化学苏教版高考总复习教学案氧化还原反应的综合应用——配平计算及滴定正式版

化学苏教版高考总复习教学案氧化还原反应的综合应用——配平计算及滴定正式版

课时3　氧化还原反应的综合应用——配平、计算及滴定 ‎[课时诠释]‎ 氧化还原反应是高考考查的热点和重点，在高中化学教材中有三部分内容涉及氧化还原反应知识。《必修1》涉及氧化还原反应的相关概念及配平，《必修2》和《化学反应原理》涉及氧化还原反应的拓展知识，以及原电池和电解池的相关知识。对于氧化还原反应配平、计算及滴定，是高考化学部分的难点，在非选择题中；常把这一重要知识融合于无机综合、工艺流程及实验中进行考查，在复习时一定掌握好配平技巧，充分利用守恒思想解题，另外还需要与酸碱中和滴定相结合掌握好氧化还原反应滴定的仪器、步骤、误差分析及相关含量的计算。‎ 微点聚焦一　氧化还原反应的配平 ‎[典题示例]‎ ‎【示例1】 氧化还原反应方程式书写 ‎(1)[2016·课标全国Ⅱ，26(2)]实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，反应的化学方程式为___________________________________________。‎ ‎(2)[2016·江苏化学，19(2)]滤液(含Fe2＋和H＋)加入H2O2氧化时发生反应的离子方程式为__________________________________________。‎ ‎(3)[2016·四川理综，8(5)]在稀硫酸中，Z(Cr)的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化M(O)的一种氢化物，Z(Cr)被 还原为＋3价，该反应的化学方程式是__________________________________________________________________________________________。‎ 思维提示　①找出反应物和生成物或相关离子；‎ ‎②根据“升降法”进行配平涉及到的物质或离子；‎ ‎③根据“原子守恒”、“电荷守恒”配平其它物质或离子。‎ 答案　(1)NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O ‎(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O ‎(3)3H2O2＋K2Cr2O7＋4H2SO4===3O2↑＋K2SO4＋Cr2(SO4)3＋7H2O ‎ ‎【知识归纳】‎ 氧化还原反应配平原则及程序 ‎1．“一般”配平原则 ‎2．“缺项”配平原则 对于化学反应方程式，所缺物质往往是酸、碱或水、补项的两原则 条件 补项原则 酸性条件下 缺H(氢)或多O(氧)补H＋，少O(氧)补H2O(水)‎ 碱性条件下 缺H(氢)或多O(氧)补H2O(水)，少O(氧)补OH－‎ ‎3.配平程序 ‎[体验感悟]‎ 题组一　氧化还原反应方程式的配平方法 ‎1．(正向配平)‎ ‎(1)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O ‎(2)2H2S＋1SO2===3S↓＋2H2O ‎(3)4KI＋2CuSO4===1I2＋2CuI↓＋2K2SO4‎ ‎(4)[2015·安徽理综，27(2)]1NaBO2＋2SiO2＋4Na＋2H2===1NaBH4＋2Na2SiO3‎ ‎2．(逆向配平)‎ ‎(1)3S＋6NaOH2Na2S＋1Na2SO3＋3H2O ‎(2)2Cl2＋2Ca(OH)21CaCl2＋1Ca(ClO)2＋2H2O ‎(3)2P4＋9KOH＋3H2O===3K3PO4＋5PH3↑‎ ‎3．(缺项配平)‎ ‎(1)3ClO－＋2Fe(OH)3＋4OH－===3Cl－＋2FeO＋5H2O ‎(2)2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O ‎(3)[2015·天津理综，10(2)②]1ClO＋6Fe2＋＋6H＋===1Cl－＋6Fe3＋＋3H2O ‎4．(整体标价)‎ ‎(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2‎ ‎(2)5NH4NO32HNO3＋4N2↑＋9H2O 题组二　信息型氧化还原反应方程式的书写 ‎5．