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课时作业7 氧化还原反应的计算及方程式的配平
[授课提示:对应学生用书第301页]
[基础题组]
1.(2017·宁夏银川质检)宋代著名法医学家宋慈的《洗冤集录》中有一银针验毒的记载,银针验毒的原理是4Ag+2H2S+O2===2X+2H2O,下列说法不正确的是( )
A.X的化学式为Ag2S
B.银针验毒时,空气中的氧气得到电子
C.反应中Ag和H2S均是还原剂
D.每生成1 mol X,反应转移2 mol e-
解析:A项,根据原子守恒,X为Ag2S,正确;B项,银失电子,空气中的氧气得电子,正确;C项,根据化合价的变化可知,H2S中的各元素化合价没有发生变化,不是还原剂,错误;D项,4 mol Ag参与反应时失去4 mol电子生成2 mol X,则每生成1 mol X,反应转移2 mol e-,正确。
答案:C
2.(2017·河北石家庄质检)一定条件下,硝酸铵受热分解的化学方程式为NH4NO3→HNO3+N2+H2O(未配平),该反应中,被氧化与被还原的氮原子个数之比为( )
A.5∶3 B.5∶4
C.1∶1 D.3∶5
解析:在反应5NH4NO32HNO3+4N2↑+9H2O中,一部分氮元素由-3价升高为0价,被氧化,一部分氮元素由+5价降低为0价,被还原,还有一部分氮元素的化合价未改变。根据电子转移守恒,可知被氧化与被还原的氮原子个数之比为(5-0)∶[0-(-3)]=5∶3,本题选A。
答案:A
3.(2017·河北衡水期末)NaNO2是一种食品添加剂,能致癌。酸性KMnO4溶液与NaNO2反应的离子方程式是MnO+NO+―→Mn2++NO+H2O(未配平)。下列叙述中正确的是( )
A.该反应中NO被还原
B.反应过程中溶液的pH减小
C.生成1 mol NaNO3需消耗0.4 mol KMnO4
D.中的粒子是OH-
解析:Mn化合价:+7→+2,N化合价:+3→
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+5,N的化合价升高,被氧化,在酸性条件下,消耗H+,pH增大,A、B、D三项均错误。
答案:C
4.(2017·陕西师大附中期中)对于反应KMnO4+HCl(浓)——KCl+MnCl2+Cl2+H2O(未配平),若有0.1 mol KMnO4参加反应,下列说法不正确的是( )
A.转移0.5 mol电子
B.氧化产物与还原产物物质的量之比为5∶2
C.参加反应的HCl为0.8 mol
D.氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶8
解析:配平后各物质的化学计算数分别是2、16、2、2、5、8。从方程式知2 mol KMnO4参加反应,消耗HCl 16 mol,转移电子10 mol,当有0.1 mol KMnO4参加反应时,参加反应的HCl为0.8 mol,转移0.5 mol电子,A、C正确;由反应知氧化产物为Cl2,还原产物为MnCl2,物质的量之比为5∶2,B正确;氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶5,D错误。
答案:D
5.等物质的量的下列物质与足量稀硝酸反应,氧化产物为Cu2+或SO,还原产物为NO。消耗硝酸的量最多的是( )
A.Cu B.Cu2O
C.CuS D.Cu2S
解析:设固体的物质的量均为1 mol,根据得失电子守恒和硝酸铜的组成计算消耗HNO3(包括表现氧化性和表现酸性的HNO3)物质的量。A项,n(HNO3)=2 mol+ mol= mol。B项,n(HNO3)=2 mol×2+ mol= mol。C项,1 mol CuS转化为CuSO4时,消耗n(HNO3)=mol。D项,1 mol Cu2S转化为Cu(NO3)2和CuSO4,消耗n(HNO3)=2 mol+ mol= mol。本题选D。
答案:D
6.(2017·甘肃兰州调研)在酸性溶液中,下列物质氧化KI溶液时,自身发生如下变化:甲:KIO3(IO→I2);乙:H2O2(H2O2→H2O);丙:FeCl3(Fe3+→Fe2+);丁:K2Cr2O7(Cr2O→Cr3+)。用浓度均为0.1 mol·L-1的已经酸化的上述氧化剂滴定等量的KI溶液,所需体积的大小顺序为( )
A.甲>乙>丙>丁 B.乙>丙>丁>甲
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C.丁>甲>乙>丙 D.丙>乙>甲>丁
解析:氧化等量的KI,需要等浓度的氧化剂体积越大,相同物质的量的氧化剂得到的电子越少;1 mol题中氧化剂与KI完全反应时得到的电子分别为5 mol、2 mol、1 mol、6 mol,故D项正确。
答案:D
7.(2017·徐州模拟)建筑工地常用的NaNO2因外观和食盐相似,又有咸味,容易使人误食中毒。已知NaNO2能发生如下反应:
NaNO2+HI―→NO↑+I2+NaI+H2O
(1)配平上面方程式。
(2)上述反应的氧化剂是________;若有1 mol的还原剂被氧化,则反应中转移电子的数目是________。
(3)根据上述反应,可用试纸和生活中常见的物质进行实验,以鉴别NaNO2和NaCl,可选用的物质有:①水 ②碘化钾淀粉试纸 ③淀粉 ④白酒 ⑤食醋,进行实验,下列选项合适的是________(填字母)。
A.③⑤ B.①②④
C.①②⑤ D.①②③⑤
