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专题04 氧化还原反应及其应用
直击考点
高频考点一 氧化还原反应的概念
一、氧化还原反应
1.氧化还原反应本质和特征
2.基本概念及相互关系
概括为“升失氧、降得还，剂性一致、其他相反”
例如，反应Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O中，氧化剂是浓H2SO4，还原剂是Cu，氧化产物是CuSO4。生成1 mol SO2时转移电子数目为2NA，被还原的H2SO4的物质的量是1mol，浓硫酸表现的性质是酸性和强氧化性。
【特别提醒】
(1)元素由化合态变为游离态，该元素不一定被还原。
(2)在氧化还原反应中，一种元素被氧化，不一定有另一种元素被还原，也可能是同一元素既被氧化又被还原。
3.氧化还原反应电子转移的表示方法
(1)双线桥法：①标变价，②画箭头，③算数目，④说变化。
实例：用双线桥法标出铜和浓硝酸反应电子转移的方向和数目
。
(2)单线桥法：箭头由失电子原子指向得电子原子，线桥上只标电子转移的数目，不标“得到”、“失去”字样。
实例：用单线桥法标出铜和稀硝酸反应电子转移的方向和数目
。
4.氧化还原反应与四种基本反应类型的关系
二、常见的氧化剂和还原剂
1.常见氧化剂
常见氧化剂包括某些非金属单质、含有高价态元素的化合物、过氧化物等。如：
2.常见还原剂
常见还原剂包括活泼的金属单质、非金属离子及低价态化合物、低价金属阳离子、非金属单质及其氢化物等。如：
3.具有中间价态的物质既有氧化性，又有还原性
高频考点二 氧化还原反应的规律及应用
1.守恒规律
氧化剂得电子总数＝还原剂失电子总数。
2.价态规律：
(1)元素处于最高价，只有氧化性 ，如Fe3＋、Ag＋等；元素处于最低价，只有还原性，如S2－、I－等；元素处于中间价态，既有氧化性又有还原性，如Fe2＋、Cl2等。
(2)归中反应规律
不同价态的同种元素间发生氧化还原反应时，该元素价态的变化一定遵循“高价＋低价―→中间价”，而不会出现交叉现象。简记为“两相靠，不相交”。
如在反应KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O中，氧化产物是Cl2，还原产物是Cl2，1 mol KClO3反应时转移电子数是5NA。
(3)歧化反应规律
“中间价―→高价＋低价”。具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应，如：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。1 mol Cl2反应时转移电子数为NA。
3.强弱规律
自发进行的氧化还原反应，一般遵循强氧化剂制弱氧化剂，强还原剂制弱还原剂，即“强制弱”。
氧化剂＋还原剂―→还原产物＋氧化产物
氧化性：氧化剂＞氧化产物；
还原性：还原剂＞还原产物。
4.先后规律
在浓度相差不大的溶液中：
(1)同时含有几种还原剂时将按照还原性由强到弱的顺序依次反应。如在FeBr2溶液中通入少量Cl2时，因为还原性：Fe2＋>Br－，所以Fe2＋先与Cl2反应。
(2)同时含有几种氧化剂时将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应。
如在含有Fe3＋、Cu2＋、H＋的溶液中加入铁粉，因为氧化性Fe3＋>Cu2＋>H＋，所以铁粉先与Fe3＋反应，然后再与Cu2＋反应，最后与H＋反应。
高频考点三 氧化还原反应方程式的书写与配平
1.氧化还原方程式配平的基本原则
2.氧化还原方程式配平的一般步骤
3.缺项型氧化还原反应方程式的配平方法
①配平方法
先用“化合价升降法”配平含有变价元素的物质的化学计量数，然后由原子守恒确定未知物，再根据原子守恒进行配平。
②补项原则
条件 补项原则
酸性条件下 缺H或多O补H＋，少O补H2O
碱性条件下 缺H或多O补H2O，少O补OH－
高频考点四 氧化还原滴定
1.原理：以氧化剂或还原剂为滴定剂，直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质，或者间接滴定一些本身并没有还原性或氧化性，但能与某些还原剂或氧化剂反应的物质。
2.试剂：常见的用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7等；常见的用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、维生素C等。
