氧化还原反应是贯穿高中始终的理论,它和原电池、电解池相关内容构成一个完整的知识体系。高考考查时两点难度较大,一是推理性氧化还原方程式书写,二是电化学未知总反应电极反应书写,两点都以氧化还原反应为基础。
以2012年新课标全国卷26题(4)问为例:
(4)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为 ;与MnO2—Zn电池类似,K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为 ,该电池总反应的离子方程式为 。
第一问:
(1)写出题目明确给出的反应物、生成物化学式,在利用“价态规律-有升必有降”推出的反可能没有给出的还原产物或氧化产物。
题目明确给出的反应物有Fe3+、OH-(但二者不能共存,应该以Fe(OH)3形式存在)、ClO-,明确给出的生成物是FeO42-,由价态变化规律及铁价态升高的事实知,ClO-是氧化剂,其还原产物是Cl-,先写出:Fe(OH)3+ClO-→FeO42-+Cl-。
(2) 依据得失电子守恒配平氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的计量数。
配平它们的计量数为:2 Fe(OH)3+3ClO-→2FeO42-+3Cl-
(3)结合介质酸碱性、质量守恒原理、电荷守恒(离子方程式)确定有无其它反应物或生成物及可能的成分。
方程式右侧离子所带负电荷比左侧多4个单位,故左侧应该还有4位的OH-参加反应:2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-,最后根据质量守恒确定有水生成:2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+H2O
(4)配平其它物质的计量数。不少情况下需要在反应式中添加“H2O、H+”或“H2O、OH-”才能满足质量守恒的要求,添加的原则是:在酸性溶液中不添加碱(或OH-),在碱性溶液不应添加酸(或H+)。 配平氢元素后得:2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
方法归纳:第一步 写出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
第二步 根据得失电子守恒配系数。
第三步:结合介质酸碱性、质量守恒原理、电荷守恒(离子方程式)确定其他反应物和生产物及其系数。
第二问:电化学,其实就是把自发或非自发的氧化还原反应分开在两极发生,书写电极反应时与推理性氧化还原反应书写有相类似的地方。
(1)判池、定极:判断是原电池还是电解池并确定电极的正负和阴阳,从而确定在电极上的反应类型(阳氧氧负---阳极发生氧化,负极发生氧化),根据化合价升降即可确定反应物和生产物。
题目中明确是原电池,K2FeO4在电池中作为正极材料化合价降低,所以Zn为负极电极材料,化合价升高。
(2)写出比较容易书写的一极的电极反应式,(注意电极产物是否与电解质溶液共存);
负极发生氧化反应, Zn-2e-=== Zn2+ ,题目明确是碱性电池,所以应为Zn-2e-=== Zn (OH)2再根据电荷守恒前面必修带2个单位的负电荷,所以负极电极反应式为:Zn+ 2OH--2e-=== Zn (OH)2;正极发生还原反应:FeO42- + 3e- = Fe3+;题目明确是碱性电池,所以应为FeO42- + 3e- = Fe(OH)3 再根据电荷守恒后面必修带5个单位的负电荷,所以电极方程式为FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-;
(3)使两极的是电子总数相等后,两式相加,得到电池总反应为:
2FeO42- + 8H2O + 3Zn = 2Fe(OH)3 + 3Zn(OH)2 + 4OH-
如果知道总反应式或可充电电池电极反应式书写,遵守三步法:第一,先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参与负极和正极反应的物质;第二,写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存);第三,在电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反,充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程,充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。
方法归纳:依据电化学和氧化还原反应规律判池,定极。结合介质酸碱性、质量守恒原理、电荷守恒书写电极方程式。注意加减法的应用。
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