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第5讲　氧化还原反应方程式的配平和计算
(说明:选择题每小题3分)
层次1基础性
1.(2024·安徽安庆阶段考)某离子反应中涉及H2O、ClO-、N、H+、N2、Cl-六种粒子。其中N2的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.该反应的还原剂是Cl-
B.消耗1 mol还原剂,转移3 mol电子
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D.反应后溶液的酸性减弱
2.(2025·河北衡水中学调研)在焊接铜器时可用NH4Cl溶液除去铜器表面的氧化铜以便焊接,其反应为CuO+NH4ClCu+CuCl2+N2↑+H2O(未配平)。下列说法正确的是(　　)
A.反应中被氧化和被还原的元素分别为Cu和N
B.该反应中被还原的CuO占参与反应CuO的
C.反应中产生0.2 mol气体时,转移0.6 mol电子
D.反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为3∶2
3.(2025·江苏盐城期初调研)酸性KMnO4溶液和CuS混合时,发生的反应如下:Mn+CuS+H+Cu2++SO2↑+Mn2++H2O(未配平),下列有关该反应的说法中正确的是(　　)
A.被氧化的元素是Cu和S
B.Mn2+的还原性强于CuS的还原性
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶5
D.若生成2.24 L(标准状况下)SO2,转移电子的物质的量是0.8 mol
4.(2025·江苏苏州期初调研)高铜酸钠(NaCuO2)是黑色难溶于水的固体,具有强氧化性,在中性或碱性环境下稳定。一种制备高铜酸钠的原理为Cu+NaClO+NaOHNaCuO2+NaCl+H2O(未配平)。下列说法错误的是(　　)
A.NaCuO2中铜的化合价为+3价
B.1 mol ClO-参加反应转移2 mol电子
C.反应中氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶3
D.NaCuO2与稀硫酸反应的离子方程式为4Cu+12H+4Cu2++O2↑+6H2O
5.酸性环境中,纳米Fe除去N的过程中含氮微粒的变化如图所示,溶液中铁以Fe2+形式存在。下列有关说法错误的是(　　)
NNN
A.反应②的离子方程式为N+3Fe+8H+N+3Fe2++2H2O
B.增大单位体积水体中纳米Fe的投入量,可提高N的除去效果
C.a mol N完全转化为N至少需要4a mol铁
D.假设反应都能彻底进行,反应①②消耗的铁的物质的量之比为3∶1
6.(8分)氧化还原反应在工业生产、环保及科研中有广泛的应用。
(1)氢化亚铜(CuH)是一种难溶物质,用CuSO4溶液和“另一物质”在40~50 ℃时反应可生成CuH。CuH具有的性质:不稳定,易分解,在氯气中能燃烧;与稀盐酸反应能生成气体,Cu+在酸性条件下发生的反应是2Cu+Cu2++Cu。
①写出CuH在氯气中燃烧的化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　。
②CuH溶解在稀盐酸中生成的气体是　　　　　(填化学式)。
③将CuH溶解在足量的稀硝酸中生成的气体只有NO,请写出CuH溶解在足量稀硝酸中反应的离子方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)钒性能优良,用途广泛,有金属“维生素”之称。
①将废钒催化剂(主要成分V2O5)与稀硫酸、亚硫酸钾溶液混合,充分反应后生成VO2+等离子,该反应的化学方程式是　。
②V2O5能与盐酸反应产生VO2+和一种黄绿色气体,该气体能与Na2SO3溶液反应而被吸收,则S、Cl-、VO2+还原性由强到弱的顺序是　　　　　　　　　。
7.(10分)(2024·陕西渭南模拟)氧化还原反应在物质制备方面应用广泛。
(1)下面三个方法都可以用来制氯气:
①4HCl(浓)+MnO2MnCl2+Cl2↑+2H2O
②KClO3+6HCl(浓)3Cl2↑+KCl+3H2O
③2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
根据以上三个反应,回答下列有关问题。
Ⅰ.反应①中,氧化产物与还原产物的质量之比为　　　　。
Ⅱ.反应②中若产生标准状况下氯气3.36 L,则转移电子物质的量是　　　　　。
Ⅲ.补全方程式并配平
已知:　　KMnO4+　　　KNO2+　　　　 　　MnSO4+　　K2SO4+　　KNO3+　　H2O
(2)A、B、C为三种单质(其中A为固体,B、C为气体),D的饱和溶液滴入沸水中继续加热,液体呈红褐色,B、C反应的产物易溶于水得到无色溶液E,它们之间的转化关系如图。
