應用電子守恒化解氧化還原難題

曾春伯

電子守恒指：氧化劑得電子總數=還原劑失電子總數，電子守恒的內容很容易被理解，但是在應用上不容易被掌握。電子守恒是解決氧化還原計算的金鑰匙，但是很多學生并不能很好將此規律應用到平時的計算過程中。下面，筆者將從一道模擬題入手，對電子守恒在氧化還原計算中的應用做詳細闡述。

一、題目引入及問題剖析

例1 （2016年臨沂市高考模擬）在含有0.078 mol FeSO4的溶液中，通入0.009 mol Cl2，再加入含有0.01 mol X2O2-7的溶液后，Fe2+巧合完全轉化為Fe3+，則反應后元素X的化合價為（ ）。

問題剖析 使用常規解題方法時，需利用氧化還原方程式計算，首先，根據

6FeSO4+2Cl22FeCl2+2Fe2（SO4）3

可得6/n（FeSO4）1=3/0.009 mol，經計算可知n（FeSO4）1=0.018 mol，然后根據

X2O2-7+14H++（12-2n）FeSO4→2Xn++（12-2n）Fe2++7H2O+（12-2n）SO2-4

可得1/0.01mol=（12-2n）/n（FeSO4）2，所以n（FeSO4）2=0.01（12-2n）mol，又因為n（FeSO4）=n（FeSO4）1+n（FeSO4）2，所以0.078 mol=0.018 mol+0.01（12-2n）mol，最終求得n=+3。

應用得失電子守恒方法可進行如下計算，本題中氧化劑為Cl2和X2O2-7，還原劑只有FeSO4，且在此反應中Fe2+轉化為Fe3+，化合價升高1，所以FeSO4失去電子數為0.078 mol，氧化劑Cl2→2Cl-，化合價降低2，Cl2得到電子數為0.09 mol×2=0.018 mol，假設X2O2-7被還原后變為+n價，那么X2O2-7得到電子數為0.01 mol×2×（6-n），根據得失電子守恒可知，氧化劑得到的總的電子數=還原劑失去的總的電子數，即：0.01mol×2×（6-n）+0.018 mol=0.078 mol，解得：n=+3。

二、題后反思

由于本題的中間過程比較復雜，若想采用常規方法解答，計算量大，非常容易算錯。而采用得失電子守恒法計算，可以巧妙地避免討論復雜的中間計算過程，達到化繁為簡的目的。筆者通過總結近些年的高考題，發現得失電子守恒法的應用十分廣泛，學生若能熟練掌握此方法，那么在高考中不但可以提高解題正確率，而且可以節約大量的時間去檢查和研究其他難題。

1.根據得失電子守恒，求解沉淀質量

例2 （2015年江蘇省高考模擬）將11.9 g由Mg、Al、Fe三者組成的合金，溶解在足量的NaOH溶液中，稱量發現合金的質量減少2.7g。另外取相同質量的此合金溶解在過量的稀HNO3中，生成的NO氣體的體積為6.72 L（標準狀況下），當向反應后的溶液中加適量的NaOH溶液，使得Mg2+、Al3+、Fe3+全部變為沉淀時，那么沉淀的質量為（ ）。

思路點撥 本題涉及到的氧化還原步驟比較多，若按部就班解題，那么計算過程會非常復雜。如果根據已知信息，分析出沉淀的總質量是合金質量加上各個金屬離子所結合的氫氧根的質量，那么本題解答起來將會非常簡單。由于合金質量已知，因此，解決本題的關鍵是求得氫氧根的質量。根據各個金屬發生的化學反應可知，金屬在與稀HNO3反應時，失去電子的物質的量與各個金屬結合的OH-的物質的量相等。根據得失電子守恒可知：n（e-）=n（OH-）=6.72 L/22.4 L·mol-1×3=0.9 mol，m（沉淀）=m（合金）+m（OH-）=11.9 g+17 g·mol-1×0.9 mol=27.2 g，即生成沉淀的質量為27.2 g。

2.根據得失電子守恒，求氧化產物

例3 （2016年河北省高考模擬題）將50.00 mL 0.10 mol/L的酸性羥氨溶液，與過量的Fe2（SO4）3在煮沸狀態下充分反應，生成的Fe2+恰好被50.0 mL 0.04 mol/L的酸性KMnO4溶液氧化，則羥氨最終被氧化成的產物為（ ）。

思路點撥

此化學反應中羥氨被Fe3+氧化，Fe3+變為Fe2+，而Fe2+又被酸性的KMnO4溶液氧化。從整體來講，羥氨所失去的電子全部轉化到KMnO4中，所以解答本題時只需考慮始終態。已知羥氨中的N為-1價，假設羥氨被氧化成的氧化產物中N的化合價為x，又已知KMnO4中的Mn為+7價，與Fe2+反應后變為+2，根據得失電子守恒得，[x-（-1）]×50.00 mL×0.10 mol/L=（7-2）×

50.00 mL×0.04 mol/L，經計算得：x=1，因此羥氨被氧化為N2O。

3.根據得失電子守恒，求氣體體積

例4 將6.4 g Cu和一定質量的濃HNO3充分混合，待Cu被反應完時，可收集到4.48 L的氣體（標準狀況下）。如果想把收集到這些氣體的集氣瓶倒立在水中，那么需要充入多少升的O2（標準狀況下）才能使得瓶子被水充滿？

思路點撥 此題目中的氧化還原反應分多步進行，若想采用常規方法解答，需先求出NO、NO2的物質的量，然后根據：

4NO2+O2+2H2O4HNO3

4NO+3O2+2H2O4HNO3

求得n（O2），進而求得其體積，由此可以看出常規方法解題比較麻煩。通過對本題進行仔細分析可以發現中間過程并沒有消耗電子，因此，解答本題時，只需找出始終狀態，然后建立兩者間存在的等量關系即可。根據題目可知：Cu所失電子數=起還原作用HNO3所得電子數=NO、NO2消耗的O2所得電子數，將中間步驟省去可得：Cu所失電子數=O2所得電子數。又因為，2×n（Cu）=4×n（O2），所以n（O2）=6.4 g/64 g·mol-1×2/4=0.05 mol，V（O2）=0.05 mol×22.4 L/mol=1.12 L，因此，若想將氣瓶內充滿水，需要通入1.12 L的標準狀況下的氧氣。

（收稿日期：2017-05-20）endprint