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不可忽视氧化还原反应试题的隐含条件-次序规律与量的关系在氧化还原反应中有一条重要的规律-次序规律,极易被同学们忽视,且不能将这一规律与“量”联系起来,以致造成解题中的思维障碍。本文从铁、铜反应的角度来阐述这一规律及其与“量”的关系,并举例说明其应用。一、问题的提出将amolFe3+、bmolCu2+、cmolFe和dmolCu混合于同一反应体系(溶液)中,充分反应后会产生什么样的结果呢?上述物质可能会发生如下反应:2Fe3+Fe=3Fe2+2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+Cu2+Fe=Cu+Fe2+1、根据次序规律与“量”的关系可知:(1)无论a、b、c、d取何值,反应不可能都同时发生。(2)当c=时,只发生反应。(3)当c时,只发生反应和,且先于。(4)当c时,只发生反应和,且先于。2、根据反应后不溶物的成分与“量”的关系可知:(1)不溶物的成分不可能只有Fe。(2)当不溶物的成分是Fe和Cu时,发生反应和,且溶液中一定无Fe3+和Cu2+,一定有Fe2+,其物质的量为(+b)mol。(3)当不溶物成分只有Cu时,可能发生反应或,且溶液中一定无Fe2+,一定有Fe3+,其物质的量为(a+c)mol。有否Cu2+,需分别按下述三种情况来确定:、若满足c=+b,则只发生反应,无Cu2+;、若满足c+b,只发生反应,有Cu2+,其物质的量为(b-c+)mol,且小于bmol;、若满足cc+d,只发生反应,有Cu2+,其物质的量仍为(b-c+)mol,但大于bmol。3、根据反应后溶液的成分与“量”的关系可知:(1)当溶液中有Fe3+时,只发生反应,必定有Cu2+和Fe2+,无不溶物。(2)当溶液中只有Cu2+和Fe2+时,可能发生反应或,且不溶物中一定无Fe。有否Cu,需分别按下述三种情况来确定:、满足a=2c+2d,只发生反应,无Cu;、若满足2ca2c+2d,只发生反应,有Cu,其物质的量为(d+c-)mol,且小于dmol;、若满足a2c2c+2d,只发生反应,有Cu,其物质的量仍为(d+c-)mol,但大于dmol。(3)当溶液中只有Fe2+时,只发生反应,不溶物一定有Cu,其物质的量为(b+d)mol。有否Fe,需分别按下述两种情况来确定;、若满足c=+b,只发生反应,无Fe;、若满足c+b,只发生反应,有Fe,其物质的量为(c-b)mol。二、运用例1将铜、铁、锌三种金属粉末以等质量混合起来,从中取wg,加入FeCl3和盐酸的混合溶液中,充分反应后(1)若无固体粉末剩余,则溶液中的阳离子一定有,可能有。(3)若剩余固体粉末wg,则溶液中的阳离子一定有,可能有,一定没有。(3)若剩余固体粉末wg,则溶液中的阳离子一定有,一定没有。分析与解答:本题涉及的反应方程式多,难度大。解题时应搞清能发生的反应,利用氧化还原反应的次序规律及“量”的关系进行分析、推断,最后得出正确的结论。依题意知,三种金属加入FeCl3和盐酸的混合溶液后,Cu、Fe、Zn都能与FeCl3溶液反应,Fe、Zn能与盐酸反应,Cu不能与盐酸反应,涉及的离子方程式有Zn+2H+=Zn2+H2、Fe+2H+=Fe2+H2、Zn+2Fe3+=2Fe2+Zn2+、Fe+2Fe3+=3Fe2+、Cu+2Fe3+=2Fe2+Cu2+,若金属过量,还会有Zn+Cu2+=Zn2+Cu、Fe+Cu2+=Fe2+Cu。依次序规律及上述反应可知,氧化性强弱的次序为Fe3+H+,还原性强弱的次序为ZnFeCu。由此可知,在混合物中若某一反应物有剩余,则它所对应的另一反应物就不可能存在。(1)若无固体粉末剩余,则以上5个反应都会发生,溶液中的阳离子一定有Fe2+、Zn2+、Cu2+,可能还有Fe3+、H+。(2)若剩余固体粉末wg,则消耗的wg是Fe和Zn,这剩余的固体只能是Cu(因Cu的还原性在三种金属中最弱),溶液中一定没有Fe3+。又因有wg未参加反应(即溶液中也无Cu2+),故溶液中的阳离子一定有Fe2+、Zn2+,可能还有H+,一定没有Fe3+、Cu2+。(3)若剩余固体粉末wg,即固体只反应了wgwg,则说明反应中Zn未反应完(因Zn、Fe、Cu各为wg)。既然金属都有剩余,溶液中就一定没有H+、Fe3+。Zn会不会把Fe2+还原成Fe,而导致溶液中不存在Fe2+呢?这应进行如下讨论:假定Zn把Fe2+全部还原成Fe,且设Zn的质量为x,则依3Zn+2Fe3+=3Zn2+2Few195 11283 x wg可解得x=w(g)wg。可见,Zn不可能把Fe2+全部变成Fe。在这种情况下,溶液中的阳离子一定有Zn2+、Fe2+,一定没有H+、Fe3+、Cu2+。例2已知:2Fe3+2I-=2Fe2+I2;2Fe2+Br2=2Br-+2Fe3+;2Br-+Cl2=2Cl-+Br2。现向含有amolFeI2和bmolFeBr2的混合溶液中逐渐通入cmolCl2,反应随Cl2的通入明显分为几个阶段进行。(1)试分别填写在c值增大的过程中在不同的c值范围内被氧化的离子的物质的量:反应物的量之间的关系 被氧化的离子 被氧化离子的物质的量(用含c的表达式表示) 、0ca 、ac 、 c (2)写出情景下的计算、推理过程。分析与解答:本题有一定的难度。不过,只要认真分析题意,便不难发现,其解答的关键仍然是不能忽视氧化还原反应的次序规律。抓住了次序规律与“量”的关系,题中的问题便可迎刃而解。依题给反应方程式和次序规律可知,氧化性强弱的次序为Cl2Fe3+Br2I2,还原性强弱的次序为I-Fe3+Br-Cl-。又知,amolFeI2和bmolFeBr2的混合溶液中含有(a+b)molFe2+、2amolI-和2bmolBr-。(1)当逐渐通入cmolCl2时,Cl2先与I-反应,I-消耗完时c的取值范围是0ca,被氧化的离子=2cmol;Cl2接着与Fe2+反应,Fe2+消耗完时c的取值范围是ac,被氧化的离子=(2c-2a)mol;Cl2最后与Br-反应,Br-消耗完时c的取值范围是 c,被氧化的离子=(2c-3a-b)mol。(2)根据题中的条件,=(a+b)mol,=2amol。当氧化I-、Fe2+时,共消耗Cl2的物质的量为mol;当氧化Br-时,消耗Cl2的物质的量为2(c-)mol,即(2c-3a-b)mol。
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