填写下列空白:
①物质A是　　　　　　(填名称),纯净的C在盛有B的集气瓶中燃烧的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②向F中加入NaOH溶液,并在空气中放置时发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　　　　。
层次2综合性
8.已知:①KMnO4+HCl(浓)KCl+MnCl2+Cl2↑+H2O(未配平);
②检验Mn2+的存在:5S2+2Mn2++8H2O10S+2Mn+16H+。
下列说法中错误的是(　　)
A.S2中存在一个过氧键(—O—O—),则S2中硫元素的化合价为+7价
B.反应②若有0.1 mol还原剂被氧化,则转移电子0.5 mol
C.K2S2O8与浓盐酸混合可得到黄绿色气体
D.反应①中消耗0.2 mol KMnO4时,被氧化的HCl为1 mol
9.(2025·江西重点中学十校联考)用硫化亚铁、硫化亚铜处理酸性废水中的Cr2,发生的反应如下:
反应Ⅰ:FeS+Cr2+H+Fe3++S+Cr3++H2O(未配平)
反应Ⅱ:Cu2S+Cr2+H+Cu2++S+Cr3++H2O(未配平)
下列说法错误的是(　　)
A.当参加反应的FeS和Cu2S物质的量相同时,FeS去除的Cr2较多
B.反应中每处理含0.1 mol Cr2的废水需要转移0.6 mol e-
C.反应Ⅱ中涉及三种元素价态变化
D.使用FeS除去废水中Cr2的同时,还有利于吸附悬浮杂质
10.利用锌灰(主要成分为ZnO,含有CuO、PbO、SiO2、FeO、Fe2O3等杂质)制备高纯ZnO的工艺流程如下,下列说法错误的是(　　)
A.滤渣1的主要成分为SiO2、PbSO4
B.步骤1中发生反应的离子方程式为Mn+3Fe2++7H2O3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+
C.加入试剂a发生置换反应:Zn+CuSO4ZnSO4+Cu
D.取步骤3后的干燥滤饼11.2 g进行煅烧,可得产品8.1 g,则x=2
11.(2025·辽宁东北育才学校模拟)工业上常用碱性NaClO废液吸收SO2,反应原理为ClO-+SO2+2OH-Cl-+S+H2O,部分催化过程如图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.“过程1”中Ni2O3具有还原性
B.“过程2”中若有2 mol Cl—O断裂,则转移4 mol电子
C.反应过程中产生的O可加快对SO2的吸收
D.若吸收1 mol SO2,整个过程需要0.5 mol Ni2O3
12.碱式氯化铜[CuaClb(OH)c·xH2O]是一种重要的无机杀虫剂,它可以通过以下步骤制备。步骤1:将铜粉加入稀盐酸中,并持续通空气反应生成CuCl2。已知Fe3+对该反应有催化作用,其催化原理如图所示。步骤2:在制得的CuCl2溶液中加入石灰乳充分反应后即可制得碱式氯化铜。下列有关说法错误的是(　　)
A.a、b、c之间的关系式为a=2b+2c
B.图中M、N分别为Fe3+、Fe2+
C.为了除去CuCl2溶液中的杂质Fe3+,可加入过量的CuO、过滤
D.若制备1 mol CuaClb(OH)c·xH2O,理论上消耗11.2a L(标准状况)O2
13.CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.Y可以是甲酸乙酯
B.利用途径①制备24 g硫酸铜,消耗的硝酸至少为0.1 mol
C.Cu元素参与了3个氧化还原反应
D.若途径⑤中n(O2)∶n(Cu2O)=3∶2,则X为SO2
14.(8分)(2022·重庆卷,15节选)电子印制工业产生的某退锡废液含硝酸、锡化合物及少量Fe3+和Cu2+等,对其处理的流程如图。
(1)沉淀1的主要成分是SnO2,焙烧时,与NaOH反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)产品中锡含量的测定
称取产品1.500 g,用大量盐酸溶解,在CO2保护下,先用Al片将Sn4+还原为Sn2+,再用0.100 0 mol·L-1 KIO3标准溶液滴定,以淀粉作指示剂滴定过程中I被还原为I-,终点时消耗KIO3溶液20.00 mL。
①终点时的现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　,产生I2反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②产品中Sn的质量分数为　　　　　　。
层次3创新性
15.(2024·江西景德镇三模)某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2,另含少量铁、铝、铜、镍的化合物)作脱硫剂,通过如下简化流程,既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料MnO2。下列叙述错误的是 (　　)
