还原问题应用题(精选8篇)
还原问题应用题 篇1
典型应用题—还原问题
11例题:一根绳子,第一次剪去又2分米,第二次剪去余下的 又2分米,最后剩下6分米。这根绳子3
3原来有多长?
分析:这类问题可以从“最后余下多少”这个问题出发,到回头来想想,如果上一次没有剪去这时应该余下多少,再想想如果上上一次没有剪去,余下的应该又是多少、、、、、、。这样一直想下去直到还原这根
1绳子没有剪。例如这道题,我们就可以从“第二次剪去余下的又2分米,最后剩下6分米。”出发去
31想,先求出如果这次没有剪,该余下多少?可以这样想,假设2分米没有剪,那么第二次剪去余下的 3
11后,剩下(2+6)分米,正好就是余下的),.这样用(2+6)÷(1-)=12(米),就求出了如果这次没有剪,该余33
11下12米。这样就还原到“一根绳子,第一次剪去 又2分米后余下12米。”同样用(12+2)÷(1-)33
=21(米),就求得这根绳子原来的长度。
练习:
1、一筐苹果,第一次吃去一半零3个,第二次吃去余下的一半零2个,第三次吃去余下的一半零4个,最后还有12个苹果,求原来共有多少个苹果?
2、篮子中有一些桔子,如果将其中的一半又一个给第一个人,将余下的一半给又2个给第二个人,然后将剩下的一半又3个给第三个人,蓝中刚好一个也不剩。蓝中原有多少个桔子?
3、大娘院子里有群鸡,鸡的只数加上七,乘以七,减去七,除以七,再减去七,其结果等于七,大娘院子里有多少只鸡?
4、姐姐买了一些桃子,第一天吃了这些桃子的一半多1个,第二天吃了剩下的一半多1个,第三天又吃掉了剩下的一半多1个,还剩下1个。那么姐姐买了多少个桃子?
5、王老师拿着一批书送给30位学生,每到一位学生家里,王老师就将所有书的一半给他,每位学生也都还他一本,最后王老师还剩2本书。那么王老师原来拿了几本书?
6、一堆煤,先运走12又1吨,再运走余下的又1吨,这时还剩下2吨。原来这堆煤有多少吨? 357、一根绳子第一次剪去全长的一半差1米,第二次剪去余下的一半差1米,第三次又剪去剩下的一半差1米,最后还剩下3米。这根绳子原来有多少米?
8、一根绳子第一次剪去全长的一半多1米,第二次剪去余下的米,最后还剩下2米。这根绳子原来有多少米?
9、一根绳子剪去全长的11多2米,第三次又剪去剩下的多134111,再剪去余下的,又剪去余下的,还剩下4米。这根绳子原来有多少米? 33310、某新华书店运进一批故事书,第一周售出总数的一半还多40本,第二周售出剩下的一半少5本,还剩下35本,新华书店运进故事书多少本?
11、一堆煤,先运走12又2吨,再运走的是余下的少2吨,还剩下8吨。原来这堆煤有多少吨? 35
还原问题应用题 篇2
我国一次能源结构以煤炭为主,燃煤产生的氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一,不仅会形成酸雨,还能导致光化学烟雾,危害人类健康,而燃煤电站是NOx排放的大户。
煤燃烧过程中生成的NOx有三种方式:热力型NOx,它是空气中的氮气在高温下氧化而成;燃料型NOx,它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成;速度型NOx,它是燃烧时空气中氮和燃料中的碳氢化合物反应生成的。对于燃煤电站锅炉,一般热力型NOx占总NOx排放量的25%,燃料型NOx占75%,速度型NOx所占份额很少。
目前燃煤电站的NOx控制技术主要包括各类低NOx燃烧技术如空气分级燃烧、燃料分级燃烧、煤粉再燃等以及烟气脱硝技术如SCR(选择性催化还原)、SNCR(非选择性催化还原)等。其中SCR技术具有较高的脱硝效率(可达90%),且技术较为成熟,无二次污染,在我国得到了越来越多的应用。
1 SCR法基本原理
氮氧化物(NOx)选择性催化还原过程是在催化剂的作用下,通过加氨(NH3)可以把NOx转化成空气中天然含有的氮气(N2)和水,由于NH3可以“选择性的”和NOx反应而不是被氧气(O2)氧化,因此反应被称为具有“选择性”。主要反应方程式如下:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
除上述反应之外,在条件改变时,还可能发生以下副反应:
4NH3+3O2→2N2+6H2O
4NH3+5O2→4NO+6H2O
2NH3→N2+3H2
SO3+2NH3+H2O→(NH4)2SO4
SO3+NH3+H2O→NH4HSO4
2 影响SCR法脱硝性能因素及对策
2.1 催化剂的活性
市场上主流催化剂有三种,分别为蜂窝式、平板式、与波纹板式。表1给出了三种形式催化剂特性比较。
表1[6]三种催化剂特性比较
目前,广泛应用的SCR催化剂是以TiO2为载体,V2O5-WO3为活性物质组成的平板式催化剂。催化剂活性丧失主要原因是由于在SCR装置在实际运行过程中,由于烟气中的某些成分引起催化剂中毒、烟气温度过高造成催化剂烧结、由于飞灰的撞击造成催化剂的磨蚀等。
2.1.1 催化剂中毒
催化剂的中毒主要为碱金属中毒和金属砷中毒。两种中毒的机理为水溶性碱金属和气态砷化物进入催化剂内部并堆积,在催化剂活性位置与其他物质发生反应,引起催化剂活性降低。
对于碱金属中毒,由于碱金属在水溶下的活性很强,将会完全渗透进入催化剂材料中,所以避免水蒸汽在催化剂表面凝结,可有效避免此类情况发生。烟气中含水率与催化剂活性的关系如图1所示。
典型的砷中毒是由于烟气中的As2O3引起的,As2O3分散到催化剂中并固化在活性、非活性区域,使反应气体在催化剂内的扩散受到限制。
对于金属砷引起的中毒,普遍采用向炉膛内添加1%~2%的石灰石(典型的石灰石和燃料比是1∶50),石灰石中的CaO与砷反应,将气态的砷固化为不会使催化剂中毒的固态CaAsO4。
2.1.2 催化剂的磨蚀
磨蚀是由于飞灰碰撞催化剂表面引起的。磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。大多数的催化剂磨蚀发生在直接暴露在尘粒冲击的催化剂边缘,通常采用在催化剂入口部分加以硬化以及提高边缘硬度等措施来降低磨蚀。
