解题思路: 首先应该明确,书写化学反应时应遵循客观事实,不能主观臆断。但在分析了很多反应的客观事实的基础上,还是可以总结出一些规则的。在考虑反应所处的环境及各种条件因素的同时,根据标准电极电位来判断在溶液中氧化——还原反应的方向、程度和产物是常用的定量的科学方法。由于中学阶段基本上不涉及这方面的知识,故本文仅结合中学化学知识主要用逻辑推理的方法作些定性的判断
解题过程:
解析: 关于氧化还原反应产物的一般判断规则 关于化学反应能否进行以及反应后生成什么物质的问题,对于中学生来说是极感困难的问题,尤其是氧化——还原反应更是如此。 当然,首先应该明确,书写化学反应时应遵循客观事实,不能主观臆断。但在分析了很多反应的客观事实的基础上,还是可以总结出一些规则的。在考虑反应所处的环境及各种条件因素的同时,根据标准电极电位来判断在溶液中氧化——还原反应的方向、程度和产物是常用的定量的科学方法。由于中学阶段基本上不涉及这方面的知识,故本文仅结合中学化学知识主要用逻辑推理的方法作些定性的判断。 一、同种元素之间的氧化——还原反应 在判断生成物时,主要根据元素价态(最好用氧化数。以下同)的可能改变情况,氧化剂、还原剂相对的强弱以及量的多少和反应条件等因素来考虑。有变价的元素,其中间价态既可作氧化剂,又可作还原剂。作氧化剂时其产物为低价化合物;作还原剂时其产物为高价化合物。如硫元素中,S
-2只能作还原剂,S
+6只能作氧化剂,中间价态的S
0、S
+既可作氧化剂、又可作还原剂。又如N
-3只能作还原N
+3只能作氧化剂,而N
0、N
+2、N
+4(N
+1、N
+3)则既可作氧化剂、又可作还原剂。同时还要注意这样一个原则:即在同种元素间,氧化剂反应后被还原,但不会被还原到与还原剂同等的价态;还原剂反应后被氧化,但不会被氧化到与氧化剂同等的价态。
例1、单质硫与KOH溶液共热,所发生的反应是一个歧化反应。氧化剂和还原剂都是不同量的S
0,其价态变化的可能性为:一部分S
0作氧化剂,反应后被还原成S
-2(只能是最低价态的S
-2);另一部分S
0作还原剂,反应后被氧化成S
+4而不会被氧化成S
+6。(因作为氧化剂是S
0,它不是强氧化剂。)因此就可判断其产物为Na
2S
-2、Na
2S
+4O
3、H
2O。再根据电子得失数(最好用氧化数的升降值,以下同)。相等的原则来确定其系数。则反应方程式为: 3S + 6KOH = 2K
2S + K
2SO
3 + 3H
2O 同理,可写出Cl
2与H
2O、Cl
2与KOH溶液(不加热)、NO
2与H
2O等反应的生成物。其中Cl
o,一部分变成Cl
o,另一部分则变成Cl
+1;一部分N
+4O
2被氧化成N
+5(HNO
3),另一部分N
+4O
2则被还原成N
+2(NO)。 例2.H
2S与SO
2的反应。H
2S中S
-2在反应中被氧化,只就价态变化而言,虽然它可以变成S°、S
+4、S
+6,但由于氧化剂SO
2是S
+4,故H
2S中S
-2只能被氧化成S
o,不可能被氧化到与氧化剂S
+4相等的价态,更不可能被氧化到S
+6。SO
2在反应中被还原,只就价态而言,虽然可以变至S
o、S
-2,但由于还原剂H
2S为S
-2,故S
+4只能被还原成S
o,而不会被还原成与还原剂S
-2相等的价态。因此生成物应是S和H
2O。其反应方程式为: 2H
2S+SO
2=3S↓+2H
2O 同理,S与浓H
2SO
4的反应,S
o被氧化成S
o,而不会成S
+4;浓H
2SO
4中S
+6被还原成S
+4,而不会成S
o。即S+2H
2SO
4(浓)
3SO
2↑+2H
2O 又如NO
2与NO在碱液中的反应。NO
2中N
+4被还原成N
+3,不会被还原到+2价以下 Fe+Cu
2+=Fe
2++Cu Fe+3Cl
2 2FeCl
3 在常温下,浓H
2SO
4、浓H
2NO
3、可使铁钝化,但在加热或有Cl
-、Br
-等存在下,铁则可被氧化成Fe
3+。 2Fe+6H
2SO
4(浓)
Fe
2(SO