根据有关信息完成下列各化学方程式 ‎(1)[2015·江苏化学，20(3)]当用CaSO3水悬浮液吸收经O3预处理的烟气时，清液(pH约为8)中SO将NO2转化为NO，其离子方程式为______________________________________________________。‎ ‎(2)[2015·四川理综，8(4)]CuSO4溶液能用作P4中毒的解毒剂，反应可生成P的最高价含氧酸和铜，该反应的化学方程式是_______________________________________________________________________________。‎ ‎(3)[2014·天津理综，7(6)]KClO3可用于实验室制O2 ，若不加催化剂，400 ℃时分解只生成两种盐，其中一种是无氧酸盐，另一种盐的阴阳离子个数比为1∶1，写出该反应的化学方程式：__________________________________。‎ ‎(4)(最新模拟)某地污水中的有机污染物主要成分是三氯乙烯(C2HCl3)，向此污水中加入KMnO4(高锰酸钾的还原产物为MnO2)溶液可将其中的三氯乙烯除去，氧化产物只有CO2，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)SO＋2NO2＋2OH－===SO＋2NO＋H2O ‎(2)10CuSO4＋P4＋16H2O===4H3PO4＋10Cu＋10H2SO4‎ ‎(3)4KClO3400 ℃KCl＋3KClO4‎ ‎(4)2KMnO4＋C2HCl3===2CO2↑＋2MnO2＋HCl＋2KCl ‎【解题建模】‎ ‎“四步”法书写信息型氧化还原反应方程式 ‎⇩‎ ‎⇩‎ 按“”写出方程式，并按化合价升降原则配平参与氧化还原反应的各物质的化学计量数 ‎⇩‎ 根据元素守恒，补充其他反应物或产物，一般为水、酸(H＋)或碱(OH－)。‎ 若是离子方程式，根据溶液的酸碱性或传导介质等，根据电荷守恒补H＋或OH－，最后根据原子守恒，补H2O配平 微点聚焦二　电子守恒思想在氧化还原反应计算中的应用 ‎[典题示例]‎ ‎【示例2】 24 mL浓度为0.05 mol·L－1的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol·L－1的K2M2O7溶液完全反应。已知Na2SO3可被K2M2O7氧化为Na2SO4，则元素M在还原产物中的化合价为(　　)‎ A．＋2 B．＋3　　　　‎ C．＋4 D．＋5‎ 思维提示　‎ 答案　B ‎[体验感悟]‎ ‎1．Cu2S与一定浓度的HNO3反应，生成Cu(NO3)2、CuSO4、NO2、NO和H2O。当产物中n(NO2)∶n(NO)＝1∶1时，下列说法不正确的是(　　)‎ A．反应中Cu2S是还原剂，Cu(NO3)2、CuSO4是氧化产物 B．参加反应的n(Cu2S)∶n(HNO3)＝1∶7‎ C．产物n[Cu(NO3)2]∶n(CuSO4)＝1∶2‎ D．1 mol Cu2S参加反应时有10 mol电子转移 解析　分析反应可知，Cu2S中Cu、S化合价均升高，Cu2S是还原剂，Cu(NO3)2、CuSO4是氧化产物，A项正确；1 mol Cu2S失去10 mol电子，D项正确；设参加反应的Cu2S为1 mol，生成的NO为x mol，根据电子守恒：x＋3x＝10，x＝2.5，n(Cu2S)∶n(HNO3)＝1∶(2.5＋2.5＋2)＝1∶7，B项正确；根据铜守恒，n[Cu(NO3)2]∶n[CuSO4 ]＝1∶1，C项错误。‎ 答案　C ‎2．某硫酸厂为测定沸腾炉中所得气体中SO2的体积分数，取280 mL(已折算成标准状况)气体样品与足量Fe2(SO4)溶液完全反应后，用0.020 00 mol/L K2Cr2O7标准溶液滴定至终点，消耗K2Cr2O7溶液25.00 mL。已知：Cr2O＋Fe2＋＋H＋―→Cr3＋＋Fe3＋＋H2O(未配平)。‎ ‎(1)SO2通入Fe2(SO4)3溶液中，发生反应离子方程式为 ‎______________________________________________________。‎ ‎(2)沸腾炉中所得气体中SO2的体积分数为________。‎ 解析　(1)SO2中S为＋4价，被氧化成＋6价，产物为SO，Fe3＋被还原成Fe2＋，产物中氧原子数增多，表明反应物中有水，产物中有H＋，仍须用得失电子守恒来配平离子方程式；(2)根据得失电子守恒可知：n(SO2)×2＝n(Cr2O)×6＝0.020 00 mol/L×0.025 L×6＝0.003 mol，n(SO2)＝0.001 5 mol，体积分数为12.00%。