2.2 烟气温度
烟气温度既决定了催化还原反应的速度,也决定了催化剂的活性。催化剂的活性与烟气温度的关系如图2所示。当烟气温度在340℃~380℃之间时,V2O5活性最高及催化剂活性最高,这也是大多数SCR反应器置于省煤器和空预器之间的原因。当烟气温度较低,不仅催化剂活性降低,而且喷入的还原剂NH3与SO2反应生成硫酸铵,附着在催化剂表面;当烟气温度较高,喷入的还原剂NH3与O2反应生成NOX抵消了脱硝效果。当催化剂长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂活性位置的烧结,导致催化剂颗粒增大,表面积减小,而使催化剂活性减低。
烟气温度主要随锅炉负荷变化而变化,因此应尽量保持炉膛负荷稳定。部分SCR装置设计有省煤器旁路,当锅炉负荷变化时,造成SCR反应器入口烟气温度变化,这时可采取烟气走省煤器旁路的办法调节SCR反应器入口烟气温度。在催化剂制作工艺上适量加入钨进行退火处理,会令催化剂的热稳定性最大化,可以最大限度的减少催化剂的烧结。
2.3 SO2/SO3转化率
催化剂中的V2O5不仅是重要的活性成分,具有较高的脱硝效率,但同时也能促进SO2向SO3转化,SO2/SO3转化率与温度的关系如图3所示。当烟气温度降低到232℃以下且有水蒸气存在时,SO3会与喷入的NH3反应生成硫酸铵,沉积在催化剂表面,造成催化剂堵塞。当烟气通过空气预热器被冷却,温度降至110℃以下时,SO3与水反应全部生成H2SO4,烟气中的H2SO4蒸汽浓度是影响烟气酸露点的决定因素之一,即使其含量很少,烟气酸露点也会急剧上升。当温度降低到酸露点以下时,就会有硫酸液滴析出,造成空气预热器的冷端受热面结露、腐蚀、堵灰。SCR装置中SO2/SO3转化率一般限制在1%以下。
目前,通常去除SO3的方法是将氢氧化钙或氢氧化镁配置成浆液,喷入炉膛上部的不同温度区域。SO3与钙、镁反应生成硫酸盐,与飞灰一起在除尘装置中被除去。炉内喷钙、镁对SCR的SO3的转化率无影响,它的优点是能有效的降低SCR人口烟气中SO3的浓度,降低烟气酸露点;避免催化剂砷中毒;改善锅炉低负荷时SCR催化剂的操作性能,降低后续设备的腐蚀。
2.4 NH3的逃逸
在SCR系统中,催化剂是分层布置的,而NH3的泄漏是由于分布不均造成的。当SCR反应器内多余的未参加反应的NH3与SO3的体积浓度比超过2∶1时,在水蒸气的作用下生成NH4HSO4。NH4HSO4是一种粘附性很强并具有较强腐蚀性的物质,具有极强的吸附性,造成大量灰分沉降在空预器换热元件表面和卡在层间,引起堵塞,使空预器阻力上升。同时NH3过剩导致了飞灰化学性质发生了改变,飞灰质量变差,再利用性降低,运行成本提高。在SCR装置中,NH3的逃逸一般控制在3 ppm以下。
为了使SCR脱硝效率达到最高,同时使氨逃逸量控制在最低水平,其技术关键是如何精确控制与调节SCR反应器入口烟气速度分布和烟气中NH3/NOx摩尔比的分布。由于SCR反应器烟道的复杂性,在保证催化剂入口截面气体速度均匀性方面通常采取在烟道转向处加装导流板与扰流柱的方法;在保证NH3/NOx摩尔比的分布均匀方面,需要采用覆盖整个烟道截面的网格型多组喷嘴设计,把氨与空气的混合物均匀地喷射到烟气中,并采用多组阀门以尽量单独控制各喷嘴的喷氨量,工程中常采用氨喷射格栅(AIG)。
3 结论
SCR选择性催化还原脱硝方法在国际上已经发展成熟,并已成功运用到大型燃煤电站中,而我国在烟气脱硝技术应用方面刚刚起步。随着新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)的应用以及我国对NOx排放的新政策的出台,SCR技术必将在我国NOx排放控制方面得到广泛应用。SCR烟气脱硝系统性能与锅炉设计、燃烧系统与燃用煤种以及锅炉运行条件、特别是与催化剂性能密切相关,为了保证系统运行的安全稳定,必须选择合适的反应器均流结构,严格控制催化还原反应的温度,加强催化剂的维护,以获得较好的社会和经济效益。
摘要:本文系统地介绍了SCR法脱硝原理,并分析了影响SCR法性能的一些因素,主要包括:催化剂活性、烟气温度、SO2转化率、NH3的逃逸。根据SCR法脱硝技术原理和应用实践,讨论了影响脱硝设备性能的技术和工程原因,针对实际应用中存在的问题提出了相应的对策。
关键词:SCR,氮氧化物,催化剂,SO2转化率,NH3逃逸
参考文献
(1)张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用(M).北京:化学工业出版社,2007.
(2)鲁佳易,卢啸风,刘汉周,陈继辉.SCR法烟气脱硝催化剂及其应用特性的探讨(J).电站系统工程,2008,24(1):5-8.
(3)赵宗让.电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化(J).中国电力,2005,38(11):69-74.
(4)王智,贾莹光,祁宁.燃煤电站锅炉及SCR脱硝中SO3的生成及危害(J).东北电力技术,2005,9:1-3.
(5)董建勋,等.火电厂烟气脱硝装置对锅炉运行影响的分析(J).热力发电,2005,(3):17-23.
还原问题(二) 篇3
[例题精析]
例1将八个数从左到右排列成一行,从第三个数开始,每个数都恰好等于它前面两个数之和。如果第七个数和第八个数分别是81、131,那么第一个数是多少?
[思路分析]
用倒推法解答。
131-81=50……第六个数
81-50=31……第五个数
50-31=19……第四个数
31-19=12……第三个数
19-12=7……第二个数
12-7=5……第一个数
第一个数是5。(解、答略)
例2 三棵树上停着24只鸟,如果从第一棵上飞4只到第二棵上去,再从第二棵树上飞5只鸟到第三棵树上去,那么三棵树上小鸟的只数都相等,第一、二、三棵树上原来各有多少只鸟?
