電子守恒在氧化還原反應計算中的應用

摘 要： 電子守恒在眾多守恒中是一個重點，也是一個難點，更是每年必考的考點，本文主要介紹了電子守恒在氧化還原反應計算中的一些應用。

關鍵詞： 電子守恒 氧化還原反應 計算 應用

電子守恒作為氧化還原反應中的重要規律，其應用貫穿于整個高中教學，是一個重點，也是一個難點，更是每年高考的必考的考點，而且難度偏大。雖然學生知道電子守恒的存在，但很難熟練運用。為了便于學生理解并且熟悉常見的題型，提高分析問題、解決問題的能力，現將有關題型歸納如下。

一、應用于化合價的計算

例：24mL濃度為0.05mol·L的ＮａＳＯ溶液，恰好與20mL濃度為0.02mol·L的ＫＣｒＯ溶液完全反應，則Ｃｒ元素在還原產物中的化合價為（?搖 ?搖）。

A.+6?搖?搖B.+3?搖?搖C.+2?搖?搖D.0

解析：ＮａＳＯ和ＫＣｒＯ的反應同學們不會寫，所以這類題目用化學方程式解不太好解，但用電子守恒來解就很簡單。題目中提到“Ｃｒ元素在還原產物中的化合價”，所以Ｃｒ元素是被還原的，得電子，化合價降低，假設Ｃｒ元素在還原產物中的化合價為x，則Ｃｒ元素得到的電子數目為［（+6）-x）］×2×0.02×20×10。由于ＫＣｒＯ為氧化劑，則ＮａＳＯ為還原劑，S元素失去電子，化合價升高，S元素化合價由+4價升高，只能變為+6價，故S元素失去的電子數目為［（+6）-（+4）］×0.05×24×10。

根據電子守恒得：

二、應用于化學（或離子）方程式配平

例在xR+yH+O=mR+nHO的離子反應中，化學計量數x=?搖 ?搖?搖?搖。

解析：這道題若用質量守恒和電荷守恒也可以求解，但用電子守恒更方便，氧化劑O得到的電子總數為2×［0-（-2）］，還原劑R失去的電子總數為x×［（+3）-（+2）］，由電子守恒得：2×［0-（-2）］=x×［（+3）-（+2）］，x=4。

三、應用于多元素參與的氧化還原反應計算

例將m molCuS和足量稀HNO反應，生成Cu（NO）、HSO、NO和HO。則參加反應的硝酸中被還原的硝酸的物質的量是（?搖 ?搖）。

A.4mmol?搖?搖B.10mmol?搖?搖C.mol?搖?搖D.mol

解析：此題有兩個難點：一個是化合價變化的元素種類多，有三種；第二個是參加反應的HNO的物質的量不等于被還原的HNO的物質的量，有一部分HNO體現酸性生成了Cu（NO），有一部分HNO體現氧化性生成了NO，由化學方程式計算得到的是總HNO的量。用電子守恒來計算就簡單些，m molCuS失去的電子數為：［（+2）-（+1）］×2×m mol+［（+6）-（-2）］×m mol=10m mol，而每個HNO分子被還原成NO要得到3個電子，故被還原的HNO為mol，選C。

四、應用于多步氧化還原反應的計算

例3.84g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：這道題需要注意兩點：一是濃硝酸為“一定量”而不是“足量”，因此不一定都是銅跟濃硝酸的反應，在反應后期也可能是銅跟稀硝酸的反應。不管是銅和那種硝酸反應，都是銅失去電子給硝酸，使得硝酸被還原成NO或NO和ＮＯ的混合物，根據電子守恒，銅失去的電子數應等于硝酸被還原成NO或NO和ＮＯ的混合物得到的電子數。二是生成的NO或NO和ＮＯ的混合物與氧氣、水反應又變成了硝酸，NO或NO和ＮＯ的混合物被氧化成硝酸所失去的電子數應等于氧氣所得到的電子數，在這個過程中一開始是硝酸被還原成NO或NO和ＮＯ的混合物，后來NO或NO和ＮＯ的混合物又被氧化成硝酸，且物質的量沒有發生變化，由此可見銅失去的電子數應等于氧氣所得到的電子數。故：

［（+2）-0］×（3.84ｇ÷64ｇ·mol）=［0-（-2）×2］×ｎ（Ｏ）

ｎ（Ｏ）=0.03mol

Ｖ（Ｏ）=0.03mol×22.4Ｌ·mol=0.672Ｌ

五、電子守恒法在電解類型中的應用

例將兩個惰性電極插入到500mLAgNO溶液中，通電電解，當電解質溶液的pH從6.0變為3.0時（設電解時陰極沒有H逸出，且電解質溶液在電解前后體積變化可以忽略），則電極上析出銀的質量的是（?搖?搖 ）。

A.27mg?搖?搖B.54mg?搖?搖C.108mg?搖?搖D.216mg

解析：題中pH=6可看成Ag的水解使溶液呈弱酸性，通電之后水分子在陽極失去電子，生成氧氣和氫離子，當pH變為3時，n（H）=1×10mol/L×0.5L=5×10mol，電解過程中產生的氫離子的物質的量為：5×10mol-5×10mol≈5×10mol，根據陽極的電極反應（2ＨＯ-4ｅ=Ｏ+4Ｈ）可知水分子在陽極上失去的電子的物質的量為：5×10mol。根據陰陽極上得失電子數相等，銀離子在陰極上得到的電子數也為5×10mol，根據陰極的電極反應（4Ａｇ+4ｅ=4Ａｇ）可知析出的銀的物質的量也為5×10mol，所以析出銀的質量為m（Ag）=5×10mol×108g·mol=5.4×10g=54mg，故本題應選B。

在解化學計算題時，不要急于去寫化學方程式，通過化學方程式來解決問題，尤其是多步氧化還原反應，注意應用電子守恒規律，往往能化繁為簡，收到事半功倍的效果，提高解題的速度和準確度。

參考文獻：

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