A.X可能是MnCO3
B.若滤渣2是CuS和NiS,则Y一定是H2S
C.还原酸浸时,MnO2参与的反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
D.氧化时发生反应的离子方程式:2Mn+3Mn2++2H2O4H++5MnO2↓
16.(11分)(2024·陕西商洛二模)锂离子电池在我们日常生活中随处可见,随之而来的是废旧电池的合理处理,否则会造成新的环境污染。从废旧锂离子电池正极材料(主要含LiCoO2、Al等)中回收Co并制取CoC2O4·2H2O的工艺流程如图所示:
已知:①LiCoO2与NaOH溶液不反应;
②金属Co易被磁铁吸引,与稀硫酸反应生成大量氢气。
回答下列问题:
(1)“除铝”前需将废旧锂离子电池经过放电、破碎处理,其中破碎的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,“除铝”时反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“高温还原”时,有CO生成,发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;“高温还原”时,通入N2的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)从安全性角度考虑,“酸浸”时先加入过氧化氢溶液,再加入稀硫酸的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,“酸浸”发生的总反应离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)在高温条件下,CoC2O4在空气中反应生成Co2O3和CO2,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
第5讲　氧化还原反应方程式的配平和计算
1.B　解析:由曲线变化图可知,随反应进行N2的物质的量增大,故N2是生成物,则N应是反应物,N元素化合价发生变化,具有氧化性的ClO-为反应物,由氯元素守恒可知Cl-是生成物,配平可得:3ClO-+2NN2↑+3H2O+3Cl-+2H+。该反应的还原剂为N,A错误;N元素化合价由-3价升高到0价,则消耗1 mol还原剂,转移3 mol电子,B正确;氧化剂是ClO-,还原剂是N,其物质的量之比为3∶2,C错误;反应生成H+,溶液酸性增强,D错误。
2.D　解析:根据CuO+NH4ClCu+CuCl2+N2↑+H2O分析可知:Cu由+2价降低为0价,被还原;N的化合价由-3升高为0,被氧化;根据电子守恒、原子守恒配平:4CuO+2NH4Cl3Cu+CuCl2+N2↑+4H2O。氯化铵中N化合价升高被氧化,氧化铜中Cu化合价降低被还原,则被氧化和被还原的元素分别为N和Cu,A错误;由反应的化学方程式可知,被还原的氧化铜占参加反应的氧化铜的,B错误;由反应可知,生成1 mol气体时转移6 mol电子,则产生0.2 mol气体时转移的电子为0.2 mol×6=1.2 mol,C错误;根据反应的化学方程式可知,参加反应的氧化剂为氧化铜,还原剂为氯化铵,作氧化剂的氧化铜与作还原剂的氯化铵的物质的量之比为3∶2,D正确。
3.C　解析:反应中,铜元素的化合价没变,硫元素的化合价由-2价升到+4价,只有硫元素被氧化,A错误;还原剂的还原性大于还原产物的还原性,则还原性CuS>Mn2+,B错误;氧化剂为KMnO4,还原剂为CuS,设KMnO4为x mol,CuS为y mol,根据电子守恒:x×(7-2)=y×[4-(-2)],x∶y=6∶5,所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶5,C正确;二氧化硫物质的量为0.1 mol,由方程式可知,反应中硫元素化合价由-2价升高为+4价,故转移电子0.1 mol×(4+2)=0.6 mol,D错误。
4.D　解析:配平可得:2Cu+3NaClO+2NaOH2NaCuO2+3NaCl+H2O。NaCuO2中Na为+1价、O为-2价,则铜的化合价为+3价,A正确;ClO-→Cl-,氯元素的化合价由+1降低到-1,则1 mol ClO-参加反应转移2 mol电子,B正确;该反应中Cu元素化合价升高,则NaCuO2为氧化产物,Cl元素化合价降低,则NaCl为还原产物,两者的物质的量之比为2∶3,C正确;NaCuO2中铜的化合价为+3价,与稀硫酸反应Cu不变价,离子方程式为Cu+4H+Cu3++2H2O,D错误。
