原子守恒法在氧化还原反应中的应用

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  摘要:氧化还原反应是高考的热点、教学的重点、学生的难点,为了突出解决这三点,文章介绍了变价原子守恒法,这种方法简洁,直观,能使问题化繁为简,化难为易。
  关键词:氧化还原反应;原子守恒法;价合价变化;电子转移
  
  氧化还原反应是高考的热点,其中判断较复杂反应的两剂和电子转移却成了众多学生的难点。于是我在教学中摸索出了变价原子守恒法,就很好的解决了这一问题。下面我把这种方法介绍给大家,仅供大家参考。
  一、运用原子守恒分析化合价变化的方法
  化学反应成千上万,尽管很多反应中出现了元素化合价的变化,但是它们都遵循,反应前后原子的种类和数目不变,这就是原子守恒。下面就通过举例来说明原子守恒的使用方法。
  如:学生在九年级学习了用KMnO4制氧的反应:
  2KMnO4■K2MnO4 +MnO2 +O2↑
  分析过程如下:
  (1)找出反应中的变价元素,并标上它们的相应价态
  K■■4、K2■■4、■■2、■2
  (2)分别写出各变价元素的原子守恒式
  锰原子的守恒式:2■=■+■
  氧原子的守恒式:8■=4■+2■+2■
  (3)把守恒式中相同的价态合并掉
  则,氧原子的守恒式变为:2■=2■
  (4)拆分守恒式
  于是锰原子的守恒式变成两个式子:
  ■=■;■=■
  (5)分解成两个过程
  氧化过程:2■=2■(得2×2e-)
  还原过程:■=■(失e-)、■=■(失3e-)
  由(5)可见:
  ①KMnO4中氧元素的化合价从-2价升为0价,被氧化为O2;锰元素的化合价从+7价降为+6价,被还原为K2MnO4,同时又从+ 7价降为+4价,被还原为MnO2;
  ②2molKMnO4中共有8mol氧原子,只有2mol被氧化,失去4mol电子;2mol锰原子有1mol失去1mol电子,另1mol失去3mol电子,共失去4mol电子,而被还原。
  二、同一变价元素化合价变化的几个特点
  1.一变一
  在氧化还原反应中,有的元素出现了既有变价,又有不变价的情况,而实际上它的化合价只是由一种变成了另一种。
  如:Ag2O + H2O2=2Ag + O2 ↑+H2O
  (1)氧元素化合价变化及氧原子守恒式为:■+2■=2■+ ■
  (2)合并为:2■=2■(氧化过程)
  由上可见:H2O2中氧元素只能由-1价升为0价,被氧化为O2,失去2mol电子。
  2.一变多
  在有的氧化还原反应中,一种元素的化合价升高的同时又在降低,从而出现了一种价态变成多种价态的情况。
  如:3NO2+H2O=2HNO3+NO
  (1)氮元素化合价变化及氮原子守恒式为:3■=2■+■
  (2)分解为:■=■(还原过程);2■=2■(氧化过程)
  由上可见:3molNO2有2mol被氧化为2molHNO3;还有1mol被还原为1molNO,所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2
  3.多变一
  与一变多相反,有的氧化还原反应中出现了一种元素由多种价态变成了一种价态,同时还伴随着不变价,这就增大了分析的难度。
  如:KClO3+6HCl=KCl+3Cl2↑+3H2O
  (1)氯元素化合价变化及氯原子守恒式为:■+6■=■+6■
  (2)合并为:■+5■=6■
  (3)分解为:■=■(还原过程);5■=5■(氧化过程)
  由上可见:氯元素由+5价降为0价,同时又由-1价升为0价。
  在分析过程中我们还解决了另外两个问题:
  (1)6molHCl有5mol被氧化,作为还原剂,表现出还原性;另1molHCl作为酸,起了酸性作用。
  (2)失去电子的氯原子为5mol,得电子的氯原子为1mol,电子转移了5mol。
  4.多变多
  同一元素价态变化最复杂的情况莫过于反应前有两种及以上的化合价,反应后又有两种及以上的新化合价,这类反应就是我们常说的归中反应,归中反应化合价的变化特点是高价、低价都向相邻的中间价转化,在使用原子守恒分析时,一定要结合归中反应化合价变化的特点进行分析。
  三、原子守恒法在高考中的应用
  下面仅用一例高考题来诠释原子守恒法的应用。
  例1:已知反应:
  11P+15CuSO4+24H2O=6H3PO4+5Cu3P+15H2SO4
  (1)氧化剂是
  (2)当有11molP参加反应时,转移的电子量mol
  分析如下:(1)磷元素化合价变化及磷原子守恒式为:11■=6■+5■
  (2)分解为:5■=5■(还原过程);6■=6■(氧化过程)
  (3)铜元素化合价变化及铜原子守恒式为:
  15■=15■(还原过程)
  由上可见:
  (1)还原过程:5■=5■(失5×3e-);15■=15■(失15×e-)
  (2)氧化过程:6■=6■(得6×5e-)
  所以氧化剂是P和CuSO4;电子转移的量为:30mol。
  四、运用原子守恒法分析氧化还原反应的优势
  1.学生普遍接受快,解题成功率高,学习成绩显著(专项测验实验班比非实验班高出二十分左右);
  2.使用原子守恒法,分析过程简洁、思路清晰、可操作性强;
  3.原子守恒法,既抓住了氧化还原反应的本质,又教给了学生一套解决问题的思维模式。
  总之,它很好的化解了氧化还原的难点,不再让学生感到晦涩难懂,难以下笔了。
  
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