3.指示剂：氧化还原滴定法的指示剂有三类。①氧化还原指示剂；②专用指示剂，如在碘量法滴定中，可溶性淀粉溶液遇碘标准溶液变蓝；③自身指示剂，如高锰酸钾标准溶液滴定草酸时，滴定终点为溶液由无色变为紫色。
跟踪测试
1.NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法中错误的是（ ）
A. 标准状况下22.4 L异丁烷的分子数为NA
B. 78 g苯(C6H6)和苯乙烯(C8H8)的混合物中含有的碳氢键数一定为6NA
C. 某温度下，1L pH=3的醋酸溶液稀释到10L时，溶液中H+的数目大于0.01NA
D. 向仅含0.2 mol FeI2的溶液中持续通入Cl2 ， 当有0.1 mol Fe2＋被氧化时，转移电子的数目为0.5NA 。(不考虑Cl2与H2O的反应)
2.若1mol 能将5molFe2+ 氧化为Fe3+ ，则在还原产物中R元素的化合价为( )
A. +2 B. +3 C. +4 D. +5
3.用NA表示阿伏加德罗常数的数值，下列说法中错误的是（ ）
A. 标准状况下，22.4LCl2通入足量NaOH溶液中，完全反应时转移的电子数为2NA
B. 20gD2O含有的电子数为10NA
C. 1L0.1mol L-1NH4NO3溶液中的氮原子数为0.2NA
D. 25℃时，1.0LpH=12的NaClO溶液中由水电离出OH-的数目为0.01NA
4. 是阿伏伽德罗常数的值，下列说法正确的是( )
A. 23 g Na在氧气中充分燃烧生成 ，转移电子数为2
B. 的NaOH溶液中，含有 的数日为0.01
C. 电子数为 的 分子的质量为1.6g
D. 标准状况下，3.36 L的 中含有氧原子的数目为0.45
5.将浓盐酸滴入KMnO4溶液中，产生黄绿色气体，溶液的紫红色褪去；向反应后的溶液中加入NaBiO3 ， 溶液又变为紫红色，BiO3-反应后变为无色的Bi3+。下列说法错误的是( )
A. 滴加盐酸时，KMnO4 是氧化剂，Cl2是氧化产物
B. 此实验条件下，还原性：Cl->Mn2+>Bi3+
C. 若有0.2 mol NaBiO3参加了反应，则整个过程转移电子为0.8NA
D. 已知Bi为第VA族元素，上述实验说明Bi具有较强的非金属性
6.工业上制备硝酸的一个重要反应为：4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A. O2被氧化 B. 每生成1 mol NO转移的电子数目为20e-
C. NH3发生还原反应 D. NH3是还原剂
7.电视剧中《三生三世十里桃花》中的仙境美轮美奂，其中所需的烟雾是在放于温热石棉网上的NH4NO3和Zn粉的混合物中滴几滴水后产生的白烟：NH4NO3＋Zn=ZnO＋N2↑＋2H2O，下列说法中正确的是( )
A. 每生成1molZnO共转移2mol电子 B. NH4NO3既是氧化剂又是还原剂
C. 水可能是中间产物 D. 每产生448mLN2共转移0.1mol电子
8.在标准状况下，0.672L H2S气体通入含有0.01mol X2O 离子的酸性溶液中，两者恰好完全反应，而且H2S全部被氧化成硫单质，则X元素在还原产物中的化合价为( )
A. +4 B. +3 C. +2 D. +1
9.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2—CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法错误的是（ ）
A. 由TiO2制得1mol金属Ti，理论上外电路转移4mol电子 B. 阳极的电极反应式为2O2－－4e－=O2↑
C. 在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少 D. 装置中石墨电极材料需要定期更换
10.利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。H+、O2、 等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt ， 其中用于有效腐蚀的电子的物质的量ne。下列说法错误的是（ ）
A. 反应①②③④均在正极发生
B. ④的电极反应式为 +10H++8e-= +3H2O
C. 单位时间内，三氯乙烯脱去amolCl时ne=amol
D. 增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量，可使nt增大
11.用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A. 0.1mol重水(D2O) 分子中含有的中子数为NA
