高考化学复习 氧化还原反应概念和规律7

氧化还原反应概念和规律
目前,汽车尾气系统中均安装了催化转化器。

在催化器中,汽车尾气中的CO和NO在催化剂的作用下反应,生成CO2和N2。

问题1：汽车尾气中的CO来源于石油的燃烧,那尾气中的NO是如何产生的呢？是否也来自石油的燃烧呢？产生NO的反应是氧化还原反应吗？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
提示：石油的主要成分是烃,只含C、H两种元素,燃烧时不能产生NO。

在汽车发动机的气缸中,空气中的
N2和O2在火花塞放电的情况下化合生成NO,对应的方程式为N2+O22NO,该反应存在元素化合价的变化,属于氧化还原反应。

问题2：写出在催化器中汽车尾气中的CO和NO在催化剂的作用下反应生成CO2和N2的化学方程式,并指出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物；该反应对减少汽车尾气污染有何作用？(素养角度——变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任)
提示：2CO+2NO2CO2+N2,NO为氧化剂,CO为还原剂,CO2为氧化产物,N2为还原产物；该反应将大气污染物CO和NO转化为无污染的N2和CO2,有利于环境保护。

(双选)工业上从海水中提取溴单质时,可用纯碱溶液吸收空气吹出的溴,发生反应：
(Ⅰ)3Br2+3Na2CO35NaBr+NaBrO3+3CO2；
(Ⅱ)5NaBr+NaBrO3 +3H2SO43Na2SO4+3Br2+3H2O
下列有关判断正确的是( )
A.反应(Ⅰ)中氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶1
B.溴元素由化合态转化成游离态时一定发生了还原反应
C.反应(Ⅱ)中生成3 mol Br2时,必有5 mol电子转移
D.氧化还原反应中化合价变化的元素一定是不同种元素
【解析】选A、C。

反应(Ⅰ)3Br2+3Na2CO35NaBr+NaBrO3+3CO2中溴为氧化剂和还原剂,其中作氧化剂的溴为2.5 mol,作还原剂的溴为0.5 mol,故二者比例为5∶1,A项正确；溴元素由化合态转化成游离态时化合价可能降低也可能升高,可能发生氧化反应或还原反应,B项错误；反应(Ⅱ)5NaBr+NaBrO3 +3H2SO4 3Na2SO4+3Br2+3H2O中溴化钠中的溴从-1价升高到0价,溴酸钠中溴从+5价降低到0价,所以生成3 mol Br2时,必有5 mol电子转移,C项正确；在氧化还原反应中肯定有元素化合价变化,可能是一种元素也可能是不同的元素,D项错误。

【加固训练】
1.含a mol FeCl3的溶液中加入含b mol Fe和b mol Cu的混合粉末充分反应(忽略离子的水解),下列说法中,不正确的是( )
A.当a≤2b时,发生的离子反应为2Fe3++Fe3Fe2+
B.当2b≤a≤4b时,反应中转移电子的物质的量n(e-)为2b mol ≤n(e-)≤4b mol
C.当2a=5b时,发生的总离子反应为10Fe3++4Fe+Cu14Fe2++Cu2+
D.当2b<a<4b时,反应后的溶液中n(Fe2+)∶n(Cu2+)=(a-2b)∶(a+b)
【解析】选D。

金属性铁>铜,铁离子首先氧化金属铁, 当a≤2b时铁离子不足,发生的离子反应为
2Fe3++Fe3Fe2+,A项正确；当2b≤a≤4b时铁离子全部参与反应,因此反应中转移电子的物质的量n(e-)为a mol,即为2b mol≤n(e-)≤4b mol,B项正确；当2a=5b时铁全部反应,铜部分反应,发生的总离子反应为10Fe3++4Fe+Cu14Fe2++Cu2+,C项正确；当2b<a<4b时铁全部反应,铜部分反应,与铁反应的铁离子是2b mol,则与铜反应的铁离子是a mol-2b mol,所以生成铜离子是0.5a mol-b mol,因此反应后的溶液中
n(Fe2+)∶n(Cu2+)=2(a+b)∶
(a-2b),D项错误。

