復雜化學方程式的書寫舉隅

肖中榮

宏觀看現(xiàn)象，微觀想結(jié)構(gòu)，用符號表征，這是化學學習的基本方式。化學方程式是重要的化學符號，他是聯(lián)系宏觀與微觀的橋梁，準確書寫化學方程式是中學化學教學的主要任務之一，他也是高考考查的熱點，現(xiàn)將教學中一些復雜、新穎方程式的書寫歸類說明。

分析 先考慮SO2和Ba（ClO）2發(fā)生氧化還原反應①SO2+H2O+ClO-SO2-4+2H++Cl-；再考慮沉淀反應②Ba2++SO2-4BaSO4↓；若ClO-過量，還要考慮強酸制弱酸反應③ClO-+H+HClO，我們可以認為①②反應一定發(fā)生，③反應是后續(xù)反應，受ClO-量多少的影響。A顯然錯，BaSO3與HClO要發(fā)生氧化還原反應；B是1 mol Ba（ClO）2和1 mol SO2反應，發(fā)生了①②③，正確；D是1.5 mol Ba（ClO）2和1 mol SO2反應，發(fā)生了①②③，正確；C是過量的SO2和1 mol Ba（ClO）2反應，只發(fā)生反應①②，綜上述，本題答案選A。

點評 某一體系若發(fā)生多個反應，應考慮優(yōu)先發(fā)生的反應，再根據(jù)過量反應續(xù)寫后步反應，最后加和得到總方程式，這是一種常用化難為易的技巧，很多學生對此掌握不好。常見具有先后順序的反應：一種氧化劑和多種還原劑的反應（如Cl2和Fe2+、Br-、I-混合體系反應）、一種還原劑和多種氧化劑的反應（如Fe和Fe3+、Cl2、Cu2+混合體系反應）、一種強酸和多種弱酸根反應（如H+和OH-、CO2-3、AlO-2混合體系反應）、一種強堿和多種陽離子反應（如OH-和NH+4、H+、Al3+混合體系反應），它們遵循“強者優(yōu)先反應”的規(guī)律。

二、因果反應類型

例2 有下列實驗：

①將少量Cu粉加入2mL 10% H2O2溶液，無現(xiàn)象；

②將2滴CuSO4加入2 mL 10% H2O2溶液，迅速產(chǎn)生大量氣泡；

③將少量Cu粉、稀硫酸加入2mL 10% H2O2溶液，迅速產(chǎn)生大量氣泡，溶液慢慢由無色變成藍色，寫出③中發(fā)生的反應方程式。

分析 ①實驗說明H2O2與Cu不發(fā)生氧化還原反應，②說明Cu2+是H2O2分解的催化劑，③說明H2O2在酸性環(huán)境中氧化Cu生成了Cu2+，溶液顯藍色、Cu2+催化H2O2分解生成O2。本實驗中產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象很劇烈，而溶液變藍很緩慢，這極易讓人產(chǎn)生Cu氧化H2O2的假象，在①②實驗的對比下我們得出結(jié)論：H2O2先氧化Cu生成Cu2+，接著發(fā)生Cu2+催化H2O2分解反應，二者具有因果關(guān)系，反應方程式分別為：

H2O2+2H++CuCu2++2H2O

2H2O2Cu2+2H2O+O2

點評 影響物質(zhì)的性質(zhì)（氧化性、還原性）因素有濃度、溫度和溶液的酸堿性：如濃硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化性強、MnO-4在酸性中氧化性最強、濃硫酸在加熱時可以氧化銅等，本題中加入的稀硫酸提高了H2O2的氧化性，從而氧化了Cu，產(chǎn)物Cu2+是過氧化氫分解的高效催化劑，這些因果關(guān)聯(lián)的作用導致上述現(xiàn)象的發(fā)生。學生容易形成定勢思維，總認為一個實驗現(xiàn)象僅僅對應一個方程式，其實一個實驗現(xiàn)象背后往往發(fā)生多個反應，我們一般只寫出了主要的反應方程式。

三、競爭反應類型

例3 將FeSO4溶液與稍過量的NH4HCO3溶液混合，有白色沉淀生成，寫出離子反應方程式。

分析 若白色沉淀是Fe（OH）2，它在空氣中不能穩(wěn)定存在，將被氧化成Fe（OH）3，顏色由白色迅速變成灰綠色、最終變成紅褐色，故白色沉淀只能是FeCO3，離子方程式為Fe2++2HCO-3FeCO3↓+CO2↑+H2O”（配平技術(shù)：根據(jù)電荷守恒，HCO-3的系數(shù)是2，根據(jù)元素守恒判斷還生成了H2CO3）。