B. 10g质量分数为46%的C2H5OH水溶液中含有的氧原子数目为0.1NA
C. 标准状况下，2.24L己烷中含有的共价键数目为1．9NA
D. 过氧化氢分解制得标准状况下2.24LO2 ， 转移电子数目为0.4NA
12.利用光伏电池提供电能处理废水中的污染物(有机酸阴离子用R－表示)，并回收有机酸HR，装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A. 在光伏电池中a极为正极 B. 石墨(2)极附近溶液的pH降低
C. HR溶液：c2＜c1 D. 若两极共收集3mol气体，则理论上转移4mol电子
答案解析
1.【答案】 C
【解析】A. 异丁烷在标况下为气态，标准状况下22.4 L异丁烷为1mol，所含分子数为NA ， 故A不符合题意；
B. 苯(C6H6)和苯乙烯(C8H8)的最简式相同，都是CH，78 g混合物含CH的物质的量为 =6mol，所以含有的碳氢键数一定为6NA ， 故B不符合题意；
C. 将pH=3的醋酸稀释10倍后，由于醋酸是弱酸，稀释促进电离，溶液中氢离子浓度大于原来的 ，所以pH大于3而小于4，溶液中H+的数目小于0.01NA ， 故C符合题意；
D. 0.2 mol FeI2的溶液中含有0.2molFe2+和0.4molI- ， 由于还原性I-> Fe2+ ， 通入Cl2 ， I-先被氧化，0.4molI-消耗0.2molCl2 ， 当有0.1 mol Fe2＋被氧化时，转移电子的数目为0.4 NA +0.1 NA =0.5NA ， 故D不符合题意。
故答案为：C。
2.【答案】 A
【解析】设在还原产物中R元素的化合价为a，根据得失电子守恒5mol×(3-2)= 1mol×(7-a)，a=+2，
故答案为：A。
3.【答案】 A
【解析】A、Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，1mol氯气参加反应转移1mol电子，因此标准状况下22.4L氯气参加此反应转移1mol电子，个数为NA ， 选项A符合题意；
B、20g D2O的物质的量为1mol，1mol重水中含有10mol电子，含有的电子数为10NA ， 选项B不符合题意；
C、溶液中硝酸铵的物质的量n=cV=0.1mol/L×1L=0.1mol，而1mol硝酸铵中含2molN原子，故0.1mol硝酸铵中含0.2NA个氮原子，选项C不符合题意；
D、次氯酸钠是强碱弱酸盐，溶液呈碱性，溶液中的OH-都是由水电离出来，25℃时，pH=12的1.0LNaClO溶液中c(H+)=10-12mol/L，c(OH-)=10-2mol/L,则水电离出的OH－的数目为0.01NA,选项D不符合题意；
故答案为：A。
4.【答案】 C
【解析】A．钠转化为过氧化钠时需要失去电子，23g Na（即1mol Na）共失去1mol电子，故23g Na充分燃烧生成Na2O2时，转移电子数为NA ， A不符合题意；
B．溶液体积未知，不能计算溶液中OH-的个数，B不符合题意；
C． 1mol甲烷分子中有10mol电子，当有NA（即1mol）个电子时，甲烷的物质的量为0.1mol，故甲烷质量为1.6g，C符合题意；
D．标准状况下，SO3为固体，无法利用气体摩尔体积进行计算，D不符合题意；
故答案为：C。
5.【答案】 D
【解析】A. 滴加盐酸时，生成氯气，Cl元素的化合价升高，故KMnO4是氧化剂，Cl2是氧化产物，A不符合题意；
B. 还原剂的还原性大于还原产物的还原性，根据反应 2MnO4- + 10 Cl- + 16H+ = Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O和5NaBiO3 + 2Mn2+ + 14H+ = 2MnO4- + 5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O可知，还原性Cl->Mn2+>Bi3+， B不符合题意；
C. 若有0.2m olNaBiO3参加了反应，则整个过程转移电子为0.2mol×(5-3)+0.2mol××(7-2)=0.8mol,电子数为0.8NA ， C不符合题意；
D. Bi元素属于金属元素，Bi不具有较强的非金属性，D符合题意；
故答案为：D
6.【答案】 D
【解析】A.根据氧化还原反应，知道氨气做还原剂，被氧化，氧气做氧化剂，被还原，故A不符合要求