4)
3+SO
2↑+6H
2O Fe+6HNO
3(浓)
Fe(NO
3)
3+3NO
2↑+3H
2O 2.反应物的量或浓度的不同,则生成物也各不相同。如前例,溴水的浓度不同与H
2S反应的产物不同,Fe与稀H
2SO
4或热的浓H
2SO
4反应的产物也各不相同。又如HNO
3的浓度不同与不同量的某些金属或某些非金属反应时产物也各不相同。 3.反应环境(酸、碱性)的不同,产物不同。KMnO
4在较强的酸性环境中氧化能力较强,Mn
+7被还原成Mn
+2。 2KMnO
4+5K
2SO
3+3H
2SO
4(稀)=2MnSO
4+6K
2SO
4+3H
2O KMnO
4在中性或弱酸性、弱碱性环境中生成Mn
+4O
2。在强碱性环境中则生成(Mn
+6O
4)
2-。 2KMnO
4+3K
2SO
3+H
2O=3K
2SO
4+2MnO
2↓+2KOH 2KMnO
4+K
2SO
3+2KOH=K
2SO
4+K
2MnO
4+H
2O 又如K
2Cr
2O
7在酸性环境中氧化能力强,但在碱性环境中氧化能力则很差。 再如碘与强碱溶液反应生成碘化物及碘酸盐,如在强酸性环境中碘化物与碘酸盐又相互作用而析出碘。 3I
2+6KOH
5KI+KIO
3+3H
2O 5KI+KIO
3+3H
2SO
4=3I
2↓+3K
2SO
4+3H
2O 4.反应条件不同,产物不同。 例1.常温下Cl
2+2KOH=KCl+KClO
3+H
2O加热时:3Cl
2+6KOH
5KCl+KClO
3+H
2O(实际上是由于3KClO=2KCl+KClO
3歧化反应而来。) 例2、氢硫酸久置空气中有单质硫析出,H
2S气体在空气中完全燃烧生成SO
2,不完全燃烧也有单质硫生成。 2H
2S+O
2=2H
2O+S↓ 2H
2S+3O
22SO
2+2H
2O 例3、NH
3+O
2(氧气)
N+6H
2O使用催化剂则生成NO 4NH
3+5O
24NO+6H
2O 又如无催化剂时SO
2很难与O
2反应,有催化剂时易生成 SO3: 2SO
2+O
22SO
3 再如NH
4NO
3的分解。由于温度不同,产物也就不同。低于170℃分解主要生成NH
3和HNO
3,高于248℃时,主要产物为N
2、HNO
3和H
2O,在190—300℃时,可产生N
2O和H
2O一般爆炸温度在300℃以上。
2NH4NO3
2N
2 +O
2 +4H
2O 5、根据金属活动顺序来考虑反应生成物 众所周知,金属与水、酸、盐的反应;金属与硝酸的反应;以及硝酸盐的分解规律等都与金属活动顺序有关。但在常温下能与水较剧烈反应的金属(如Na、K、Ca等)与较不活动的金属盐溶液反应时,主要是按下式进行。如Na与CuSO
4水溶液反应: 2Na+2H
2O=2NaOH+H
2↑ CuSO
4+2NaOH=Cu(OH)
2↓+K
2SO
4 有时还能看到黑色的CuO生成。 Cu(OH)
2 CuO+H
2O 三、其它 其它方面的例子还很多,现仅举以下数例来探索一般规则。 1.碳直接与氧或与强氧化剂反应时生成的价态(因还原剂为N
+2);而NO中N
+2被氧化成N
+3,不会被氧化到+4价以上的价态(因氧化剂为N
+4),其反应为:NO
2+NO=N
2O
3 N
2O
3+2NaOH=2NaNO
2+H
2O 即:NO
2+NO+2NaOH=2NaNO
2+H
2O 再如Fe与FeCl溶液的反应。Fe
o是还原剂,被氧化成Fe
+2,而不会被氧化成Fe
+3(因氧化剂是Fe
+3);FeCl
3中Fe
+3是氧化剂,反应后只能被还原成Fe
+3,而不会成Fe
o(因还原剂是Fe
o)。即: Fe+2FeCl
3=3FeCl
2 例3、H
2S与浓H
2SO
4的反应。根据反应时的温度、浓度、反应物的相对量等因素来考虑,可能存在以下三种平行的反应。 (1)、如果考虑它们的价态分别都只变化一个数量级、即H
2S中S
-2变至S
o;浓H
2SO
4中S
+6变至S
+4。则反应方程式为H
2S+H
2SO