‎ 答案　(1)SO2＋2Fe3＋＋2H2O===SO＋2Fe2＋＋4H＋‎ ‎(2)12.00%‎ ‎【解题模板】‎ 电子守恒计算流程 ‎[说明]多步连续进行的氧化还原反应，只要中间各反应过程中电子没有损耗，可直接找出起始物和最终产物，删去中间产物，建立二者之间的电子守恒关系，快速求解。‎ 微点聚焦三　氧化还原反应滴定 ‎[典题示例]‎ ‎【示例3】(2016·天津理综，9)水中溶氧量(DO)是衡量水体自净能力的一个指标，通常用每升水中溶解氧分子的质量表示，单位mg·L－1，我国《地表水环境质量标准》规定，生活饮用水源的DO不能低于5 mg/L。某化学小组同学设计了下列装置(夹持装置略)，测定某河水的DO。‎ ‎1．测定原理：‎ 碱性条件下，O2将Mn2＋氧化为MnO(OH)2：①2Mn2＋＋O2＋4OH－===2MnO(OH)2↓，酸性条件下，MnO(OH)2将I－氧化为I2：②MnO(OH)2＋I－＋H＋―→Mn2＋＋I2＋H2O(未配平)，用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2，③2S2O＋I2===S4O＋2I－。‎ ‎2．测定步骤：‎ a．安装装置，检验气密性，充N2排尽空气后，停止充N2。‎ b．向烧瓶中加入200 mL水样。‎ c．向烧瓶中依次迅速加入1 mL MnSO4无氧溶液(过量)2 mL碱性KI无氧溶液(过量)，开启搅拌器，至反应①完全。‎ d.搅拌并向烧瓶中加入2 mLH2SO4无氧溶液，至反应②‎ 完全，溶液为中性或弱酸性。‎ e．从烧瓶中取出40.00 mL溶液，以淀粉作指示剂，用0.010 00 mol·L－1 Na2S2O3溶液进行滴定，记录数据。‎ f．……‎ g．处理数据(忽略氧气从水样中的溢出量和加入试剂后水样体积的变化)。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)配制以上无氧溶液时，除去所用溶剂水中氧的简单操作为________。‎ ‎(2)在橡胶塞处加入水样及有关试剂应选择的仪器为________。‎ ‎①滴定管　②注射器　③量筒 ‎(3)搅拌的作用是________。‎ ‎(4)配平反应②的方程式，其化学计量数依次为________。‎ ‎(5)步骤f为________________________________________。‎ ‎(6)步骤e中达到滴定终点的标志为________。若某次滴定消耗Na2S2O3溶液4.50 mL，水样的DO＝________mg·L－1(保留一位小数)。作为饮用水源，此次测得DO是否达标：________(填“是”或“否”)。‎ ‎(7)步骤d中加入H2SO4溶液反应后，若溶液pH过低，滴定时会产生明显的误差，写出产生此误差的原因(用离子方程式表示，至少写出2个)_______________________________________________________________________________________________________________________________。‎ 思维提示　根据氧化还原反应反应物和生成物特点―→选择合适的指示剂 根据得失电子守恒―→完成定量计算 解析　(1)气体在水中的溶解度随着温度升高而减小，将溶剂水煮沸可以除去所用溶剂水中氧气。(2)在橡胶塞处加入水样及有关试剂，应选择注射器。(3)搅拌可以使溶液混合均匀，加快反应速率。(4)由Mn元素的化合价由＋4价降低到＋2价，碘元素的化合价由－1价升高到0价，根据化合价升降总数相等，反应②配平后化学方程式为MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O，故其化学计量数依次为1,2,4,1,1,3。(5)为了减小实验的误差，滴定操作一般需要重复滴定操作2～3次，因此步骤f为重复步骤e的操作2～3次。(6)I－被氧化为I2后，再用Na2S2O3溶液滴定，将I2还原为I－，因此滴定结束，溶液的蓝色消失且半分钟不恢复原色；n(Na2S2O3)＝0.010 00 mol/L×0.004 5 L＝4.5×10－5 mol，根据反应 ‎①②③有O2～2MnO(OH)2～ 2I2～4S2O，n(O2)＝n(Na2S2O3)＝1.125×10－6 mol，该河水的DO＝ mg/L＝9.0 mg/L＞5 mg/L，达标。