B.根据转移电子的关系， 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O ~20e，即可计算出生成1molNO转移5mol电子，故B不符合要求
C.根据氧化还原反应，知道氨气做还原剂，被氧化，氧气做氧化剂，被还原，故C不符合要求
D.根据氧化还原反应，知道氨气做还原剂，被氧化，氧气做氧化剂，被还原，故D符合要求
故答案为：D
7.【答案】 B
【解析】A．在反应NH4NO3＋Zn=ZnO＋N2↑＋2H2O中，电子转移的数目为5e- ， 所以每生成1molZnO，共转移5mol电子，A不符合题意；
B．NH4NO3中N元素价态既升高又降低，所以既是氧化剂又是还原剂，B符合题意；
C．反应产物与水都不发生反应，所以水不是中间产物，C不符合题意；
D．没有指明反应的温度和压强，无法计算448mLN2的物质的量，所以无法确定转移电子的物质的量，D不符合题意；
故答案为：B。
8.【答案】 B
【解析】在标准状况下，0.672LH2S的物质的量为 =0.03mol，设X元素在还原产物中的化合价为x，
H2S全部被氧化成硫单质，由氧化还原反应中得失电子守恒可知，
0.03mol×（2-0）=0.01mol×2×（6-x），解得x=+3。
故答案为：B。
9.【答案】 B
【解析】A. 钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子，故A不符合题意；
B. 阳极上电极反应式为C+2O2--4e-═CO2↑，故B符合题意；
C. 2Ca+TiO2 Ti+2CaO，所以CaO质量不会减少，故C不符合题意；
D. 阳极上电极反应式为C+2O2--4e-═CO2↑，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca+TiO2 Ti+2CaO，C的不断消耗注定装置中石墨电极材料需要定期更换，故D不符合题意；
故答案为：B。
10.【答案】 C
【解析】A．由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知，反应①②③④均为得电子的反应，所以应在正极发生，A项不符合题意；
B．由示意图及元素N的化合价变化可写出如下转化NO3-+8e-→NH4+ ， 由于生成物中有NH4+ ， 所以只能用H+和H2O来配平该反应而不能用H2O和OH-来配平，所以④的电极反应式为 +10H++8e-= +3H2O，B项不符合题意；
C．三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为+1价，乙烯中C原子化合价为-2价，1 mol C2HCl3转化为1 mol C2H4时，得到6 mol电子，脱去3 mol氯原子，所以脱去a mol Cl时ne=2a mol，C项符合题意；
D．增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量，可以增大小微粒ZVI和正极的接触面积，加快ZVI释放电子的速率，可使nt增大，D项不符合题意；
故答案为：C。
11.【答案】 A
【解析】A.一分子重水（D2O）中含有10个中子，因此0.1molD2O中所含中子数为0.1mol×10×NA=1NA ， A符合题意；
B.该乙醇溶液中含乙醇的质量为10g×46%=4.6g，所含氧原子数为 ， 水的质量为10g-4.6g=5.4g，所含氧原子数为 ， 因此该乙醇溶液中所含氧原子数为0.4NA ， B不符合题意；
C.标准状态下，己烷不属于气体，无法应用气体摩尔体积进行计算，C不符合题意；
D.标准状态下2.24LO2的物质的量为0.1mol，由反应的化学方程式可知，每生成1分子O2转移2个电子，因此生成0.1molO2时，转移电子数为0.2mol，即0.2NA ， D不符合题意；
故答案为：A
12.【答案】 B
【解析】A.根据电子移动的方向，可知在光伏电池中a极为正极，b为负极，故A不符合题意；
B. 石墨(2)为电解池的阴极，H+得电子变成氢气，使c(H+)降低，pH升高，故B符合题意；
C. 石墨(1)为电解池的阳极，OH-失电子变成氧气，使得c(H+)升高，透过阳膜进入浓缩室；石墨(2)为电解池的阴极，H+得电子变成氢气，R-透过阴膜进入浓缩室，使得浓缩室中HR浓度增大，所以HR溶液：c2＜c1 ， 故C不符合题意；
D. 根据阳极：4OH-—4e-=O2↑+2H2O；阴极：4H++4e-=2H2↑，所以若两极共收集3mol气体，则理论上转移4mol电子，故D不符合题意；
故答案为：B。

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