(4)某厂废液中,含有2%~5%的NaNO2,直接排放会造成污染,采用NH4Cl,能使NaNO2转化为不引起二次污染的N2,反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(2)2NaNO2+4HI===2NO+I2+2NaI+2H2O,氮元素的化合价降低,所以NaNO2是氧化剂,4 mol HI参与反应,其中2 mol HI为还原剂,该反应转移电子是2 mol,所以若有1 mol的还原剂被氧化,则反应中转移电子的数目是1 mol即6.02×1023。(4)由信息型氧化还原反应化学方程式书写规律可得,方程式为NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O。
答案:(1)2 4 2 1 2 2 (2)NaNO2 6.02×1023 (3)C
(4)NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O
[能力题组]
1.LiAlH4是金属储氢材料又是有机合成中的常用试剂,遇水能剧烈反应释放出氢气,LiAlH4在125℃时分解为LiH、H2和Al。下列叙述错误的是( )
A.LiAlH4与乙醛作用生成乙醇,LiAlH4作还原剂
B.LiAlH4与D2O反应,所得氢气的摩尔质量为4 g·mol-1
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C.1 mol LiAlH4在125℃时完全分解,转移3 mol电子
D.LiAlH4与水反应生成三种物质时,化学方程式可表示为:LiAlH4+4H2O===Al(OH)3↓+LiOH+4H2↑
解析:由乙醛生成乙醇属于加氢还原过程,故LiAlH4作还原剂,A项正确;LiAlH4与D2O反应的化学方程式为LiAlH4+4D2O===Al(OD)3+LiOD+4HD↑,故反应所得氢气的摩尔质量为3 g·mol-1,B项错误;由反应的化学方程式:
知1 mol LiAlH4完全分解转移3 mol电子,C项正确;D项正确。
答案:B
2.(2017·河南联考)含有4.0 mol HNO3的稀硝酸分别与不同质量的铁粉反应,所得氧化产物a、b与铁粉物质的量关系如图所示(还原产物只有NO)。下列有关判断正确的是( )
A.a是Fe(NO3)2 B.n1=0.80 C.p=0.60 D.n3=1.20
解析:题图曲线相当于向含有0.4 mol HNO3的稀硝酸中逐渐加入铁粉,依次发生反应①Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O、②2Fe(NO3)3+Fe===3Fe(NO3)2,故a是Fe(NO3)3,b是Fe(NO3)2。当只发生反应①时,4 mol HNO3完全反应生成1 mol Fe(NO3)3,消耗1 mol Fe,即q=1,n1=1。当反应后溶质恰好为Fe(NO3)2时,共消耗1.5 mol Fe,Fe(NO3)2为1.5 mol,即r=1.5,n3=1.5。当反应后溶质为等物质的量的Fe(NO3)3和Fe(NO3)2时,反应②消耗0.2 mol Fe,生成0.6 mol Fe(NO3)2,剩余0.6 mol Fe(NO3)3,故p=0.6,n2=1.2。本题选C。
答案:C
3.(2017·晋商四校联考)FeS与一定浓度的HNO3反应,生成Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、NO2、N2O4、NO和H2O,当NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时,实际参加反应的FeS与HNO3的物质的量之比为( )
A.1∶6 B.1∶7 C.2∶11 D.16∶25
解析:设NO2、N2O4、NO的物质的量都是1
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mol,此时,消耗硝酸的物质的量=1 mol+2 mol+1 mol=4 mol,硝酸得到电子的物质的量为1 mol×(5-4)+1 mol×2×(5-4)+1 mol×(5-2)=6 mol,根据氧化还原反应中得失电子守恒,n(FeS)== mol,再根据Fe2(SO4)3中硫酸根离子和铁离子的关系,生成硫酸铁需要的铁原子的物质的量为×2= mol,则剩余的 mol铁原子生成硝酸铁,根据氮原子守恒知,生成Fe(NO3)3所需硝酸的物质的量为 mol×3= mol,故实际参加反应的FeS与HNO3的物质的量之比为 mol∶( mol+4 mol)=1∶7。
答案:B
4.(2017·宁夏银川调研)已知氧化性:BrO>IO>Br2>I2。向含6 mol KI的硫酸溶液中逐滴加入KBrO3溶液,整个过程中含碘物质的物质的量与所加KBrO3的物质的量的关系如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.b点时KI恰好反应完全
B.b→c过程中,被氧化的为Br-
C.当n(KBrO3)=4 mol时,对应含碘物质为KIO3
D.该过程所能消耗n(KBrO3)的最大值为7.2 mol
解析:由图像可知,整个反应过程分三个阶段,每个阶段的反应方程式为①(a→b)6H++BrO+6I-===3I2+Br-+3H2O,②(b→c)BrO+5Br-+6H+===3Br2+3H2O,③(c→d)I2+2BrO===2IO+Br2,则B项正确;b点时,I-恰好完全转化为I2,A项正确;由题图知,当n(KBrO3)=4 mol时,对应含碘物质有I2和KIO3两种,C项错误;根据反应①、②、③可计算出6 mol KI最终完全转化为KIO3时共消耗KBrO3的物质的量为7.2 mol,D项正确。