[思路分析]
第一棵树上飞到第二棵上4只,第二棵树上飞到第三棵上5只鸟后,三棵树上的鸟只数相等,每棵树上都有(24÷3=)8只。
第一棵树上的鸟飞走4只后树上还有8只,原来第一棵上有(8+4=)12只鸟。
第一棵上的鸟飞到第二棵上4只,第二棵上飞5只鸟到第三棵上后,树上有8只鸟,原来第二棵上有(8-4+5=)9只鸟。
第三棵树上原有(8-5=)3只。
解:24÷3+4=12(只)……第一棵树上原有的鸟
24÷3-4+5-9(只)……第二棵树上原有的鸟
24÷3-5=3(只)……第三棵树上原有的鸟
还原问题应用题 篇4
通过教学实践发现:由于教师没有充分认识到氧化还原内容的教学功能和价值,导致在化学1模块教学中元素化合物知识学习缺乏理论的指导作用;教师过于关注氧化还原反应知识本身的教学,忽略了氧化还原反应教学价值的体现和落实,特别是忽略了氧化还原反应内容学习对学生认识发展的作用。如何才能在教学中真正实现氧化还原反应对物质性质学习的指导作用,真正落实学生的认识发展,这正是本研究所要解决的主要问题。为了达到这样的教学目的,首先要分析氧化还原内容对学生认识发展的作用。
二、氧化还原内容对学生认识发展的作用
氧化还原反应是中学化学的核心知识之一,它对于学生的化学学习具有以下科学学习价值:能帮助学生更加深刻地理解物质结构与性质的关系;可以指导学生探究元素化合物的性质;可以指导学生设计物质的制备原理;指导推断复杂反应的产物或反应物;指导学生探究设计合理的原电池和电解池;有利于学生理解相关的物质含量的定量分析;帮助学生形成正确的辩证统一的哲学观点。那么,在化学1模块中,通过氧化还原内容的学习,学生的认识将会得到怎样的发展变化?即氧化还原内容对学生的认识发展具有怎样的作用? 1.促进学生对化学反应及其应用的认识发展
氧化还原反应概念的建立,能够使学生建立对化学反应分类的新视角,特别是对化学反应认识的新视角。原来学生对化学反应的宏观认识是有新物质的生成、发光发热等,微观认识是原子间的重新组合。学习了氧化还原反应之后,学生认识到化学反应有存在电子转移和不存在电子转移之分,即让学生建立起“原子在重新组合过程中是否发生电子转移”这一认识视角,发展学生对化学反应的微观认识,建立起对化学反应分类的更本质的角度。此外,通过氧化还原反应应用价值的分析,让学生初步构建化学反应利用的基本角度,如制备新物质,实现物质中不同元素价态的转化;实现能量转变,为人类提供能量等。2.促进学生对物质及其性质的认识发展
通过氧化性和还原性、氧化剂和还原剂概念学习,使学生建立认识物质性质的新视角,建立物质分类的新视角。没有学习这些概念之前,学生对物质性质的认识,局限于酸性和碱性,局限于哪些物质之间能否发生化学反应。学习概念之后,看到物质学生能够主动分析该物质是否具有氧化性或还原性,什么样的物质具有氧化性,什么样的物质具有还原性,并且学生对已经知道或接触的物质能够建立氧化性和还原性的认识角度。例如学生原先知道金属铁、锌等能与酸发生反应,学习氧化性与还原性、氧化剂与还原剂之后,学生应该认识到金属一般具有还原性,通常可以作还原剂,能够脱离具体的化学反应,就物质来谈氧化性、还原性问题。面对物质,学生是否自主地、能动地去分析物质的氧化性和还原性、氧化剂和还原剂等问题,是判断学生是否真正建立认识物质性质新视角和物质分类新视角的重要依据。
3.促进学生对研究物质性质思路和方法的认识发展
学生原先从物质类别的角度认识和研究物质的性质,学习氧化还原内容之后,学生应该建立认识和研究物质氧化性或还原性的思路和方法。面对一种新物质,学生应该能够从所含元素的化合价角度预测物质是否具有氧化性或还原性。物质中具有多种价态元素,其化合价处于高价,能够降低,即有氧化性。元素的化合价处于低价,能够升高,即有还原性。若元素的化合价处于中间价态,既具有氧化性又具有还原性;然后选择合适的氧化剂或还原剂,设计实验验证预测。如让假设具有还原性的物质与氧化剂接触,通过实验现象分析是否发生了氧化还原反应,从而验证假设是否正确,从而得出物质是否具有还原性的结论。4.促进学生对实际现象和问题的解释分析
通过氧化还原反应内容的学习,学生对于相关的实际现象和问题的解释分析能力将得到进一步的发展。如从氧化还原角度对铁生锈、燃烧等现象的解释;从是否改变元素价态的角度分析物质的转化,把氧化还原理论用于物质的转化。如自然界中存在含有低价硫元素的物质,人类生产生活需要含有高价硫元素的硫酸,可通过选择合适的氧化剂实现硫元素价态的改变;同理自然界中含有高价元素的金属矿物,人们生产需要金属材料(单质),需要选择合适的还原剂实现金属矿物到金属单质的转化。
当然,学生在中学阶段氧化还原的相关认识不仅要在化学1阶段得到发展,在其他模块的学习中还要继续发展,例如通过化学1模块的学习发展学生基于化合价对化学反应和物质性质进行分析、解释、预测、探究的应用水平;通过化学2模块的学习发展学生基于电子转移对化学反应、物质性质和能量转化问题进行分析、解释、配平和计算的应用水平;再通过化学反应原理模块的学习发展学生基于电化学对能量转化、物质转化、腐蚀防腐问题进行分析、解释、评价与设计的应用水平。
三、氧化还原专题的教学论问题分析
为了实现氧化还原内容对学生的认识发展作用,还需要了解学生相关认识发展存在哪些障碍点?教学内容的选择和深广度会有哪些变化?教学内容组织和处理有哪些重要问题要解决?下面专门提出促进学生认识发展的氧化还原内容的教学论问题并且进行探讨。1.学生认识发展障碍点分析及解决对策
(1)如何让学生建立氧化还原反应的本质是电子转移这一认识
在进行化学1模块学习时,学生具有的微观认识较少,缺少深入的原子结构认识,更没有化学键认识。在这样的背景下,如何让学生建立氧化还原反应中存在电子转移的认识?有效的教学策略包括:充分利用具体实例;让学生通过宏观现象进而“看到”电子转移;从理论分析、实验事实等不同角度让学生建立电子转移的认识,实现认识的逐渐建构。
结合上述教学策略,可以进行如下的教学设计:第1阶段,以金属钠与氯气反应为例,引导学生分析钠原子和氯原子的原子结构特点,然后展示给学生氯化钠形成过程(flash动画),通过讨论钠与氯气反应前后化合价的改变,得出化合价的改变是发生了电子转移的结果,让学生初步将化合价变化与电子转移联系;第2阶段,让学生预测锌与硫酸铜反应中是否有电子转移,并解释原因;第3阶段,通过实验验证预测,演示锌与硫酸铜反应的原电池实验,使学生切实地感受到电子转移这个微观过程是有宏观表现的;第4阶段,以氢氧燃料电池为例说明氧化还原反应的电子转移已经被应用到实际中。
(2)如何使学生能够抓住物质中的核心元素来预测分析氧化性或还原性
教学实践发现学生知道通过分析物质中所含元素的化合价来预测物质的氧化性或还原性,但是学生不能抓住核心元素。为了解决这个问题,首先,可以让学生建立元素观念之一——只要元素存在多种化合价,就存在物质之间的相互转化,该元素就可能为核心元素,常为变价元素;其次,通过头脑风暴法,将一些有多种价态的元素分成几个组,让学生分小组讨论,举出含有各元素不同价态的物质,分析该元素的价态,讨论后画出元素的化合价数轴;第三,从元素的稳定性趋势分析,例如 等稳定的化合价很难发生改变,即含有这些价态的元素为非核心元素,一般不适合作氧化剂或还原剂。
要让学生真正学会运用化合价预测和分析物质的氧化性或还原性,需要为他们搭建2个台阶:一是能够正确分析化学反应中各元素的化合价;二是分析以后要学习的重点元素,又是典型的变价元素。目的之一是为实践抓住物质中核心元素预测氧化性或还原性的思路方法,目的之二是为后续的学习打下良好基础。
(3)如何使学生建立研究物质氧化性和还原性的思路和方法
要想解决这个问题,需要清楚让学生建立研究物质氧化性和还原性的思路和方法所必备的知识有哪些?需要经过怎样的学习活动才能够建立方法性内容。首先氧化性和还原性、氧化剂和还原剂的概念是必要知识;其次需要让学生建立如何预测物质氧化性和还原性的方法;第三,学生知道哪些物质具有氧化性通常可以作为氧化剂,哪些物质具有还原性通常可以作为还原剂;第四,学生能够设计实验,选择适当的氧化剂或还原剂验证预测,从而得出物质氧化性或还原性的结论;第五,学生建立的认识和方法需要通过具体的应用加以巩固和强化。根据上述分析,在氧化还原教学中除了让学生建立基本的概念外,还需要通过具体的案例分析让学生了解预测、设计实验研究物质氧化性和还原性的思路和方法,比如通过双氧水或亚硫酸钠等物质氧化性或还原性的研究活动,让学生初步建立思路和方法。通过铁及其化合物氧化性和还原性的探究活动对建立的思路和方法进行应用。因为概念和方法的学习过程需要通过应用环节促进发展,才能实现概念和方法的内化,才能纳入学生的长时记忆系统。2.教学内容的选择及其深广度
教学内容的选择和深广度问题是高中化学新课程课堂教学的核心问题之一,由于课程结构分为必修和选修,相同内容在必修和选修模块中一般均有涉及,必然产生教学内容在不同模块中处理的深广度问题,在氧化还原专题教学中该问题也非常突出。通过3种版本化学1教材与旧教材(人教版)的比较分析,不难发现新教材与旧教材相比氧化还原内容有所减少,删减的内容有:氧化产物和还原产物、氧化性和还原性强弱的判定以及氧化还原反应方程式的配平。共有的内容包括氧化还原反应、氧化反应、还原反应、氧化剂与还原剂、氧化性与还原性、单双线桥的表示方法。由于教学习惯,在教学实践中一线老师往往怀有这样的疑惑:单双线桥内容是否要求,是否要进行专门的技能训练?氧化还原反应方程式的配平是否作为基本要求等?
