電子守恒原理在氧化還原反應中的應用

摘 要：利用電子守恒原理，既可配平氧化還原反應方程式，又可進行氧化還原反應的快速計算，本文通過舉例論述了電子守恒原則在氧化還原反應中的應用。

關鍵詞：氧化還原反應 得失電子守恒 氧化劑 還原劑

氧化還原反應的實質是電子的轉移(電子的得失或電子對的偏移)，特征為化合價的變化。一個氧化還原反應發生時，必然有電子的轉移，且氧化劑得電子總數一定等于還原劑失電子總數，即電子守恒。根據這一原理，既可配平氧化還原反應方程式，又可進行氧化還原反應的快速計算。現將電子守恒原理在氧化還原反應解題中的應用舉例如下：

題型一：有關氧化劑與還原劑或氧化產物與還原產物物質的量關系的判斷

例1硫酸銨在強熱條件下分解，生成氨、二氧化硫、氮氣和水，反應中生成的氧化產物和還原產物的物質的量的比是()。

A.1∶3?搖?搖?搖B.2∶3?搖?搖?搖C.1∶1?搖?搖?搖D.4∶3

解析：氧化產物是氮氣，每生成1摩爾氮氣，失去6摩爾電子，還原產物是二氧化硫，每生成1摩爾二氧化硫，得到2摩爾電子，因此根據得失電子守恒原則可知：氧化產物和還原產物的物質的量的比是1∶3，故本題正確答案為C。

例2ClO 是一種廣譜性的消毒劑，根據世界環保聯盟的要求，ClO 將逐漸取代Cl 成為生產自來水的消毒劑。工業上ClO 常用NaClO 和Na SO 溶液混合并加H SO 酸化后反應制得，在以上反應中NaClO 和Na SO 的物質的量之比為()。

A.1∶l B.2∶1C.1∶2 D.2∶3

解析：因NaClO 每生成1摩爾ClO 得到1摩爾電子，Na SO 每生成1摩爾Na SO 失去2摩爾電子，因此根據得失電子守恒原則可知，反應中NaClO 和Na SO 的物質的量之比為2∶1，故本題正確答案為B。

題型二：關于氧化產物或還原產物中元素化合價的判斷

例3R O在一定條件下可以將Mn 氧化成MnO，若反應后R O離子變為RO，又知反應中氧化劑與還原劑物質的量之比為5∶2，則n值為（）。

A.4?搖?搖?搖?搖?搖B.3?搖?搖?搖?搖?搖C.2?搖?搖?搖?搖?搖D.1

解析：本題從表面看求n值，實質是要求解反應離子R O中R的化合價，設R O中R為x價，依據得失電子守恒可知：2×（x-6）×5=5×2，解得x=7，即n=2，故本題正確答案為C。

題型三：關于氧化產物、還原產物化學式的確定

例4硫代硫酸鈉可作為脫氯劑，已知25.0mL0.100mol／L Na S O 溶液恰好把224mL(標準狀況)Cl 完全轉化為C1 ，則S O將轉化成()。

A.S ?搖?搖?搖B.S?搖?搖?搖C.SO?搖?搖?搖?搖D.SO

解析：設S O的氧化產物中硫元素的化合價為n，則根據得失電子守恒原則得：(0.224L÷22.4L/mol)×2=0.100mol／L×25.0×10 L×2(n-2)，解得n=+6，故本題正確答案為D。

例5某金屬單質跟一定濃度的硝酸反應，假定只產生單一的還原產物。當參加反應的單質與被還原硝酸的物質的量之比為2∶l時，還原產物是()。

A.NO ?搖?搖?搖?搖B.NO?搖?搖?搖?搖C.N O?搖?搖?搖?搖D.N

解析：設金屬為R，其化合價為n，HNO 的還原產物中氮元素的化合價為x，則根據得失電子守恒原則得：2n= 5-x，當n=1時，x=3，不合題意；當n=2時，x=1，還原產物為N O，符合題意；當n=3時，x=-1，不合題意；當n=4時，x=-3，不合題意，故本題正確答案為C。

題型四：計算被氧化的還原劑或被還原的氧化劑的有關量

例6 （2007 全國卷Ⅰ）已知氧化還原反應2Cu(IO ) +24KI+12H SO =2CuI↓+13I ＋12K SO +12H O，其中1mol氧化劑在反應中得到的電子為（）。

A.10molB.11mol C.12mol D.13mol

解析：該反應中每有1mol氧化劑Cu(IO ) 被還原，就有11mol被氧化，根據得失電子守恒原則1mol氧化劑在反應中得到的電子為11mol，故本題正確答案為B。

例7高錳酸鉀和氫溴酸溶液可以發生下列反應：KMnO +HBr—Br +MnBr + KBr+H O。若消耗0.1mol氧化劑，則被氧化的還原劑的物質的量為()。

A.0.1mol B.0.2molC.0.5molD.1.0mol

解析：根據得失電子守恒原則得關系式“2KMnO～10HBr”，從而可得：2mol∶10mol =0.1mol∶n(HBr)，解得n(HBr)=0.5 mol，故本題正確答案為C。

題型五：確定反應方程式計量數

例8(2000 上海)KCIO 和濃鹽酸在一定條件下反應會生成黃綠色的易爆物二氧化氯，其變化為：□KClO +□HCl(濃)——□KCl+□ClO ↑+□Cl ↑+□□，請完成該化學反應方程式并配平。

解析：依化合價歸中規律及得失電子守恒規律知：KClO 得1e 成為ClO ，2HCl失2e 成為Cl ，所以KClO 及ClO 前系數為2，Cl 前計量數為1，再依次按Cl、H、O守恒，則未知物為H O，便知化學計量數依次為：2、4、 2、 2、1、2。

題型六：有關氧化還原反應的綜合計算

例93.84g銅和一定質量的濃硝酸反應，當銅反應完時，共收集到標準狀況時的氣體2.24L，若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升標況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？

解析：銅失去的電子數=被還原的硝酸得到的電子數=還原產物NO、NO 消耗的氧氣得到的電子數，省去中間計算得：銅失去的電子數=氧氣得到的電子數。

則ｎ(Ｏ )=3.84g÷64g/mol×2÷4=0.03mol

V(O )=0.03mol×22.4L/mol=0.672L

若用常規解法，應先求出NO、NO 的物質的量，再根據：

4NO +O +2H O=4HNO

4NO+3O +2H O=4HNO

計算出O 的物質的量，并求出其體積，此方法運算量大，中間計算多且復雜，容易出錯，用電子守恒法綜合考慮，可省去中間的各步計算，使計算簡化。

例10往100mL溴化亞鐵溶液中緩慢通入2.24L（標準狀況）氯氣，反應完成后溶液中有 的溴離子被氧化成溴單質。求原溴化亞鐵溶液的物質的量濃度。

解析：由于還原性：Fe ＞Br ，Br 已部分被氧化，故Fe 已全部被氧化。

設原FeBr 的物質的量濃度為x，根據氧化還原反應中得電子總數等于失電子總數，可得：

(x+2x× )×0.1L×1=2× ?圯x=1.2mol·L

從以上例題可以看出涉及氧化還原反應的相關問題時，準確找到氧化劑和還原劑得失電子的數目，然后巧妙地運用電子守恒法，可以快速準確地解決氧化還原反應的相關問題，提高我們多視角分析問題、解決問題的能力。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”