(7) Na2S2O3在酸性条件下发生歧化反应，生成的SO2也能够被生成的I2氧化，同时空气中的O2也能够将I－氧化，反应的离子方程式有2H＋＋S2O===S↓＋SO2↑＋H2O，SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－，4H＋＋4I－＋O2===2I2＋ 2H2O。‎ 答案　(1)将溶剂水煮沸后冷却　(2)②　(3)使溶液混合均匀，快速完成反应　(4)1,2,4,1,1,3　(5)重复步骤e的操作2～3次　(6)溶液蓝色褪去(半分钟内不恢复原色)　9.0　是　(7)2H＋＋S2O===S↓＋SO2↑＋H2O，SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－，4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O(任写其中2个)‎ ‎【知识总结】‎ ‎1．氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析方法。利用氧化还原滴定法可以直接或间接测定许多具有氧化性或还原性的物质，也可以用氧化还原滴定法间接测定。因此，它的应用非常广泛。‎ ‎2．氧化还原反应有的反应速率比较慢，也有的因不同的反应条件而产生副反应或生成不同的产物。因此，在氧化还原滴定中，必须创造和控制适当的反应条件，加快反应速率，防止副反应发生，以利于分析反应的定量进行。‎ ‎3．在氧化还原滴定中，要使分析反应定量地进行完全，常常用强氧化剂和较强的还原剂作为标准溶液。根据所用标准溶液的不同，氧化还原滴定法可分为高锰酸钾法、重铬酸钾法等。‎ ‎[体验感悟]‎ ‎1．[2014·天津，9(5)(6)]Na2S2O3是重要的化工原料，易溶于水，在中性或碱性环境中稳定。‎ 测定产品(Na2S2O3·5H2O)纯度 准确称取W g产品，用适量蒸馏水溶解，以淀粉作指示剂， ‎ 用0.100 0 mol·L－1碘的标准溶液滴定。 反应原理为：2S2O＋I2===S4O＋2I－‎ ‎(1)滴定至终点时，溶液颜色的变化：________。 ‎ ‎(2)滴定起始和终点的液面位置如图，则消耗碘的标准溶液体积为______________ mL。产品的纯度为(设Na2S2O3·5H2O相对分子质量为M)________。 ‎ 解析　(1)用淀粉作指示剂，用碘的标准溶液滴定，终点时碘稍过量点，则溶液变蓝。(2)滴定管内液面由0.00 mL至18.10 mL，则消耗碘的标准溶液的体积为18.10 mL。根据关系式：2S2O～I2得，n(S2O)＝2×18.10×10－3 L×0.1 000 mol·L－1＝3.620×10－3 mol，故产品的纯度为×100%＝×100%。‎ 答案　(1)由无色变蓝色，半分钟内不褪色 ‎(2)18.10　×100%‎ ‎2．(2015·课标全国Ⅱ，28)二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题：‎ ‎(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。‎ ‎(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：‎ ‎①电解时发生反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________。‎ ‎②溶液X中大量存在的阴离子有________。‎ ‎③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是________(填标号)。‎ a．水　　　　　　　　　　 B．碱石灰 c．浓硫酸 　　　 D．饱和食盐水 ‎(3)用右图装置可以测定混合气中ClO2的含量：‎ Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸；‎ Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；‎ Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；‎ Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；‎ Ⅴ.用0.100 0 mol·L－1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S2O===2I－＋S4O)，指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中：‎ ‎①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。