(1)单双线桥内容是否作为基本要求,是否要进行专门的技能训练
新课程对于氧化还原反应概念的要求降低了,新教材中虽然呈现了单双线桥,但不作为技能性的要求。例如鲁科版教材将单双线桥放在了知识支持中,相当于介绍一种表示方式;人教版教材中基本上没有提单双线桥这个名词术语,只是在写出的反应中用单双线桥进行了表示。因此,在教学中不宜过多扩展,不宜进行专门的技能训练。
另一方面单双线桥的教学功能已发生变化。在原来的教学中必有单双线桥的讲解和训练,它的意义在于帮助学生分析氧化还原反应前后元素化合价的变化和得失电子数目,为配平做铺垫。现在单双线桥的教学功能主要在于帮助学生更好地认识和理解电子转移、电子转移过程中的得与失相等。因此在教学中可以给学生介绍电子转移是如何在化学方程式中表现的,并且结合案例进行演示,学生能看懂即可。
(2)氧化还原反应方程式的配平是否作为基本要求
虽然高中化学课程标准和化学1模块教材中都没有将氧化还原反应方程式的配平作为基本要求,但一些老师在氧化还原新授课的教学中仍然讲解配平方法,甚至作为技能训练。这些老师认为:化学1模块有较多的化学方程式需要学生掌握,让学生具有配平技能有利于化学方程式的掌握;即使化学1模块不要求,但是高考会要求,而且除化学1模块外,其他模块没有再专门介绍氧化还原反应。
面对教师这样的认识,我们认为关键在于教师仍不能够客观地遵守学生的认识发展规律。首先,教师应该深刻地知晓学生的认识需要螺旋发展过程,不可能“一步到位”,因此对于刚上高一的学生(微观认识和抽象思维水平较低),在新接触氧化还原较多概念时,新概念的建构是一个逐级过程,在较短时间内不可能要求学生掌握太多的内容,否则会事倍功半;其次,教师应该能够从多角度分析课程和教学内容,虽然在其他模块没有专门的章节或课题学习氧化还原反应,但是有一些内容是与其密切相关的,例如元素周期律、电解、原电池等,在这些内容的学习中,完全可以促进和提高学生关于氧化还原的认识;第三,高考的方案和内容及其形式都在发生变化,不作为化学1模块要求的内容不会作为该模块的评价要求。
因此,我们应该深入地认识到,在整个高中阶段学生关于氧化还原的认识是分阶段和不同水平的,在化学1模块新授课、化学1模块复习、化学2模块、化学反应原理模块、高考复习等阶段,学生的认识发展可以分为如下5种水平。
水平1:通过新授课的教学,学生建立氧化还原反应、氧化剂和还原剂、氧化性和还原性等基本概念,能够分析哪些化学反应属于氧化还原反应,能够指出氧化剂和还原剂,说出哪个物质具有氧化性或还原性,初步了解常见的氧化剂和还原剂;能够依据化合价预测物质的氧化性和还原性,能够初步设计实验验证预测。
水平2:在硫、氮、铝等具体元素及其化合物知识的学习中,学生应用研究物质氧化性或还原性的思路方法,初步体会到物质的氧化性或还原性存在强弱关系,如二氧化硫与浓硫酸的氧化性强弱等;学生初步应用电子转移守恒原则进行一些需要掌握的氧化还原反应的配平,如浓、稀硝酸与金属铜的反应配平;学生能够书写简单的氧化还原反应的离子方程式。
水平3:在化学2模块学习中,学生对物质氧化性和还原性的强弱建立规律性认识,如同周期和同主族元素得失电子能力的比较,并能够从物质结构(原子结构)的角度预测分析物质的氧化性和还原性以及强弱关系。3.教学组织及处理问题
教师关于氧化还原内容的教学组织和处理具有稳定的、习惯性的方式,在新课程的背景下,面对新的要求,必然会产生相关教学论问题,如氧化还原反应概念教学是否一定要经历“得失氧、化合价变化、电子转移”三段式?在氧化还原反应概念的教学中如何避免枯燥?为什么要探讨氧化还原反应与4大反应类型的关系等。
(1)氧化还原反应概念教学是否一定需要从得失氧到化合价变化、电子转移的三段式
氧化还原反应概念教学原先处理采用得失氧、化合价变化、电子转移三段式,主要是考虑到了学生原有初中氧化还原知识的背景,考虑了从学生熟悉的化学反应和基本化学反应类型出发,符合学生的认识发展,体现了从表面现象到特征再到本质的认识过程。但是初中新课程已经不再从得失氧的角度介绍氧化还原反应,初中课程标准对氧化还原反应也不再作要求;其次,高中所讲的氧化还原反应已不在得失氧的水平;第三,让学生从得失氧角度转到化合价变化角度,突破这一认识在教学上是个难点。因此教师需要突破原有的教学范式,跳开三段论重新考虑氧化还原概念的形成问题,例如,可以先直接分析化合价,再深入到本质;或者直接进入本质,然后再使电子转移与化合价建立联系。那么,是否彻底不谈与得失氧相关的氧化还原反应?如何处理学生的差异?可以从化合价或电子转移入手,当学生建立这些认识后,通过开放性任务,让学生的不同认识得到统一和深化。(2)在氧化还原反应概念教学中如何避免枯燥
氧化还原概念教学通常是老师讲授为主,平铺直叙,而不是学生主动的建构概念,课堂教学氛围比较沉闷,学生兴趣不高,如何才能避免枯燥?可以从具体的任务出发,该任务学生能够顺利完成,在此基础上引出问题。例如从学生比较熟悉的氯化钠入手,让他们列举制备氯化钠的反应。学生通常举出盐酸和氢氧化钠的反应,也有学生会提到钠与氯气的化合反应。然后让学生从微粒的角度分析反应前后元素的形态是否发生了改变。学生很容易发现,对于盐酸和氢氧化钠反应,离子前后是没有变化的,而对于钠和氯气的反应前后微粒发生了变化,这种变化带来的直接结果就是化合价的不同。
(3)为什么要探讨氧化还原反应与4种基本反应类型的关系 4种基本反应类型并不能囊括所有的反应,它主要是从反应前后宏观的物质个数角度的分类,氧化还原反应是一种更本质的分类,是涉及反应本质的分类。探讨氧化还原反应与4种基本反应类型的关系这一环节是必须要有的。首先,它是概念原理教学中非常重要的一个环节。氧化还原概念建立之后不可能孤立存在,必然要跟原有经验进行整合,在整合过程中实现知识的系统化;其次在关系的明确过程中有利于帮助学生进一步理解氧化还原反应本身的特征,精致和发展认识,在某种程度上也是一种应用。
不同教师在这一环节的处理过程中有所区别,有些将其当作概念辨析处理,有些将其当作概念整合处理,其中比较有智慧的处理是点出了氧化还原的分类与原有分类相比,对学生认识的发展点,使学生认识到从化合价有无变化、有无电子转移角度对化学反应进行分类更本质、更有意义。
四、氧化还原专题的单元整体教学设计
在分析探讨了氧化还原内容的教学论问题后,需要站在单元整体的视角进行氧化还原每课时的教学设计。如氧化还原内容的单元整体教学目标是什么,学生在整个单元中的认识发展是怎样的,每课时中学生的认识是如何建构的;为了达到单元目标,不同课时的关系是怎样的,教学内容如何选择和组织,以期在氧化还原单元整体教学中做到三维目标的有机融合,让学生体验到多样化的教学方式,达到整体教学效果的最优化。
五、氧化还原专题的单元整体教学效果
