电子守恒关于化学计算

电子守恒关于化学计算

氧化还原反应是中学化学学习的主线，也是高考必考的考点之一，从近几年高考试题的变化趋势来看，出现了一种难度较大以考查能力为主的新题型：求氧化产物和还原产物的物质的量比；给出陌生的物质，判断反应后的化合价或是否是氧化产物、还原产物等。尽管千变万化，但都离不开判断化合价的升降、电子的转移、电子数的守恒。

下面通过几个例题，谈谈电子守恒法在化学计算中的应用。

一、省去中间过程，简化计算

例1, 3.84g铜和一定质量的浓硝酸反应，当铜反应完时，共收集到标准状况时的气体2.24L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标况下的氧气才能使集气瓶充满溶液?

解析：铜失电子数＝被还原的硝酸得的电子数＝氧化硝酸的还原产物ＮＯ，ＮＯ２消耗的氧气得的电子数，省去中间计算，得铜失的电子数＝氧气得的电子数。

则ｎ4（Ｏ２）＝3.84ｇ÷64ｇ.mol－１×2×1／4

＝0.03mol

Ｖ（Ｏ２）＝0.03mol×22.4Ｌ.mol－１＝0.672Ｌ

若用常规解法，应先求出NO，NO２的物质的量，再根据：

4ＮＯ２＋Ｏ２＋2Ｈ２Ｏ＝4ＨＮＯ３

4ＮＯ＋3Ｏ２＋2Ｈ２Ｏ＝4ＨＮＯ３

计算出Ｏ２的物质的量，并求出其体积，此方法运算量大，中间计算多且复杂，容易出错，用电子守恒法综合考虑，可省去中间的各步计算，使计算简化。

二、在电解类题中的应用

例2,用两支惰性电极插入500ｍＬＡｇＮＯ３溶液中，通电电解，当电解液的ｐＨ从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有Ｈ２析出，且电解前后溶液体积不变），电极上应析出银的质量是（）。

A.27mg

B.54mg

C.108mg

D.216mg

解析：根据得失电子守恒写出电极反应式：

阴极：4Ａｇ＋＋4ｅ＝4Ａｇ

阳极：2Ｈ２Ｏ－4ｅ＝Ｏ２＋4Ｈ＋

可知：Ａｇ＋? Ｈ＋

1mol 1mol

ｘ 1×10－３×0.5－1×10－６×0.5

ｘ＝5×10－４

则析出银的质量为:

5×10－４mol×108ｇ.mol－１?

＝5.4×10－２g＝54ｍｇ

三、判断氧化产物或还原产物的化合价

例3,24mL浓度为0.05mol.L－１的Ｎａ２ＳＯ３溶液，恰好与20mL浓度为0.02mol.L－１的Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液完全反应，则Ｃｒ元素在还原产物中的化合价为（）。

A.+6

B.+3

C.+2

D.0

解析：反应中Ｃｒ元素的化合价变化为2×（6－ｘ），S元素的化合价变化为6－4＝2。

20×10－３×0.02×2×（6－ｘ）＝24×10－３×0.05×2

ｘ＝3

答案：B。

四、在产物不确定类题中的应用

例4,10gＦｅ－Ｍｇ合金溶解在一定量的某浓度的稀硝酸中，当金属完全反应后，收集到标况下4.48ＬＮＯ气体（设ＨＮＯ３的还原产物只有ＮＯ）。在反应后的溶液中加入足量的ＮａＯＨ溶液，可得多少克沉

淀?

解析：该反应中Ｆｅ的变价无法确定，用常规法得讨论计算。仔细审题后发现，Ｍｇ，Ｆｅ失电子数等于氮元素得电子数。

ｎ失＝ｎ得＝4.48Ｌ÷22.4Ｌ.mol－１×3

＝0.6mol

Ｆｅ，Ｍｇ失电子后的阳离子所带正电荷共为0.6mol，它也等于沉淀该阳离子所需ＯＨ－的物质的量。即ｎ（ＯＨ－）＝0.6mol。

ｍ沉淀＝ｍ阳+ｍ（ＯＨ－）

＝10ｇ＋0.6mol×17ｇ.mol－１

＝20.2ｇ

得失电子守恒的规律是我们解氧化还原类题的一把钥匙，巧妙地运用电子守恒法可以快速准确地解决问题，提高我们多视角分析问题、解决问题的能力。

常见气体的制法

气体名称：氧气

化学式：O2

相对分子质量：32

反应方程式：2KClO3=(MnO2)=△=2KCl+3O2↑

基本反应类型：分解反应

反应物状态：固固加热

水溶性：难溶

颜色：无色

气味：无味

收集方法：向上排空气法，排水法

排空气验满方法：带火星木条，复燃

可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，碱石灰，无水CaCl2，P2O5

其他制取方法：2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑；2H2O2=(MnO2)=2H2O+O2↑

注意事项：KClO3催化分解时试管中不能混有任何可燃物，否则引起爆炸。

气体名称：氢气

化学式：H2

相对分子质量：2

反应方程式：Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑

基本反应类型：置换反应

反应物状态：固液常温

水溶性：难溶

颜色：无色

气味：无味

收集方法：向下排空气法，排水法

可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，碱石灰，无水CaCl2，P2O5

其他制取方法：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑

注意事项：不能使用浓H2SO4和任何浓度的HNO3。点燃或加热前必须验纯，以免爆炸。

气体名称：一氧化碳

化学式：CO

相对分子质量：28

反应方程式：HCOOH=(浓H2SO4)=△=H2O+CO↑

基本反应类型：分解反应

反应物状态：固液加热

水溶性：难溶

颜色：无色

气味：无味（有毒！）

收集方法：排水法，向下排空气法

可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，碱石灰，无水CaCl2，P2O5

其他制取方法：C+CO2=高温=2CO；H2C2O4=(浓H2SO4)=△=H2O+CO↑+CO2↑

注意事项：必须在通风橱中操作。点燃或加热前必须验纯，以免爆炸。尾气可点燃除去，以免污染大气。

气体名称：二氧化碳

化学式：CO2

相对分子质量：44

反应方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O

反应物状态：固液常温

水溶性：能溶(1:1)

颜色：无色

气味：无味

收集方法：向上排空气法

排空气验满方法：燃着的木条，熄灭

可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，无水CaCl2，P2O5

注意事项：不能用H2SO4代替HCl，因生成CaSO4沉淀阻碍反应继续进行。

气体名称：二氧化硫

化学式：SO2

相对分子质量：64

反应方程式：Na2SO3(固)+H2SO4(中等浓度)=Na2SO4+SO2↑+H2O

反应物状态：固液常温

水溶性：易溶(1:40)

颜色：无色

气味：刺激性气味（有毒！）

收集方法：向上排空气法

排空气验满方法：湿润的品红试纸，试纸腿色

可选用的干燥剂：浓H2SO4，无水CuSO4，无水CaCl2，P2O5

其他制取方法：2H2SO4(浓)+S=△=3SO2↑+2H2O气体名称：氯气

化学式：Cl2

相对分子质量：71

反应方程式：MnO2+4HCl(浓)=△=MnCl2+Cl2↑+2H2O