2.(2020·吕梁模拟)已知酸性： H2CO3>HClO>HC,氧化性：HClO>Cl2>Br2>Fe3+>I2。

下列离子方程式正确的是( )
A.Fe3+与I-不能共存的原因：Fe3++2I-Fe2++I2
B.向NaClO溶液中滴加浓盐酸：ClO-+H+HClO
C.向含1 mol FeBr2溶液中通入1 mol Cl2：2Fe2++2Br-+2Cl22Fe3++Br2+4Cl-
D.向NaClO溶液中通入少量二氧化碳：2ClO-+CO2+ H2O HClO+C
【解析】选C。

根据氧化性Fe3+>I2,所以Fe3+可以和I-反应生成I2,但题中所给方程式不满足得失电子守恒和电荷守恒关系,正确的离子方程式应该是2Fe3++2I-
2Fe2++I2,A项错误；因氧化性HClO>Cl2,所以向NaClO溶液中滴加浓盐酸可以发生氧化还原反应生成Cl2,离子反应为Cl-+ClO-+2H+H2O+Cl2↑,B项错误；向含1 mol FeBr2溶液中通入1 mol Cl2,由氧化性顺序Cl2>Br2>Fe3+及得失电子守恒可知,离子反应正确的是2Fe2++2Br-+2Cl22Fe3++Br2+4Cl-,C项正确；根据酸
性强弱顺序：H2CO3>HClO>HC,可知向NaClO溶液中通入少量二氧化碳,反应的产物应该为HClO和HC,
离子反应为ClO-+CO2+H2O HClO+HC, D项错误。

3.(2018·北京高考)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。

资料：K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液；具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。

(1)制备K2FeO4(夹持装置略)
①A为氯气发生装置。

A中反应方程式是__(锰被还原为Mn2+)。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

③C中得到紫色固体和溶液。

C中Cl2发生的反应有
3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有______。

(2)探究K2FeO4的性质
①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。

为证明是否K2FeO4氧化
了Cl-而产生Cl2,设计以下方案：
方案Ⅰ取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色。

方案Ⅱ用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b。

取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生。

i.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有________离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由__ 产生(用方程式表示)。

ii.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。

用KOH溶液洗涤的目的是__。

②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________Fe(填“>”或“<”),而方案Ⅱ实验表明,Cl2和Fe
的氧化性强弱关系相反,原因是__ __。

③资料表明,酸性溶液中的氧化性Fe>Mn,验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合
溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性Fe>Mn。

若能,请说明理由；若不能,进一步设计实验方案。

理由或方案：____。

【解析】(1)①A中KMnO4与浓盐酸反应,锰被还原为Mn2+,故反应方程式是2KMnO4+
16HCl(浓)2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O。

②Cl2中混有HCl,可用饱和食盐水除去,故除杂装置B为。

③由图示信息,溶液中有KOH,故还有Cl2与KOH之间的歧化反应：Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。

(2)①“取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色”,说明a中含Fe3+,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,因为K2FeO4具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,还可能由
4Fe+20H+4Fe3++3O2↑+10H2O产生。

K2FeO4在碱性溶液中较稳定。

ClO-与Cl-在酸性条件下反应生成Cl2,用KOH溶液洗涤的目的是排除ClO-的干扰。

②K2FeO4的制备实验中,溶液呈碱性,发生反应
3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O,根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,故氧化性：
Cl2>Fe。

实验Ⅱ中加入了盐酸,溶液的酸碱性发生变化,Cl2和Fe的氧化性强弱关系发生变化。

③若能证明,根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2,最后溶液中不存在Fe,溶液振荡后呈浅紫色一定是Mn的颜色,说明Fe将Mn2+氧化成Mn,所以该实验方案能证明氧化性
Fe>Mn(或不能证明,因溶液b呈紫色,溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中,c(Fe)变小,溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案,方案为向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色)。

答案：(1)①2KMnO4+16HCl(浓)2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O
②
③Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O
(2)①i.Fe3+ 4Fe+20H+4Fe3++3O2↑+10H2O
ii.排除ClO-的干扰
②>溶液的酸碱性不同
③能证明,理由：Fe在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2,溶液浅紫色一定是Mn的颜色(或不能证明,方案：向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色)。