5.D　解析:反应②中N被Fe还原成N,Fe变成Fe2+,该反应的离子方程式为N+3Fe+8H+N+3Fe2++2H2O,A正确;增大单位体积水体中纳米Fe的投入量,可增大纳米Fe与N的接触面积,从而提高N的除去效果,B正确;结合①②反应可知,a mol N完全转化为N至少需要Fe的物质的量为4a mol,C正确;反应①为N+Fe+2H+N+Fe2++H2O,反应①与反应②消耗铁的物质的量之比为1∶3,D错误。
6.答案 (1)①2CuH+3Cl22CuCl2+2HCl　②H2
③CuH+3H++NCu2++2H2O+NO↑
(2)①V2O5+K2SO3+2H2SO42VOSO4+K2SO4+2H2O　②S>Cl->VO2+
7.答案 (1)71∶126　0.25 mol　2　5　3H2SO4　2　1　5　3
(2)①铁　氢气在氯气中安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口有白雾生成　②FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
解析:(1)Ⅰ.反应①中氧化产物为Cl2,还原产物为MnCl2,氧化产物与还原产物的质量之比为(35.5×2)∶(55+35.5×2)=71∶126。Ⅱ.反应②生成3 mol Cl2时转移电子5 mol,若标准状况下产生氯气3.36 L,即0.15 mol Cl2,则转移电子物质的量是0.25 mol。Ⅲ.根据得失电子守恒和质量守恒配平方程式为2KMnO4+5KNO2+3H2SO42MnSO4+K2SO4+5KNO3+3H2O。
(2)①根据题中信息分析可知,A是Fe、B是Cl2、C是H2、D是FeCl3、E是HCl;氢气在氯气中能安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口有白雾生成。②氯化亚铁与NaOH发生复分解反应生成氢氧化亚铁和氯化钠,化学方程式为FeCl2+2NaOHFe(OH)2↓+2NaCl;氢氧化亚铁在空气中易被氧化为氢氧化铁,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
8.A　解析:过氧键整体显-2价,S2中存在一个过氧键,则S2中硫元素的化合价为+6价,A错误;反应②中Mn2+为还原剂,若有2 mol还原剂被氧化,转移电子的物质的量为2 mol×(7-2)=10 mol,故若有0.1 mol还原剂被氧化,转移电子0.5 mol,B正确;根据反应②可知,K2S2O8的氧化性比高锰酸钾强,故其与浓盐酸混合可得到氯气,C正确;据守恒规律配平:2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,2 mol KMnO4参与反应时,消耗16 mol HCl,只有10 mol HCl被氧化为Cl2,则消耗0.2 mol KMnO4时,被氧化的HCl为1 mol,D正确。
9.A　解析:根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒,配平两个方程式如下:反应Ⅰ:2FeS+3Cr2+26H+2Fe3++2S+6Cr3++13H2O,反应Ⅱ:3Cu2S+5Cr2+46H+6Cu2++3S+10Cr3++23H2O。当参加反应的FeS和Cu2S物质的量相同时,Cu2S去除的Cr2较多,A错误;反应Ⅰ、Ⅱ中Cr元素化合价由+6价变成+3价,1 mol Cr2反应转移6 mol电子,处理0.1 mol Cr2的废水需要转移0.6 mol e-,B正确;反应Ⅱ中Cu元素化合价由+1价变成+2价,S元素化合价由-2价变成+6价,Cr元素化合价由+6价变成+3价,反应涉及三种元素价态变化,C正确;使用FeS除去废水中Cr2的同时生成Fe3+,Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,具有吸附性,可以吸附悬浮杂质,D正确。
10.D　解析:SiO2不与稀硫酸反应,锌灰中PbO与稀硫酸反应得到的PbSO4不溶于水,故滤渣1的主要成分为PbSO4、SiO2,A正确;加入KMnO4溶液氧化Fe2+生成Fe(OH)3,Mn则被还原为MnO2,离子方程式为Mn+3Fe2++7H2O3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,B正确;为除去硫酸铜可采用置换反应,试剂a为Zn,发生置换反应:Zn+CuSO4Cu+ZnSO4,C正确;设ZnCO3·xZn(OH)2的物质的量为y mol,煅烧ZnCO3·xZn(OH)2得到ZnO,则固体减少的质量等于二氧化碳、水的质量,n(ZnO)==0.1 mol,根据固体减少的质量、ZnO的物质的量列方程为44y+18xy=11.2-8.1、y+xy=0.1,解得x=1,y=0.05,D错误。
11.D　解析:“过程1”中,Ni2O3→NiO2,Ni元素的化合价升高,Ni2O3作还原剂,具有还原性,A正确;“过程2”中ClO-→Cl-,Cl元素由+1价降低到-1价,若有2 mol Cl—O断裂,则转移4 mol电子,B正确;反应过程中产生的O具有很强的活性,能将SO2氧化为SO3,与水作用生成H2SO4,故可加快对SO2的吸收,C正确;依据得失电子守恒,每吸收1 mol SO2需要转移2 mol e-,则整个过程需要Ni2O3 1 mol,D错误。
