铁屑和含有ngHNO3的溶液恰好完全反应,若m:n=1:2:7。写出此反应的化学程式(假定还原产物只一种)。分析:此题既不知道氧化产物(即生成几价铁),也不知道还原产物(即生成几价氮),由于还原产物相对复杂,故应先确定氧化产物。

金属与硝酸反解:n(Fe):n(HNO3)若生成Fe(NO3)3,则5molFe能结合15molNO3,故HNO3不足,因此只生成Fe(NO3)2,则生成Fe(NO3)2所耗HNO3为:12mol-10mol=2mo1。设还原产物中,氮元素化合价为n,应用得失电子守恒得:5molx2=2mo1x(5一n),解得:n=0,所以还原产物为NO2。所以化学方程为:5Fe+12HNO3=5Fe(NO3)+N2↑+6H20。从以上例题可以看出金属与硝酸反应,产物复杂,难度较大。但若能应用守恒法等,题目也就变得较简单,做起来得心应手;并可以扩大学习视野,提高学习化学兴趣。

二、利用电子守恒法“方程式配平“中的应用

氧化还原方程式配平可以利用五个字来描述:“标、等、定、平、查”。其中“等”和“查”都要用到得失电子守恒法。无论是正向配平、逆向配平还是综合配平,关键是要找准“研究对象”,然后结合“电子守恒法”就能简单、快捷地解决问题。

例1:配平下列氧化还原方程式

1.NH3+O2→NO+H2O分析标价NH3中N:-3→+2↑NH3失5e-

O2中0:0→-2↓O2得2e-x2=4e-

根据“守恒法”,则NH3与O2的化学计量数之比为4:5,再利用“观察法”进行配平,就可得:

4NH3+SO2=4NO+6H20

2.P+CuSO4+H20→Cu3P+H3P04+H2S04

分析标价即所选择的研究对象为Cu3P和H3P04,则可以表示为:

Cu3P中,Cu:+2→+1↓得e-x3=3e-,P:0→-3↓得3e-

Cu3P共得3e-+3e-=6e-

H3P04中P:0→+5↑H3P04失5e-根据“守恒法”,则Cu3P和H3P04的化学计量数之比为5:6,再利用“观察法”进行配平,就可得:

11P+15CuS04+24H20=5Cu3P+6H3PO4+15H2S04

三、氧化还原反应电子守恒在“电化学”中的应用

电化学的实质就是电子的定向移动,这其中正负两极(或者阴阳两极)得失电子总数相等,据此原理就可以计算相关的问题。

例1石墨做电极,电解R(N03)溶液,阳极放出气体560mL(标准状况下),阴极析出mg金属R,试求R的相对原子质量。

分析根据题意可得,电解池的电极反应:

阴极:Rx++xe-=R

阳极:4OH-一4e-=O2↑+2H2O

根据“电子守恒法”,则有:mg/M×X=,解得

M=10mxg/mol,故R的相对原子质量为10mx。

四、氧化反应电子守恒法在“综合计算“中的应用

氧化还原计算需要与质量守恒、原子守恒、元素守恒和电荷守恒中的一种或几种来进行共同攻克,才能实现对问题的解决。

例:一定质量的由氧化铜、氧化铁和铁粉组成的混合粉末,与100mL4.4mol/L的盐酸恰好完全反应,得到896mL气体(标准状况下),假如反应后的溶液中只有HCl和FeCl2,还有1.28g固体,将溶液加水稀释到320mL,得出此时溶液中盐酸的物质的量浓度为0.25mol/L,试求混合物中各物质的质量。

分析这是一道综合性的题,其中所涉及到的方程

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