‎ ‎②玻璃液封装置的作用是________________。‎ ‎③Ⅴ中加入的指示剂通常为________，滴定至终点的现象是________。‎ ‎④测得混合气中ClO2的质量为________g。‎ 解析　(1)由KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制取ClO2的反应中，KCO3→CO2，则KClO3作氧化剂；Na2O3→Na2O4，则Na2SO3作还原剂，根据电子守恒，n(KClO3)∶n(Na2SO3)＝2∶1。(2)①由制备ClO2的流程图可知， 电解NH4Cl溶液和盐酸的混合物得到NCl3溶液和H2，根据电子守恒和质量守恒可写出该反应的化学方程式。②由制备ClO2的流程图可知，NaClO2和NCl3两溶液反应生成NH3，说明溶液呈碱性；CO→CO2，‎ C3→H3＋C－，因此溶液X中大量存在的阴离子有OH－和Cl－。③ClO2和NH3均是易溶于水的气体，a项错误，d项错误；b项，碱石灰与NH3不反应，错误；c项，浓硫酸易吸收NH3，而与ClO2不反应，正确。‎ ‎(3)①ClO2与KI溶液反应时，CO2→C－，2I－→I2，反应环境为酸性，从而可写出该反应的离子方程式。②玻璃液封装置的作用是防止残余的ClO2气体挥发到空气中，污染空气。③步骤V反应中，I2→2I－，I2使淀粉溶液显蓝色，故可选用淀粉溶液作指示剂，滴定至终点时溶液由蓝色变为无色。④由反应2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O、I2＋2S2O===2I－＋S4O可得关系式：2ClO2～5I2～10S2O，n(S2O)＝0.100 0 mol·L－1×20.00 mL×10－3 L/mL＝2×10－3 mol，则n(ClO2)＝2×10－3 mol×2/10＝4×10－4 mol，m(ClO2)＝4×10－4 mol×67.5 g·mol－1＝0.027 00 g。‎ 答案　(1) 2∶1‎ ‎(2)①NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3②Cl－、OH－③c ‎(3)①2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O ‎ ‎②吸收残余的二氧化氯气体(其他合理答案也可) ‎ ‎③淀粉溶液　溶液由蓝色变为无色且30 s内不恢复原色 ‎④0.027 00‎ ‎【练后归纳】‎ 氧化还原反应滴定指示剂的选择 ‎1．自身指示剂：有些标准溶液或被滴定物质本身有颜色，而滴定产物为无色，则滴定时就无需另加指示剂，自身颜色变化可以起指示剂的作用，此类指示剂称为自身指示剂。如MnO本身在溶液中显紫红色，还原后的产物Mn2＋为无色，所以用高锰酸钾溶液滴定时，不需要另加指示剂。‎ ‎2．显色指示剂：有些物质本身并没有颜色，但它能与滴定剂或被测物质反应产生特殊的颜色，或开始有特殊颜色，滴定后变为无色，因而可指示滴定终点。如滴定前溶液中无单质碘，滴定后有单质碘生成等，可用淀粉等作为指示剂。‎ 人品好的人，自带光芒，无论走到哪里，总会熠熠生辉。人活着，谁都会有烦恼，每天都有烦恼，最重要的是你不理会烦恼，烦恼自然就没有了！因此，朋友们，最好的活法，就只要记住这两句话：烦恼天天有，不捡自然无！当你不开心的时候，想想自己还剩下多少天可以折腾，还有多少时间够你作践。你开心，这一天过了；不开心，一天也过了。想明白了，你就再也不会生气了。当你烦恼的时候，想想人生就是减法，见一面少一面，活一天就少一天，还有什么好烦恼的呢，不忘人恩，不念人过，不思人非，不计人怨。不缺谁，不少谁，对得起良心就好。当你忧伤的时候，想想生活就是一场路过，赤条条来，赤条条去，带不来一丝尘土，带不走半片云彩。什么功名利禄，什么人情往份，啥你都带不走，想明白了，还有什么好难过的？当你不满的时候，想想和富人比，我们活着知足就是幸福。和病人比，我们活着健康就是幸福。和死人比，我们还活着就是幸福。人这辈子想活好，心要简单，人要糊涂。当你生气的时候，想想是否有必要为不值得的人生气？有必要为不值得的事闹心？好好吃饭，好好睡觉，好好养老，好好花钱就可以了。你好好的，家人好好的，一切也就好好的了！当你计较的时候，想想人在世间走，本是一场空，何必处处计较