點評 本題是2009年北京高考題26節(jié)選，很多學生認為，F(xiàn)e3+（Al3+）與HCO-3（CO2-3）發(fā)生雙水解，生成氫氧化物沉淀和二氧化碳氣體，F(xiàn)e2+與HCO-3也應該發(fā)生雙水解反應，生成氫氧化亞鐵沉淀和二氧化碳氣體，怎么會生成FeCO3沉淀？教師演示實驗：向分別盛有1 mL的0.5mol/L、1 mol/L的碳酸氫鈉溶液各加入1滴、1mol/L FeSO4、Fe2（SO4）3溶液，前者馬上出現(xiàn)白色沉淀，沒有出現(xiàn)灰綠色→紅褐色的顏色變化，說明沉淀是FeCO3而非Fe（OH）2，后者生成紅褐色沉淀和氣體，說明產(chǎn)物是Fe（0H）3和CO2。教師給出Fe2++2HCO-3FeCO3+H2O+CO2的K1為7.8×107、Fe2++2HCO-3Fe（OH）2+2CO2的K2為7.8×103，前者K1K2，所以Fe2+與HCO-3反應主要生成FeCO3。教師給出反應Fe3++3HCO-3Fe（OH）3+3CO2， K3為6.6×1019，K值大（Fe3+的極化能力強，溶液中不存在Fe2（CO3）3），故Fe3+與HCO-3主要生成氫氧化物沉淀和二氧化碳氣體。常見金屬陽離子和碳酸氫根（碳酸根）可能發(fā)生雙水解生成氫氧化物的沉淀（如Al3+、Fe3+）、碳酸鹽沉淀（如Ca2+、Fe2+）、堿式碳酸鹽沉淀（如Mg2+、Cu2+），實質(zhì)是水解反應和沉淀反應的競爭，K大反應的趨勢更大，產(chǎn)物應根據(jù)題目信息進行判斷。

四、可逆反應類型

例4 一定條件下，氣體甲（CO2）與固體（CaO、FeO）中的某種成分可能發(fā)生氧化還原反應，寫出一個可能的化學反應方程式

________________________________________，并設計實驗方案驗證該反應的產(chǎn)物。

分析 CO2中碳顯+4價，有氧化性，F(xiàn)eO中鐵顯+2價，有還原性，二者可以發(fā)生氧化還原反應：+4價的碳可以被還原成CO、C，+2價的鐵可以被氧化成Fe2O3、Fe3O4，如2FeO+CO2△Fe2O3+CO，設計的實驗方案只要檢驗相應的產(chǎn)物即可：取樣品于試管中，加鹽酸溶解，再加KSCN溶液，若顯紅色，則證明產(chǎn)物中有Fe2O3；將生成的氣體點燃后通入澄清石灰水，若變渾濁，證明有CO。

點評 本題是2014年浙江高考題26節(jié)選，很多學生受煉鐵反應Fe2O3+3CO2Fe+3CO2干擾，認為FeO與CO2不能反應，顯然學生對于可逆反應的認識不深刻。其實任何反應都是可視為可逆反應，對某一具體反應僅僅是正向、逆向反應的程度不同。大學教材有這樣規(guī)定：298K，K≥104的反應進行徹底，稱為“完全反應”，方程式用等號連接；K≤10-4的反應限度小，認為“不能反應”；10-4≤K≤104的反應稱為“可逆反應”，方程式用可逆符號連接。這是某大學教材介紹煉鐵反應中存在的多個可逆反應（高價態(tài)元素呈現(xiàn)逐次降價還原）：

Fe2O3+CO△2FeO+CO2

FeO+CO△Fe+CO2

五、多物質(zhì)放電類型

例5 用FeCl3酸性溶液脫除H2S后的廢液，通過控制電壓電解得以再生。某同學使用石墨電極，在不同電壓（x）下電解pH=1的0.1 mol/L FeCl2溶液，研究廢液再生機理。記錄如下（a、b、c代表電壓值：）

（2）Ⅰ中，F(xiàn)e2+產(chǎn)生的原因可能是Cl-在陽極放電，生成的Cl2將Fe2+氧化。寫出有關(guān)反應的方程式________________________________。

點評 高中教材幾乎都這樣強調(diào)：活性電極或陰離子在陽極發(fā)生氧化反應失去電子；陽離子在陰極發(fā)生還原反應得到電子。如何理解陰陽極的放電反應？物理化學告訴我們，陽極發(fā)生氧化反應失去電子、陰極發(fā)生還原反應得到電子，以維持回路的電子遷移。在特定反應條件下，陰極附近離子的析出電勢高，越容易先獲得電子被還原；任何放出電子的氧化反應都能在陽極進行，離子的析出電勢越低，越容易在陽極放出電子被氧化。物質(zhì)的析出電勢不僅要考慮離子的平衡電極電勢（與金屬活動性有關(guān)），還要考慮一定電流密度下的超電勢。我們要向?qū)W生說明：活潑電極、陰離子、陽離子，甚至氣體分子都可以在陽極失去電子，陽離子、陰離子和中性氣體分子也可在陰極得到電子，有時甚至出現(xiàn)多種物質(zhì)同時放電的情況，應打破定勢，要接受離子放電發(fā)生變化的事實。

（收稿日期：2015-01-15）