4(浓)=S↓+SO
2↑+2H
2O (2)、上式中生成的SO
2又可能与H
2S按例2的反应进行生成单质硫。其总反应方程式为: 3H
2S+H
2SO
4(浓)=4S↓+4H
2O (3)、在(1)式中生成的S也可能被浓H
2SO
4氧化而生成SO
2。(如例2中S与浓H
2SO
4的反应)其总式为: H
2S+3H
2SO
4(浓)=4SO
2+4H
2O 同理,FeS与浓H
2SO
4反应只能得到S或SO
2,而不能制得H
2S。因此实验室常用稀H
2SO
4或HCl与FeS反应来制取H
2S。并且H
2S气体也绝不能用浓H
2SO
4来进行干燥。 例4、为什么可用浓H
2SO
4来干燥SO
2气体?也可用浓H
2SO
4与Na
2SO
3反应来制备SO
2呢? 根据前面所谈的原则,并考虑它们的价态变化情况,在本题的条件下(水溶液中),可知S
+4只能变至S
+5;而S
+6也只能变至S
+4。因此最终呈现的化合价仍与反应前的价态一致,可视为SO
2与浓H
2SO
4之间未发生反应。故可用浓H
2SO
4干燥SO
2气体,也可用浓H
2SO
4与Na
2SO
3反应来制取SO
2。 二、不同元素之间的氧化——还原反应。 在判断生成物时,情况更为复杂。主要是考虑氧化剂、还原剂相对的强弱,价态的改变情况,以及反应条件如温度、浓度、酸碱性、催化剂等因素对反应的影响。 1.从氧化剂、还原剂相对的强弱及价态的改变情况来考虑反应的生成物。 例1.NO
2与SO
2反应。由于NO
2的氧化性比SO
2强,SO
2是还原剂,反应后S
+4被氧化成S
+6:氧化剂NO
2中的N
+4只被还原成N
+2,(因SO
2在气相反应中还原性不很强)。故反应方程式为:NO
2+SO
2=SO
3+NO 又如SO
2与溴水的反应。因S
+4只能被氧化成S
+6(硫元素的最高价);Br
0只能被还原成Br
-(澳元素的最低价)。故反应方程式为: SO
2+Br
2+2H
2O=H
2SO
4+2HBr 同理、SO
2被HNO
3氧化时也可生成H
2SO
4。 例2、H
2S是较强的还原剂,其中S
-2被一般氧化剂氧化时生成S
0;如处于强氧化性环境中则可被氧化成S
+4、S
+6。但必须注意亚硫酸和亚硫酸盐中S
+4仍具有较强的还原性(如Na
2SO
3是常用的还原剂之一,)当它与HNO
3或溴水等反应时,主要是生成S
0或H
2SO
4,一般不会停留在S
+4的阶段。 2FeCl
3+H
2S=2FeCl
2+S↓+2HCl+H
2S+Br
2=S↓+2HBr 溴水较浓时:H
2S+4Br
2+4H
2O=H
2SO
4+8Hbr 3H
2S+2HNO(稀)=3S↓+2NO+4H
2O H
2S+8HNO
3(浓)=H
2SO
4+8N
2O+4H
2O 例3、铁与一般氧化剂(如HCl、稀H
2SO
4、CuSo
4溶液等)反应生成亚铁盐,与强氧化剂(如Cl
2、热的浓H
2SO
4、浓HNO
3等)反应生成Fe
+3。Fe+2H
+=Fe
2++H
2↑CO
2,但在隔绝空气和高温条件下,碳夺取氧化物中的氧一般生成CO。(在此条件下,C与CO
2反应又生成CO)如CaO+3C
CaC
2+CO↑ ZnO+C
Zn+CO↑ 2.因NH4Cl受热易分解生成NH3和HCl,故有以下反应: 2NH
4Cl+Fe
2NH
3↑+FeCl
2+H
2↑ 3.由于I-、Br-的还原性较强,因此浓H2SO4与KBr反应常有Br2产生;而浓H2SO4与KI反应则不能制得HI,只能得到I2、故制HI常用浓H3PO4代替氧化性较强的浓H2SO4。 4.根据电极电位的情况判断氧化——还原反应这就更方便了。如下述反应: 2HNO
2+SO
32-=2NO↑+SO
42-+H
2O 2HI+2Ag=AgI+H
2↑ 2Hg+2AgNO
3=2Ag+Hg
2(NO
3)
2 (因Hg(NO
3)
2与Ag又能反应之故)。 若有疑问,可以直接留言,我会与你一起讨论的,谢谢你的配合,祝你学习进步!