电子守恒法在氧化还原反应中的应用

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在氧化还原反应中遵循电子守恒，即氧化剂得到的电子的物质的量（或个数）等于还原剂失去的电子的物质的量（或个数）。若将电子守恒规律应用来解题，可以大大简化我们的计算过程，收到事半功倍的效果。

1. 在“活泼金属与酸或水反应生成H2”中的应用

活泼金属与酸或水反应产生H2这类题很常见，其实质为：活泼金属失电子，+1价的氢得电子，而金属失去电子的物质的量等于生成H2所需得到电子的物质的量，即n（金属）×金属变化的化合价=n（H2）×2。

例1 A、B是同一周期的两种元素，9 g A单质跟足量的B的气态氢化物水溶液反应，产生11.2 L氢气（标准状况下），A和B可形成化合物AB3， A原子核里中子数比质子数多1，通过计算确定A、B各为哪种元素。

解析 根据A、B可形成化合物AB3，及A单质与足量B的气态氢化物水溶液反应产生H2，可知A为金属元素且在上述反应中化合价表现为+3，n（H2）=0.5 mol，n（金属）=[9M]mol （M为该金属的摩尔质量）代入上述公式：[9M]×3=0.5 mol×2，得M=27，所以A为Al元素，进一步确定B为Cl元素。

2. 在金属与硝酸反应中的应用

计算O2的物质的量，并求出其体积，此方法运算量大，中间计算多且复杂，容易出错，用电子守恒法综合考虑，可省去中间的各步计算。

例2 3.84 g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2.24 L，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 铜失去的电子数=被还原的硝酸得到的电子数=还原产物NO、NO2消耗的氧气得到的电子数，略去中间计算，即铜失去的电子数=氧气得到的电子数。

则[n（O2）=3.84 g÷64 g?mol-1×2×14=0.03mol]

[V（O2）=0.03mol×22.4 L?mol-1=0.672 L]

3. 在判断氧化产物或还原产物化合价中的应用

例3 12 mL浓度为0.10 mol・L-1的Na2SO3溶液恰好与10 mL浓度为0.04 mol・L-1的K2Cr2O7溶液完全反应，通过计算确定Cr元素在还原产物中的化合价。

解析 在Na2SO3与K2Cr2O7发生的氧化还原反应中，Na2SO3作还原剂被氧化为Na2SO4，1 mol Na2SO3失去2 mol电子，K2Cr2O7作氧化剂得到电子，两者得失电子的物质的量相等，即12×10-3 L×0.10 mol・L-1×2=10 ×10-3 L×0.04 mol・L-1×2×Δn（Δn为Cr在反应中化合价的变化值），即Δn=3，所以Cr元素在还原产物中的化合价为：+3。

4. 在判断不熟悉反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比的应用

例4 （NH4）2SO4在强热条件下分解，生成NH3、SO2、N2和H2O，试求反应中生成的SO2和N2的物质的量之比。

解析 常规的解法是先写出（NH4）2SO4在强热条件下的分解反应方程式，然后配平，最后求解。这种解法耗时比较多。仔细分析不难发现，SO2是还原产物，N2是氧化产物，那么生成SO2得到电子的物质的量应等于生成N2失去电子的物质的量，所以SO2与N2的物质的量之比为3∶1。

5. 在产物不确定中的应用

例5 15 g Mg-Fe合金溶解在一定量某浓度的稀硝酸中，当金属完全反应后，收集到标准状况下5.6 L NO气体（设硝酸的还原产物只有NO），在反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，可得到多少克沉淀？

解析 该反应中Fe的价态无法确定，用常规方法解需要进行讨论。但Mg、Fe失电子的物质的量等于氮元素得电子的物质的量，n（得）=n（失）= 5.6 L÷22.4 L・mol-1×3=0.75 mol，Mg、Fe失电子后的阳离子所带的正电荷共为0.75 mol，它也等于沉淀该阳离子所需OH-的物质的量，即n（OH-）= 0.75 mol，则m（沉淀）= m（合金）+ m（OH-） =15 g+0.75 mol×17 g・mol-1=27.75 g。