为了探明上述关于氧化还原内容教学论问题分析的合理性和单元整体教学设计的效果,研究者通过对比教学实验进行了研究。选取北京市第八十中学水平相当的2个班级作为被试,控制学生水平、教学时间、教学内容深广度等无关变量。自变量为教学处理思路,对比班采用常规的教学处理,实验班采用上述的单元整体教学处理。因变量为学生氧化还原知识的掌握情况,学生对化学反应、物质性质及研究物质性质的思路和方法等方面的认识发展,以及解决分析氧化还原相关问题的水平等。
还原问题应用题 篇5
一、教學目標:
1、掌握物質氧化性和還原性強弱の判斷;
2、理解氧化還原反應の規律。
二、教學重點難點:
教學重點:物質氧化性和還原性強弱の判斷。
教學難點:氧化還原反應の規律。
三、教學過程:
【新課導入】
氧化性→得電子性,得到電子越容易→氧化性越強
還原性→失電子性,失去電子越容易→還原性越強
由此,金屬原子因其最外層電子數較少,通常都容易失去電子,表現出還原性,所以,一般來說,金屬性也就是還原性;非金屬原子因其最外層電子數較多,通常都容易得到電子,表現出氧化性,所以,一般來說,非金屬性也就是氧化性。【整理歸納】
一、物質氧化性和還原性強弱の判斷
1、根據氧化還原方程式進行判斷 對於反應:
氧化性:氧化劑>氧化產物; 還原性:還原劑>還原產物。例如:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,則有: 氧化性:CuSO4>FeSO4;還原性:Fe>Cu
2、根據物質活動性順序進行判斷(1)根據金屬活動性順序判斷
(2)根據非金屬活動性順序判斷
3、根據產物の價態判斷
一種氧化劑將還原劑氧化の價態越高,其氧化性越強。
点燃
△如:2Fe+Cl2=====2FeCl3 Fe+I2=====FeI2 氧化性:Cl2>I2 4.依據反應條件來判斷
與同一種還原劑(氧化劑)發生反應,其反應越困難(即要求條件越高),其氧化性(還原性)越弱。
如:2KMnO4+16HCl(濃)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
△MnO2+4HCl(濃)=====MnCl2+Cl2↑+2H2O 【小結】
(1)氧化性、還原性の強弱取決於物質得、失電子の難易程度,而與得、失電子數目の多少無關。
(2)元素の化合價處於最高價態時,具有氧化性,但不一定具有強氧化性,如Na。處於最低價態時具有還原性,但不一定有強還原性,如F。
【例題分析】1.根據下面兩個化學方程式判斷Fe2、Cu2、Fe3氧化性由強到弱の順序是()
+
+
+
-
+①2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2,②CuCl2+Fe=FeCl2+Cu A.Fe3>Fe2>Cu
2B.Fe2>Cu2>Fe3 +++
+
+
+C.Cu2>Fe3>Fe2
D.Fe3>Cu2>Fe2 +++
+
+
+【解析】由反應①可得出氧化性:Fe3>Cu2;由反應②可得出氧化性:Cu2>Fe2;故綜合+
+
+
+可知:Fe3>Cu2>Fe2,選D。+++【整理歸納】
二、氧化還原反應の規律
1、守恒規律
氧化還原反應中:化合價升高總數=化合價降低總數,即失電子數=得電子數。
2、價態規律
(1)元素處於最高價態,只有氧化性(只針對該元素),如Fe3等;
+
(2)元素處於最低價態,只有還原性(只針對該元素),如S2等;
-(3)元素處於中間價態,既有氧化性又有還原性,如Fe2等。
+
3、先後規律
氧化還原反應中,強者優先。即氧化性(或還原性)強,優先發生反應。
4、不交叉規律
即同種元素不同價態之間,相鄰價態不反應,發生反應時化合價向中間靠攏,但不交叉。
【小結】
(1)通常利用電子守恒規律,即n(失)=n(得)來進行有關氧化還原反應の題。
(2)金屬單質只有還原性,非金屬單質中有の只有氧化性如有の既有氧化性又有還原性,如S、Cl2。
【例題分析】2.在KClO3+6HCl(濃)=KCl+3Cl2↑+3H2Oの反應中,被氧化の氯與被還原の氯の原子個數比為________。
A.1∶6
B.6∶1
C.1∶5
D.5∶1 【解析】由氧化還原反應“不交叉”規律,可知KCl中の氯元素來自HCl,而不是KClO3,故Cl2既是氧化產物又是還原產物用雙線橋法表示出該反應の電子轉移情況為:
F2,有の只有還原性如
还原真实的历史 篇6
演讲稿
日前,河南省文物局在京高调宣布,曹操高陵在河南安阳得以确认。这一消息成为今年最具轰动效应的考古发现,也破解了曹操陵墓的千古之谜。
据悉,被确认的高陵位于河南安阳县安丰乡西高穴村,去年12月开始发掘,之前被考古学家当做东汉大墓。随着考古工作的开展,这座大墓现出规模宏大的真容。整座大墓包括了墓道前后和四个侧室,整个墓道长近40米,宽约10米,呈斜坡式延伸地下15米,大墓平面约为梯形,东边宽22米,西边宽19.5米,东西长18米,占地面积740多平方米。
仅从这一规模形制,即可断定墓室主人帝王身份。让人惊喜的是,虽然该墓被盗严重,但墓中存留的珍贵文物却很关键,随葬文物中出土了刻有“魏武王常用格虎大戟”的石碑,为墓主人是曹操提供了直接材料。而且,在被追缴的该墓被盗文物中,有一块石枕上刻有“魏武王常用慰项石”铭文,佐证了此墓就是曹操无疑。更重要的是,在该墓中还发现了一男二女的遗骨,其中男性被测定为60岁左右,和驾崩时66岁的曹操年龄相吻合。
唯一令人缺憾的是,墓中没能发掘出直接证明曹操高陵的墓志铭。但从墓志形式、出土文物、墓中骨骼,已经形成了相对严密的逻辑链,这里是曹操高陵无疑。
高陵被发掘确认,破解了中国历史上的一个千古之谜。而这一发现,又让人大跌眼镜。历史传说的荒诞和正史记载的严谨形成了鲜明对比。千多年来,民间关于曹操墓的传说,一直是七十二疑冢。墓穴所在,有的说是在许都(许昌)城外,有的说是在铜雀台附件的灵芝村(见《彰德府志》),有的说是在漳河底(参考古诗“铜雀宫观委灰尘,魏之园陵漳水滨。”),也有说是在曹操故里谯县的“曹家孤堆”(谯陵)。
再看正史记载,曹操陵墓的位置并不那么迷雾团团。一是在曹操在建安二十三年,即他去世前2年的218年,在其颁布的《终令》中说“古之葬者必居瘠薄之地。其规西门豹祠西原上为寿陵,因高为基,不封不树。”死前又有《遗令》:“吾死之后,葬于邺之西岗,与西门豹祠相近,无藏金玉珠宝。”两令见于正史,说明两大史实:一是表明曹操的薄葬之志;二是明确他归葬的地点为“邺之西岗”,比邻“西门豹祠”。凭此两点,不仅说明曹操对于自己的墓葬毫无掩饰,甚至是光明正大地告诉后人他墓葬的地点。这恰恰说明曹操性格中一贯的豪迈和慷慨。更要者,由于他追求薄葬,“无藏金玉珠宝”,似乎也不怕别人知道自己的墓葬所在,更不怕盗墓贼光顾。