答案:C
5.(2017·辽宁大连联考)已知:S2O和H2O2一样含有过氧键,因此也有强氧化性,S2O在一定条件下可把Mn2+氧化成MnO
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,若反应后S2O生成SO;又知反应中氧化剂与还原剂的离子数之比为5∶2,则S2O中的n值和硫元素的化合价是( )
A.2,+6 B.2,+7
C.4,+6 D.4,+7
解析:首先,根据S的最高化合价为+6即可排除B、D项。Mn2+被氧化成MnO,Mn元素的化合价由+2升高至+7,Mn2+为还原剂,已知S2O中含有过氧键,反应后生成SO,过氧键中氧元素化合价降低,S2O为氧化剂,结合S2O与Mn2+的离子数之比为5∶2,可写出离子方程式:8H2O+5S2O+2Mn2+===2MnO+10SO+16H+,根据电荷守恒得-5n+2×2=(-1)×2+(-2)×10+1×16,解得n=2,故选A。
答案:A
6.(2017·陕西西安八校联考)羟胺(NH2OH)是一种还原剂,能将某些氧化剂还原,现有25.00 mL 0.049 mol/L羟胺的酸性溶液与足量的硫酸铁溶液在煮沸条件下反应,生成的Fe2+恰好与24.65 mL 0.020 mol/L酸性KMnO4溶液完全反应,已知(未配平):FeSO4+KMnO4+H2SO4―→Fe2(SO4)3+K2SO4+MnSO4+H2O,则在上述反应中羟胺的氧化产物是( )
A.N2 B.N2O
C.NO D.NO2
解析:根据得失电子守恒,NH2OH失去的电子数等于高锰酸钾得到的电子数。羟胺中氮元素的化合价为-1,设羟胺的氧化产物中氮元素的化合价为x,则25.00×10-3L×0.049 mol/L×[x-(-1)]=24.65×10-3L×0.020 mol/L×(7-2),解得x=1,则羟胺的氧化产物是N2O,B项正确。
答案:B
7.(2017·衡水中学二模)实验室用下列方法测定某水样中O2的含量。
(1)实验原理
①用如图所示装置,使溶解在水中的O2在碱性条件下将Mn2+氧化成MnO(OH)2,反应的离子方程式为______________________________________________________________。
②在酸性条件下,再用I-将生成的 MnO(OH)2还原为Mn2+
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,反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
然后用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2,反应方程式为I2+2Na2S2O3===2NaI+Na2S4O6。
(2)实验步骤
①打开止水夹a和b,从A处向装置内鼓入过量N2,此操作的目的是________________________________________________________________________;
②用注射器抽取某水样20.00 mL从A处注入锥形瓶;
③再分别从A处注入含m mol NaOH溶液及过量的MnSO4溶液;
④完成上述操作后,关闭a、b,将锥形瓶中溶液充分振荡;
⑤打开止水夹a、b,分别从A处注入足量NaI溶液及含n mol H2SO4的硫酸;
⑥重复④的操作;
⑦取下锥形瓶,向其中加入2~3滴________作指示剂;
⑧用0.005 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至终点。滴定终点的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)数据分析
①若滴定过程中消耗的Na2S2O3标准溶液体积为3.90 mL,则此水样中氧(O2)的含量为________mg·L-1。
②若未用Na2S2O3标准溶液润洗滴定管,则测得水样中O2的含量将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析:
(1)注意从题给条件中挖掘信息:反应物有O2、OH-(碱性条件下)、Mn2+,发生氧化还原反应,生成MnO(OH)2,利用化合价升降相等配平O2、Mn2+、MnO(OH)2的化学计量数,再利用电荷守恒配平OH-的化学计量数,最后可用原子守恒检查方程式的配平是否正确。
(3)①根据(1)中的三个方程式,可以得出物质间的定量关系为O2~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3,则n(O2)=0.005 mol·L-1×(3.90×10-3)L÷4=4.875×10-6mol,则此水样中氧(O2)的含量为=7.8 mg·L-1。
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②若未用Na2S2O3标准溶液润洗滴定管,则c(Na2S2O3)减小,V(Na2S2O3)增大,所以n(O2)增大,故测得水样中O2的含量将偏大。
答案:
(1)①2Mn2++O2+4OH-===2MnO(OH)2
②MnO(OH)2+2I-+4H+===Mn2++I2+3H2O
(2)①排出装置内的空气,避免空气中的O2的干扰 ⑦淀粉溶液 ⑧滴最后一滴标准液,溶液恰好由蓝色变为无色,且半分钟内不恢复原色
(3)①7.8 ②偏大
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