电子守恒法的构建与应用

朱玉海

氧化还原反应是中学化学学习的主线，也是高考必考的热点考点之一。师生用常规法解答氧化还原反应计算，感觉棘手。若将电子守恒规律应用解决该类问题，就可以大大简化计算过程，收到事半功倍的效果。下面就笔者在教学过程中如何进行电子守恒法构建与应用谈谈体会。

一、电子守恒法的构建

我们观察下列两个实例：

分析以上两个实例可以得到以下结论：

1.氧化剂得到电子的物质的量，等于完全被还原的原子的物质的量乘以一个原子化合价的降低量。编辑公式为：n（e■）得到=n（完全被还原的原子）×一个原子化合价的降低量。

2.还原剂失去电子的物质的量，等于完全被氧化的原子的物质的量乘以一个原子化合价的升高量。编辑公式为：n（e■）失去=n（完全被氧化的原子）×一个原子化合价的升高量。

3.被还原的原子得到的电子的物质的量等于被氧化的原子失去的电子的物质的量等于转移的电子的物质的量。编辑公式为：n（e■）得到=n（e■）失去=n（e■）转移。

注意事项：公式中强调完全被还原的原子是指氧化剂与还原产物对比时，化合价降低的原子；完全被氧化的原子是指还原剂与氧化产物对比时，化合价升高的原子。

二、电子守恒法在解题中的应用

1.在计算电子转移类题中的应用

例1.2.3g金属钠在一定的条件下与氧气反应生成了Na■O■和Na■O的混合物，该过程中转移的电子的物质的量为多少？

解析：钠原子失去电子的物质的量=氧原子被还原得到电子的物质的量=转移的电子的物质的量则有：n（e■）失去=n（e■）转移=2.3g÷23g.mol-1×（1-0）=0.1mol。

若用常规解法，就应设与氧气反应Na■O■和Na■O的钠的物质的量分别为xmol和ymol，再根据：4Na+O■=2Na■O和2Na+O■=2Na■O■表达出转移的电子的物质的量，常规法用算量大且易出错，用电子守恒法综合考虑，可使计算大大简化。

2.在判断氧化产物和还原产物的化合价类题中的应用

例2.硫代硫酸钠可用作脱氯剂，已知25.0mL 0.1mol·L■的Na■S■O■溶液恰好把标准状况下112mL Cl■完全转化为Cl■时，S■O■■转化成（ ）

A.S■ B.S C.SO■■ D.SO■■

解析：112mL（即0.005mol）Cl■完全转化为Cl■时，氯原子得电子总量=0.005mol×2×（1-0），设S■O■■转化成的产物中，硫的化合价是x，25.0mL×0.1mol·L■的Na■S■O■中硫原子失电子总量=0.025L×0.1mol·L■×2×（x-2），则根据电子守恒：0.025L×0.1mol·L■×2×（x-2）=0.005mol×2×（1-0），解得x=4，所以S■O■■转化成SO■■。故选C。

3.在多种原子得失电子反应类题中的应用

例3.5.12g铜和一定量的浓HNO■反应，当铜反应完全时，共收集到标准状况下的气体3.36升，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需要通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？

解析：HNO■得到电子变为氮的氧化物，氮的氧化物又失去电子变为HNO■。这个过程中间真正得到电子的物质是氧气。整个过程中失去电子电子的物质为铜。铜原子失去的电子的物质的量=氧气中氧原子得到电子的物质的量。则有：n（Cu）×2=n（O■）×4；则n（O■）=5.12g÷64g.mol-1×2÷4=0.04mol；V（O■）=0.04mol×22.4L.mol■。

4.在“活泼金属与酸或水反应生成H■”类题中的应用

很多学生认为解这类题比较难，我认为根本原因是没有弄清这类反应的实质：活泼金属失去电子，+1价的氢原子得到电子，而金属失去电子的物质的量等于生成H■所得到的电子的物质的量，即n（金属）×一个原子化合价的升高量=n（H■）×2。

例4.把5.1g镁铝合金的粉末放入过量的盐酸中，得到5.6LH■（标准状况下）。试计算：该合金中镁和铝的物质的量各为多少mol？

解析：分别设镁和铝为xmol和ymol.由质量总和为5.1g，列式为24g.mol■×xmol+27g.mol■=5.1g.镁和铝失去电子的总和=2xmol+ymol；生成H■时得到的电子的物质的量=5.6L/22.4L.mol■×2=0.25mol；将以上二式联立解得x=0.1mo；y=0.mo1。

5.在原电池（或电解池）中的氧化还原反应类题中应用

原电池（或电解池）实际也发生氧化还原反应，因此，在同一时间内，正极（或阴极）上微粒得电子数目等于负极（或阳极）上失电子数目。

例5.实验室用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

负极Pb+SO■■=PbSO■+2H■O

正极PbO■+4H■+SO■■+2e=PbSO■+2H■O

分别制得C1■0.050mol，这时电池内消耗的H■SO■的物质的量至少是（ ）

A.0.025mol B.0.050mol C.0.10mol D.0.20mol

解析：在电解池中，由阳极上的电极反应：2CI■-2e=CI■，得知要制0.050moICI■，在电解池中得失电子为0.10mol。由于电解池与原电池中得失电子数相等，因此，原电池中得失电子数也为0.10mol。抓住电池内H■SO■的消耗实质上是H■的消耗这一关键，用正极反应式得关系式：2e～4H■～2H■SO■，故转移0.10mol电子，要消耗0.10molH■SO■。故选C。

例6.用惰性电极电解M（NO■）×的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的原子量为（ ）

A.■ B.■ C.■ D.■

解析：在电解池中，阳极上的电极反应为：4OH■-4e=O■↑+2H■O，阴极上的电极反应为：M■+xe=M，由阴阳两极得失电子数相等得关系式：xO■～4M，因此，M的原子量：■=■，故选C。