然而,历史给他开了太大的玩笑。他迥异于其他地王的光明正大却被后世文人误解误读,甚至丑化。酸腐文人或基于封建正统思想,给其制造了七十二“疑冢”说,从《三国演义》到戏剧舞台,曹操成为多疑、奸诈的历史人物。讽刺的是,后世考古学家,似乎也为戏曲和演义中的历史所蒙蔽,采信了曹操墓“疑冢”的说法。否则,为何不对正史中所记载的曹操墓按图索骥地进行考古?
事实上,早在1988年,《人民日报》一篇《“曹操七十二疑冢”之谜揭开》的文章已经证明了所谓“疑冢”的不靠谱—“闻名中外的河北省磁县古墓群最近被国务院列为第三批全国重点文物保护单位。过去在民间传说中被认为是‘曹操七十二疑冢’的这片古墓,现已查明实际上是北朝的大型古墓群,确切数字也不是72,而是134。”
很遗憾,从1988年到现在的21年间,曹操“疑冢”之说依然流行。尤其央视“百家讲坛”导致的“三国热”中,曹操“疑冢”说更被更多的普通民众所采信。事实上,正史中提到的“西门豹祠”就在安阳县安丰乡。如果说考古学家们采信正史说法,及早发掘,曹操墓也不会被盗掘得那么严重,曹操“疑冢”之谜也就早就大白于天下了。
而且,就在曹操高陵被确认之时,依然有学者怀疑。譬如着有《盗墓史记》、《中国人盗墓史》的学者倪方六就认为,考古讲求的是“白纸黑字”,称没有在墓中发现墓志铭是“考古硬伤”。此外,他还强调,从曹操墓穴的规格上来看,曹操所提倡的薄葬并没有被严格执行。我以为,该墓出土的文物资料足以证实确为高陵的所有逻辑要素,算得上是“白纸黑字”。再者,虽然墓葬文物大多已被盗掘,但从出土的石圭和石碑等文物看,墓中文物是相当地俭朴,应该算得上是薄葬无疑。至于陵墓形制规格,那是曹丕的杰作,与乃父无关。是否厚葬,主要看陪葬品,这应该是很简单的常识。
系统还原技术分析及应用 篇7
所谓还原技术,就是指记录下以前某个时刻计算机系统的状态,并提供一种“回滚”手段使得计算机系统又能够回到那个时刻的状态,其间任何对系统的改动,如文件修改,注册表修改等全部消失,这样只要计算机用户能保证系统在之前的状态是“干净”的、可信赖的,利用这种“回滚”机制整个系统就可以一直保持“干净”状态。这里面最核心的技术是记录原先的状态和截获并存储新的改动,这就涉及到对操作系统I/O流程的干预。
图1是计算机操作系统中存储栈 (storage stack) 关键组件的层次图,应用程序打开文件进行读写,I/O子系统则负责把用户的文件读写请求发给文件系统驱动,然后文件系统驱动把文件读写请求转化成块 (block) 读写请求,并把块读写请求转发给卷(例如:在Windows操作系统中卷指的是C盘、D盘、E盘等)驱动程序,卷驱动修正一下块的偏移位置然后转发给磁盘(Windows磁盘管理中磁盘0、磁盘1、磁盘2等)驱动,磁盘驱动最后把该请求发到真实磁盘硬件上进行真正的处理(主要是中断处理、读写寄存器等)。所有的I/O(最终体现为对硬盘数据块内容的修改)都在这个存储栈上流动,因此尽管不同的还原软件有不同的实现方法,但是一定位于这个存储栈上的某个位置以监视数据块的改变。以WindowsXP自带的系统还原为例,其还原功能的核心组件实际上就是一个卷过滤驱动程序 (又称卷影拷贝,volsnap.sys) ,位于文件系统驱动与卷驱动之间,这样,在卷一级数据块的修改会先被卷过滤驱动程序截获,卷过滤驱动然后就可以做些处理使得日后能够还原。图2描述了基于卷过滤驱动的还原软件的详细处理流程。
如图2所示,假设用户文件对应卷上的三个数据块a、b和c,然后用户启动了系统还原功能建立了一个还原点,那么卷影拷贝驱动就开始工作,接着用户修改了这个文件,导致对应的b数据块遭到修改,由于卷影拷贝驱动在卷驱动上方,对b数据块的修改被卷影拷贝驱动先截获,卷影拷贝驱动把改动写入其内部维护的“改动存储池” (用b'数据块代表) ,接着登记一个映射记录<b-b'>,然后返回成功给应用程序。假设以后应用程序需要读取数据块b的内容了,读取请求又被卷影拷贝驱动先于卷驱动前截获,卷影拷贝驱动查找映射记录表,获知b块对应着改动存储池中的b'块,于是卷影拷贝驱动直接读取b'块的内容返回给上层应用程序;如果应用程序读取的不是b块而是c块,同样块读取请求被卷影拷贝驱动先得到,这次卷影拷贝驱动在映射记录表中查找不到跟c块对应的记录,于是卷影拷贝驱动直接下发请求到下层卷驱动去读取c块内容;同理,卷影拷贝驱动也是这样处理对其他文件数据块的改变;如果之后用户想还原整个卷了,系统还原程序只需要丢弃整个“改动存储池”,删除映射记录表就可以了。类似的,基于磁盘的还原软件也有同样的实现原理,只不过稍微底层一些,它们把自己做成一个磁盘过滤驱动,位于卷驱动和磁盘驱动之间,只捕获磁盘级别的数据块修改;用户创建还原点后,任何对磁盘数据块的修改都会被重定向到内部“改动存储池”中,并且建立起数据块的映射关系;用户执行还原操作后,也是删除映射记录表,撤销“改动存储池”。
2 改动存储池的实现
以上描述的是各类还原软件如何在I/O路径上截获数据块的修改;对于“改动存储池”的实现,不同的还原软件也有不同的设计,最简单的莫过于在原来磁盘上划分出一块区域来作为独立存储改动后的数据块,比如可以把硬盘的最末尾一段未分配的存储空间拿出来作为存储池,这样的设计好处是实现简单,缺点是局限性比较大,比如存储池大小缺乏伸缩性,划分出来的硬盘区域容量决定了最大可以容纳多少变化的数据块;又比如无法适用于用户的硬盘已经被完全分区过了的情况;复杂一点的设计是把一个或若干文件作为“改动存储池”,缺点是实现变得复杂了,但存储池伸缩性很大,可动态适应各种需求,其原理是还原软件在创立一个还原点的时候也创建一个大文件来对应这个还原点,并且通过文件系统接口获知了这个大文件在卷(基于卷的还原技术)或者磁盘 (基于磁盘的还原技术) 上的分配位置,以Windows平台上的NTFS文件系统为例,NTFS文件系统提供了一些反碎片化(defragment)的接口,比如FSCTL_GET_VOLUME_BITMAP, FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS以及FSCTL_MOVE_FILE等等,这些接口原本是设计给碎片整理程序用的,让它们获得卷上的文件系统位图、文件数据块的分配位置及进行数据的搬迁功能等等(详见微软MSDN帮助);还原软件也可以受益于这些接口,而且其中最重要的接口就是FSCTL_GET_RE-TRIEVAL_POINTERS,还原软件通过该接口可以获得之前创建的大文件在卷上的分配信息,从而获得有效的存储空间对变化的数据块进行存储;举例来讲,假设用户的D盘由0到99总共100个块组成,还原软件以30个块的大小创建了大文件,并且调用FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS接口从文件系统那里知道了<3-5>,<11-15><50-71>是对应这个大文件的数据块,还原软件就以这三个区间构成了“改动存储池”。