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电子守恒在氧化还原反应计算中的应用
江苏省江安高级中学 尤网平
摘要：电子守恒在众多守恒中是一个重点，也是一个难点，更是每年必考的考点，本文主要介绍了电子守恒在氧化还原反应计算中的一些应用。
关键词：电子守恒 氧化还原反应
电子守恒作为氧化还原反应中的重要规律，其应用贯穿于整个高中教学，是一个重点，也是一个难点，更是每年高考的必考的考点，而且难度偏大。虽然学生知道电子守恒的存在，但很难熟练运用。为了便于学生理解并且熟悉常见的题型，提高分析问题、解决问题的能力，现将有关题型归纳如下：
一、应用于化合价的计算
例 24mL浓度为0.05mol.L－１的Ｎａ２ＳＯ３溶液，恰好与20mL浓度为0.02mol.L－１的Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液完全反应，则Ｃｒ元素在还原产物中的化合价为（ ）。
A.+6 B.+3 C.+2 D.0
解析：Ｎａ２ＳＯ３和Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７ 的反应同学们不会写，所以这类题目用化学方程式解不太好解，但用电子守恒来解就很简单，题目中提到“Ｃｒ元素在还原产物中的化合价”，所以Ｃｒ元素是被还原的，得电子，化合价降低，假设Ｃｒ元素在还原产物中的化合价为ｘ，则Ｃｒ元素得到的电子数目为〔（+6）－ｘ）〕×2×0.02×20×10－３，由于Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７为氧化剂，则Ｎａ２ＳＯ３为还原剂，S元素失去电子，化合价升高， S元素化合价由+4价升高，只能变为+6价，所以S元素失去的电子数目为〔（+6）－（+4）〕×0.05×24×10－３。
根据电子守恒得：
〔（+6）－ｘ）〕×2×0.02×20×10－３＝〔（+6）－（+4）〕×0.05×24×10－３ ｘ＝3 选B。
二、应用于化学（或离子）方程式配平
例 在xR2+＋yH+＋O2＝mR3+＋nH2O的离子反应中，化学计量数x＝ _______。
解析：这道题若用质量守恒和电荷守恒也可以求解，但用电子守恒更方便，氧化剂O2得到的电子总数为2×〔0－（–2）〕，还原剂R2+ 失去的电子总数为x×〔（+3）－（+2）〕，由电子守恒得：2×〔0－（–2）〕＝x ×〔（+3）－（+2）〕，x＝4。
三、应用于多元素参与的氧化还原反应计算
例 将m mol Cu2S和足量稀HNO3反应，生成Cu(NO3)2、H2SO4、NO和H2O。则参加反应的硝酸中被还原的硝酸的物质的量是 ( )
A. 4m mol B. 10m mol C. mol D. mol
解析：此题有两个难点：一个是化合价变化的元素种类多，有三种；第二个是参加反应的HNO3的物质的量不等于被还原的HNO3的物质的量，有一部分HNO3体现酸性生成了Cu(NO3)2，有一部分HNO3体现氧化性生成了NO，由化学方程式计算得到的是总HNO3的量。用电子守恒来计算就简单些，m mol Cu2S失去的电子数为：〔（+2）–（+1）〕×2 ×m mol ＋ 〔（+6）–（–2）〕×m mol＝10m mol，而每个HNO3分子被还原成NO要得到3个电子，故被还原的HNO3为mol，选C。
四、应用于多步氧化还原反应的计算
例 3.84g铜和一定质量的浓硝酸反应，当铜反应完时，共收集到标准状况时的气体2.24L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标况下的氧气才能使集气瓶充满溶液?
解析：这道题需要注意两点：一是浓硝酸为“一定量”而不是“足量”因此不一定都是铜跟浓硝酸的反应，在反应后期也可能是铜跟稀硝酸的反应。不管是铜和那种硝酸反应，都是铜失去电子给硝酸，使得硝酸被还原成NO2或NO2和ＮＯ的混合物，根据电子守恒，铜失去的电子数应等于硝酸被还原成NO2或NO2和ＮＯ的混合物得到的电子数，二是生成的NO2或NO2和ＮＯ的混合物与氧气、水反应又变成了硝酸，NO2或NO2和ＮＯ的混合物被氧化成硝酸所失去的电子数应等于氧气所得到的电子数，在这个过程中一开始是硝酸被还原成NO2或NO2和ＮＯ的混合物，后来NO2或NO2和ＮＯ的混合物又被氧化成硝酸，且物质的量没有发生变化，由此可见铜失去的电子数应等于氧气所得到的电子数。故：
〔（+2）－0〕×(3.84ｇ÷64ｇ.mol－１)＝〔0－(–2) ×2〕×ｎ（Ｏ２）
ｎ（Ｏ２）＝0.03mol
Ｖ（Ｏ２）＝0.03mol×22.4Ｌ.mol－１＝0.672Ｌ
五、电子守恒法在电解类型中的应用
例 将两个惰性电极插入到500mLAgNO3溶液中，通电电解，当电解质溶液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有H2逸出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略），则电极上析出银的质量的是(      )
A．27 mg        B．54 mg       C．108 mg       D．216 mg
解析：题中pH=6可看成Ag+的水解使溶液呈弱酸性，通电之后水分子在阳极失去电子，生成氧气和氢离子，当pH变为3时，n(H+)=1×10-3 mol/L×0.5L=5×10-4mol，电解过程中产生的氢离子的物质的量为：5×10-4mol－5×10-7mol≈5×10-4mol，根据阳极的电极反应（2Ｈ２Ｏ－4ｅ-＝Ｏ２＋4Ｈ＋）可知水分子在阳极上失去的电子的物质的量为：5×10-4mol。根据阴阳极上得失电子数相等，银离子在阴极上得到的电子数也为5×10-4mol，根据阴极的电极反应（4Ａｇ＋＋4ｅ-＝4Ａｇ）可知析出的银的物质的量也为5×10-4mol，所以析出银的质量为 m(Ag)=5×10-4mol×108g·mol-1 = 5.4×10-2g = 54mg，故本题应选B。
小结，在解化学计算题时，不要急于去写化学方程式，通过化学方程式来解决问题，尤其是多步氧化还原反应，要注意应用电子守恒规律，往往能化繁为简，起到事半功倍的效果，提高解题的速度和准确度。

参考文献：
1、《新课程标准》
2、普通高中课程标准实验教科书 化学1（必修） 2007年3月第3版
3、化学学科电子守恒思想在解题中的运用 胡其翠 《教育界》 2009年21期
4、电子守恒法在化学解题中的应用 周国贺 中学理科(上旬) 1996年第11期
5、电子守恒——电解型计算题的灵魂 徐文华 《试题与研究》 2008年23期

作者简介：
姓名：尤网平
性别：男
职务职称：中学二级
单位：江苏省江安高级中学
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论文标题：电子守恒在氧化还原反应计算中的应用
论文作者：尤网平