12.A　解析:根据化合物中正、负化合价的代数和为0可得2a=b+c,A错误;Fe3+水解使溶液显酸性,CuO与H+反应产生Cu2+和水,当溶液的pH增大到一定程度时,Fe3+形成Fe(OH)3而除去,从而达到除去Fe3+的目的,C正确;若制备1 mol CuaClb(OH)c·xH2O,转移的电子为2a mol,根据得失电子守恒,理论上消耗0.5a mol O2,标准状况下的体积为11.2a L,D正确。
13.C　解析:甲酸乙酯中含有醛基,可以与新制的氢氧化铜反应得到Cu2O,A正确;铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O,硫酸提供大量H+,N完全被还原,这时消耗的硝酸的量最少,途径①制备24 g硫酸铜,硫酸铜的物质的量为0.15 mol,可知硝酸的物质的量为0.1 mol,B正确;Cu元素参与了途径①、②、④、⑤共4个氧化还原反应,C错误;若途径⑤中n(O2)∶n(Cu2O)=3∶2,根据元素守恒可配平化学方程式:4CuSO43O2↑+4SO2↑+2Cu2O,方程式中得失电子数也守恒,故X为SO2,D正确。
14.答案 (1)SnO2+2NaOHNa2SnO3+H2O
(2)①滴入最后半滴KIO3标准溶液,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色　I+5I-+6H+3I2+3H2O
②47.6%
解析:(2)①滴定过程中I被还原为I-,当Sn2+反应完全后,再滴入KIO3溶液,I和I-在酸性条件下发生反应生成I2:I+5I-+6H+3I2+3H2O,淀粉遇I2变蓝色,故终点时的现象是滴入最后半滴KIO3标准溶液,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色。②滴定过程中发生反应:3Sn2++I+6H+3Sn4++I-+3H2O,则有n(Sn2+)=3n(KIO3)=3×0.02 L×0.100 0 mol·L-1=0.006 mol,则1.500 g产品中锡元素的质量分数为×100%=47.6%。
15.B　解析:“除铁铝”步骤加入X调节溶液的pH,促进Fe3+、Al3+水解生成氢氧化物沉淀,从而除去铁铝,X可能是MnCO3,A正确;“除铜镍”步骤加入Y,除Cu2+、Ni2+,若滤渣2是CuS和NiS,Y最好是MnS,除去杂质,且不引入新杂质,B错误;还原酸浸时,MnO2参与的反应中,发生反应MnO2+SO2MnSO4,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1,C正确;“氧化”步骤加入KMnO4将Mn2+氧化为MnO2,根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒配平该反应的离子方程式:2Mn+3Mn2++2H2O4H++5MnO2↓,D正确。
16.答案 (1)增大接触面积、加快反应速率　2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)2LiCoO2+2CCO↑+2Co+Li2CO3　隔绝空气,防止金属Co被氧化
(3)先加入稀硫酸可以直接得到Co2+,但会产生大量H2,易发生爆炸　Co+H2O2+2H+Co2++2H2O
(4)4CoC2O4+3O22Co2O3+8CO2
解析:(1)正极材料主要含LiCoO2、Al等,“除铝”时加入过量NaOH溶液,Al与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2,离子方程式为2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑。
(2)在“高温还原”时,为了防止金属Co被氧化,需要通入氮气隔绝氧气,LiCoO2、C高温还原生成CO、Co和Li2CO3,化学方程式为2LiCoO2+2CCO↑+2Co+Li2CO3。
(3)金属Co与稀硫酸反应生成大量氢气,从安全性角度考虑,“酸浸”时先加入过氧化氢溶液,避免产生大量H2,发生爆炸。“酸浸”时,金属Co在酸性条件被H2O2氧化生成CoSO4,发生的总反应离子方程式为Co+H2O2+2H+Co2++2H2O。
(4)高温条件下,CoC2O4在空气中反应生成Co2O3和CO2,Co由+2价升高到+3价,C由+3价升高到+4价,推测空气中O2作氧化剂,被还原为-2价氧,根据得失电子守恒和原子守恒可得化学方程式:4CoC2O4+3O22Co2O3+8CO2。
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