假设上层应用改动了数据块8,还原驱动截获了这个改动,从“改动存储池”取出一个未使用的块,比如块3,把改动体现在块3上,添加映射项<8-3>,返回给上层应用;同理上层应用改动了数据块19,还原软件从“改动存储池”取得未使用的块4进行对应,<19-4>,上层应用读取块8时,还原软件返回块3内容,读取块19时,返回块4内容,其他没有修改的数据块则返回原来的块内容;当大文件的30个块都使用完后,如果文件系统还有剩余空间,还原软件可以适当进行文件大小调整,比如增长到40个块大小,同样通过FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS把新增10个块纳入“改动存储池”实现动态“扩容”;以后当用户进行还原的时候,只需要把大文件和映射表删除就回到了原来创建还原点的状态。
结语
本文从操作系统层面对当前的还原软件进行了剖析并给出了详细的原理阐述;另外笔者还根据文中所述的还原原理开发了一个还原软件原型,在Windows平台上测试通过,充分证明了其可行性。
摘要:随着互联网的日益普及, 计算机用户在享受互联网所带来的种种便利外, 也面临着各种各样的网络安全威胁, 当前互联网上各种恶意软件、木马、病毒肆虐, 一不小心系统就“中招”, 系统安全受到越来越多的重视, 几乎每台计算机必装一套防病毒软件。除了防病毒软件以外, 市场上也出现了一批还原软件如影子系统、还原精灵等, 这些还原软件也提供了另外一种保护方式使得计算机系统不受病毒影响, 受到网吧、学校机房的广泛欢迎。本文阐述这些还原软件的工作原理并对其中的关键点进行技术分析。
关键词:系统还原,存储栈,过滤驱动
参考文献
氧化还原反应在高考中的应用 篇8
氧化还原反应是高中化学教科书中的重难点,内容丰富,涉及到氧化剂、氧化产物、还原剂、还原产物、氧化还原反应本质等内容。通过对氧化还原反应的学习可以指导化学学科的整体学习,从而掌握学习规律,完成知识的迁移,对解决一系列化学问题和增强学生科学意识具有不可替代的作用。正因如此,氧化还原反应成为了高考中必不可少的热门考点。纵观历年高考试题,针对氧化还原反应的考查方式愈发趋于灵活多变。既考查学生对基本概念、理论的掌握,也考查学生对知识的吸收整合能力。
二、示例应答
1.氧化还原反应基本知识示例
例1下列离子方程式正确的是( )。
A.向盐酸中滴加氨水: H++OH-H2O
B.Fe(OH)3溶于氢碘酸:Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O
C.铜溶于稀硝酸:3Cu+8H++2NO-33Cu2++2NO ↑+4H2O
D.向Na2S2O3溶液中通入足量氯气:S2O2-3+2Cl2+3H2O2SO2-3+4Cl-+6H+
解析A选项中氨水是弱电解质,应写分子形式,故A选项错误;B选项中漏写Fe3+与I-的氧化还原反应,故B选项错误;C选项正确;D选项中氯气具有强氧化性将S2O2-3氧化成SO2-4,正确的离子方程式应为S2O2-3+4Cl2+5H2O2SO2-4+8Cl-+10H+,故D选项错误。
在书写化学方程式与离子方程式的过程中,既要熟练记忆常见的氧化剂与还原剂(常见氧化剂有KMnO4、HClO、HNO3、Fe3+、H2O2、Cl2、Br2等,常见还原剂SO2-3、Fe2+、S2-、I-等),掌握它们的氧化性、还原性的强弱关系,还要善于挖掘其中的隐含信息,比如反应物与反应物之间的反应、反应物与产物之间及产物与产物之间能否反应,对其进行分类,养成归纳总结的习惯。
2.离子共存中的氧化还原反应示例
例2在pH=1的无色溶液中能大量共存的离子组是()。
A.NH+4、Mg2+、SO2-4、Cl-
B.Ba2+、K+、HCO-3、NO-3
C.Al3+、Cu2+、SO2-4、AlO-2
D.Na+、Fe2+、Cl-、NO-3
解析离子组存在的环境(pH=1)是强酸性的,所以HCO-3和AlO-2不能大量共存,故B、C选项均错误;酸性溶液中NO-3有氧化性,与还原性的Fe2+不能共存,故D选项错误;因为溶液为无色,排除含有色离子(Cu2+)的离子组C,故A选项正确。
这类题首先就要注意审题,既要考虑离子间能否发生反应,还要考虑其他限制条件,如溶液的酸碱性环境、溶液的颜色、溶液是否能共存等。其次,个别问题中会藏有隐含条件,就要将隐含条件挖掘出来,比如题目表达为:“水电离出来的c(H+)或c(OH-)的浓度为1×10-14 mol/L”时,与常温下水电离出的c(H+)=c(OH-) =1×10-7 mol/L对比,水的电离受到了抑制,故溶液呈强酸性或强碱性;“在与Al反应能生成H2的溶液中”,该溶液呈强酸性或强碱性,但溶液中不能有NO-3,因为NO-3(H+)与Al反应不生成氢气等。遇到上述情况要先判断清楚溶液的酸碱性,然后考虑离子间的反应情况。最后要注意题干条件、要求与选项间的联系,思维要严密。
3.氧化还原反应中化学计算的示例
例312 mL浓度为0.1 mol/L的Na2SO3溶液,恰好与10 mL浓度为0.04 mol/L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溶液与K2Cr2O7溶液发生的氧化还原反应中,Na2SO3充当还原剂,1 mol Na2SO3失去2 mol电子,K2Cr2O7充当氧化剂得到电子,两者得失电子的物质的量相等。因此可得:
12×10-3 L×0.1 mol//L×2 =10×10-3 L×0.04 mol//L×2×(6-x),解得:x=+3价。
氧化还原反应中的化学计算,主要包括四类(1)求氧化剂与还原剂,或氧化产物与还原产物的量之间的关系;(2)题目给定反应物和生成物,求氧化剂与还原剂或氧化产物与还原产物的量的关系;(3)题目给定氧化剂和还原剂的物质的量之比,求氧化产物或还原产物的化合价;(4)某一氧化还原反应中氧化剂或还原剂不止一种,求某一部分氧化剂(或还原剂)氧化(或还原)还原剂(或氧化剂)的物质的量。
对于这类题,就要根据化合价的变化,理清氧化和还原两条线索,以得失电子守恒为切入点,并结合化学方程式和质量守恒列式求解。对于过程相对复杂的氧化还原反应(连续反应或多个反应并列发生)的计算,可以通过分析反应前后,始终两态涉及的所有物质,找出所有起始物质到终了物质中化合价发生变化的元素,根据化合价升高总数和化合价降低总数相等列式求解,简化解题步骤。
