有关氧化还原反应的试题解析

有关氧化还原反应，近几年重现率较高，而且常与元素化合物知识相结合进行考查。其主要考查内容都是围绕以下知识进行的。

一、考查氧化还原反应的基本规律

例1．（2007江苏，16）某合金(仅含铜、铁)中铜和铁的物质的量之和为ymol，其中Cu的物质的量分数为a，将其全部投入50mLbmol?L－1的硝酸溶液中，加热使其充分反应(假设NO是唯一的还原产物)。下列说法正确的是（）

A．若金属有剩余，在溶液中再滴入硫酸后，金属又开始溶解

B．若金属全部溶解，则溶液中一定含有Fe3＋

C．若金属全部溶解，且产生336mL气体(标准状况)，则b=0.3

D．当溶液中金属离子只有Fe3＋、Cu2＋时，则a与b的关系为：b≥80y(1－a/3)

解析：本题考查氧化还原反应的基本规律，综合性强，能很好地检查考生思维的有序性、敏捷性和严密性。Cu、Fe都能被硝酸氧化，由于还原性：Fe>Cu，故合金与硝酸混合时发生的反应顺序为：①Fe+4H++NO－3=Fe3++NO+2H2O，②3Cu+8H++2NO－3=3Cu2++2NO+4H2O，③Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+。若金属有剩余，则必为Cu，在溶液中再滴入硫酸后，虽然Cu不能直接被稀硫酸氧化，因为金属活动性顺序表中Cu在H后，但溶液中仍含有NO－3，酸性条件下NO－3能氧化Cu，所以金属又开始溶解，A正确；若金属全部溶解，可能是发生反应①②或①②③，故反应后溶液中可以含有Fe3＋与Cu2+，也可以是Fe2+与Cu2+，B错误；若金属全部溶解，则参加反应的HNO3必然有两种作用，部分显酸性的作用，另一部分显强氧化性的作用，即n(HNO3)参加反应>n(HNO3)氧化剂，由于“NO是唯一的还原产物”，根据原子个数守恒原理，氧化剂与还原产物之间的关系式为：HNO3～NO，故n(HNO3)氧化剂=n(NO)，由于n(NO)=0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，则n(HNO3)参加反应>0.015mol，再根据n(HNO3)参加反应=0.05L×bmol?L－1>0.015mol，则b>0.3，所以C错误；当溶液中金属离子只有Fe3＋、Cu2＋时，则只会发生反应①②，且硝酸过量或恰好完全反应，则根据离子方程式计算参加反应的HNO3的物质的量（即参加反应的H+的物质的量，因为二者的关系式为HNO3～H+）：

Fe+4H++NO－3=Fe3++NO+2H2O

14

（1－a）ymol 4（1－a）ymol

3Cu+8H++2NO－3=3Cu2++2NO+4H2O

3 8

a×ymol 8/3×a×ymol

4（1－a）y+8/3×a×y≤0.05b

解之得：b≥80y(1－a/3)，所以D正确。

答案：AD

点评：氧化还原反应的基本规律是学习时的重点，也是难点，高考中不考则已，一考就有较好的区分度和难度。因此，必须弄清每个规律及其适用范围，如守恒律可用于有关氧化还原反应的计算及氧化还原反应方程式的配平，价态律可用于元素或物质的氧化性、还原性的判断，强弱律可用于一定条件下氧化性（或还原性）强的物质制备氧化性（或还原性）弱的物质、比较同一反应前后物质间氧化性或还原性的强弱，转化律可用于判断氧化还原反应能否发生及表示电子转移情况，难易律可用于判断物质的稳定性及反应的先后顺序。

二、考查守恒思想在解题中的应用

例2．（2007四川，10）足量铜与一定量浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（）

A．60mL B．45mL C．30mL D．15mL

解析：本题主要考查氧化还原反应中的得失电子守恒、质量守恒及电荷守恒定律。本题中先后发生两个氧化还原反应，即“①足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体”和“②NO2、N2O4、NO的混合气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸”，根据电子守恒原理：①金属铜失去电子的物质的量等于作氧化剂的HNO3转化为还原产物（氮的三种氧化物）时所得到电子的物质的量，②氧气得到电子的物质的量等于作还原剂的氮的三种氧化物转化为氧化产物（HNO3）时所失去电子的物质的量，由于起始时作氧化剂的HNO3与最终生成的HNO3必然相等，则这两个氧化还原反应中转移的电子的物质的量是相等的，故Cu变成Cu2+时失去的电子的物质的量一定等于O2变成HNO3时所得到电子的物质的量；根据关系式：O2+4e－2O2－，n(O2)=V(O2)÷Vm=1.68L÷22.4L/mol=0.075mol，其得到的电子为n(O2)×4=0.075mol×4=0.3mol，故Cu失去的电子为0.3mol，根据关系式：Cu－2e－Cu2+，n(Cu2+)×2=0.3mol，则n(Cu2+)=0.15mol；再根据化学方程式：Cu(NO3)2+2NaOH=Cu(OH)2+2NaNO3，故n(NaOH)=n【Cu(NO3)2】×2=n(Cu2+)×2=0.15mol×2=0.3mol，则V【NaOH(aq)】=n(NaOH)÷c(NaOH)=0.3mol÷5mol／L=0.06L=60mL。

答案：A

点评：氧化还原反应中元素化合价升高总数必然等于元素化合价降低总数，实质是还原剂失电子总数等于氧化剂得电子总数，简称电子得失守恒。它适用范围广，如多步连续进行的氧化还原反应，只要中间各步反应过程电子没有损耗，可直接找出起始物和最终产物，删去中间产物，建立二者之间的守恒关系，快速求解；又如多种氧化剂（或还原剂）参与的氧化还原反应，可根据得失电子守恒巧解。

（作者单位：河南省巩义市第二高级中学）