4.氧化还原反应中的电化学示例
例4将铝制品与另一种材料作电极,以某种溶液作电解液进行电解,通电后在铝制品与电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜,薄膜的某些部位存在着小孔,电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解,从而在铝制品表面形成一层较厚的氧化膜。某校研究性学习小组根据上述原理,以铝制品和铁棒为电极,一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。
(1)铝制品表面形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为。
(2)电解过程中,必须使电解液的pH保持相对稳定(不能太大,也不能太小)的原因是 。
(3)使用NaHCO3溶液为电解液,会减缓阴极区溶液的pH的增大,能说明这一原理的离子方程式为 。
解析(1)因铝为阳极,故被氧化,Al-3e-Al3+,由于溶液显碱性,故立即转化成Al(OH)3覆盖在表面,电极反应式为:Al+3OH--3e-Al(OH)3;
(2)因为Al(OH)3有两性,pH若太大或太小,都会使Al(OH)3溶解,生成AlO-2或Al3+而使Al(OH)3层不能形成;
(3)阴极的反应为2H++2e-H2↑,H+的消耗使水的电离平衡被破坏,继续电离,总反应为:2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以阴极区溶液的pH会升高。由于HCO-3会与OH-反应,消耗OH-,从而能减缓pH的增大。
在氧化还原反应的电化学方面,主要考查电极名称、电极反应类型等基础知识和基本规律的认识,电极反应式的书写技能以及电解反应中的有关计算。在做题过程中,要根据不同的已知判据确定氧化剂还原剂强弱。尽量要与元素周期表、金属活动性顺序等知识联系起来;跟电池有关的,要根据电化学规律判断;已知化学方程式时,则根据反应规律确定;对于与数量有关的推断或计算,其思路一般应转向氧化还原反应中得电子总数等于失电子总数的规律。串联的电解电路中,各个极,包括电源的电极和电解池的电极,得或失电子的数目相等,生成电解产物的多少与电子数目相对应。
5.陌生氧化还原反应方程式的书写
例5实验室可由软锰矿(主要成分为MnO2)制备KMnO4。方法如下:软锰矿与过量固体KOH和KClO3在高温下反应,生成锰酸钾(K2MnO4)和KCl:用水溶解,滤去残渣,滤液酸化后,K2MnO4转变为MnO2和KMnO4;滤去MnO2沉淀,浓缩溶液,结晶得到深紫色的针状KMnO4晶体。请回答:
KMnO4能与热的经硫酸酸化的Na2C2O4反应,生成Mn2+和CO2,该反应的化学方程式是:
解析(1)依题意Mn元素化合价降低,故KMnO4是氧化剂,MnSO4是还原产物;C元素化合价升高,故Na2C2O4是还原剂(C元素化合价为+3价),CO2是氧化产物。
(2)按“氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物” 把化学方程式初步写为:
2KMnO4+5Na2C2O42MnSO4+10CO2↑。
由KMnO4→MnSO4,Mn元素降了5价,在还原剂Na2C2O4前面配5,在氧化产物CO2前面配10;由Na2C2O4→CO2,C元素升了1价,2 mol C共失去2 mol e-,在氧化剂KMnO4前面配2,还原产物MnSO4前面配2。
(3)反应是在硫酸溶液中进行,故在左边反应物中补充H2SO4,右边生成物中补充K2SO4、Na2SO4和H2O:
2KMnO4+5Na2C2O4+H2SO4
2MnSO4+10CO2↑+K2SO4+Na2SO4+H2O
(4)根据K+、Na+、SO2-4、H、O等守恒配平如下:
2KMnO4+5Na2C2O4+8H2SO4
2MnSO4+10CO2↑+K2SO4+5Na2SO4+8H2O
即该反应的化学方程式为:
2KMnO4+5Na2C2O4+8H2SO4
2MnSO4+10CO2↑+K2SO4+5Na2SO4+8H2O
在做这类题时,可以按照12字口诀来做,定氧还、配氧还、查电荷、再确认。具体做起来就是四步:
第1步:确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。根据题意及已有知识确定发生了氧化还原反应的物质,离子及反应后的物质(离子),也就是确定反应中的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
第2步:将氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物配平。确定了氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物后,用化合价升降法配平氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。
第3步:根据电荷守恒确定其余反应物或生成物。有的反应除了有氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物外,还有其他物质(离子)参加或生成。此时可根据已配平的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物,检查等式两边的电荷是否相等或分析氢、氧原子个数是否相等,然后再结合题意,确定反应中的其他物质(离子)并将它们补全。
第4步:检查并确定最终的离子方程式。将所有反应物、生成物都确定后,再将它们一一配平,即可得出离子方程式,切记做完后要检查确认。
三、结论与趋势
今后,高考对氧化还原反应知识的考查其所占的比重还将加大。所以,在复习这方面知识的过程中,要多加用心,掂量轻重,有深有浅,否则很容易导致考试失误。
近几年高考试题,呈现出氧化还原反应与STS问题(即科学——技术——社会试题)情景相结合,氧化还原反应的计算与物质的分析推断相综合的趋势,以及信息迁移、探讨新问题情景的新型试题。STS教育重视理论联系实际,关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展,以促进学生在知识和技能、过程和方法、情感、态度和价值观等方面的全面发展,它仍是以后高考命题的热点和亮点。今后高考命题会继续涉及上述热点,同时也会因氧化还原反应涉及知识面广,特别是与社会生活知识综合在一起,会有推陈出新的综合性题型出现。