常見氧化還原反應(yīng)配平“一法多用”的解題思路

劉元昊　林紅

一、氧化還原反應(yīng)的重要性及其配平的考查方式

氧化還原反應(yīng)作為人教版化學(xué)教科書必修一中的重點(diǎn)、難點(diǎn)的理論課，其輻射范圍很廣，貫穿整個(gè)高中化學(xué)的學(xué)習(xí)生涯?？v觀近5年來(lái)的高考試題，并不會(huì)單獨(dú)且直接的考查氧化還原反應(yīng)的配平問題，而是貫穿著整個(gè)試卷，如選擇題，化工流程題，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)題，以及推斷題中，不論如何考察，一般和電化學(xué)、阿伏伽德羅常數(shù)、離子共存等相聯(lián)系。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的過程中真正意義上的理解什么是氧化還原反應(yīng)，怎么去利用氧化還原反應(yīng)的理論來(lái)對(duì)習(xí)題進(jìn)行舉一反三。

二、從氧化還原反應(yīng)的“實(shí)質(zhì)”中找解決問題的關(guān)鍵和突破口

氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子的得失或共用電子對(duì)的偏移。但單單從這十幾個(gè)字來(lái)看，并不能看出到底它對(duì)解題有什么樣的作用，而是要更深層次的認(rèn)識(shí)到氧化還原反應(yīng)“實(shí)質(zhì)”中隱藏的特點(diǎn)。從得失電子角度來(lái)看，氧化劑中元素的得電子數(shù)和還原劑中元素的失電子數(shù)是一致的，而從化合價(jià)的的角度來(lái)看還原劑中元素的化合價(jià)升高總數(shù)和氧化劑中元素化合價(jià)降低總數(shù)也是一致的，在同一個(gè)氧化還原反應(yīng)中，得電子數(shù)和失電子數(shù)與化學(xué)價(jià)升降總數(shù)在數(shù)值上來(lái)看也是一致的。因此，不難從氧化還原的實(shí)質(zhì)中得到了一個(gè)重要的結(jié)論：

得電子總數(shù)=失電子總數(shù)=元素化合價(jià)升高總數(shù)=元素化合價(jià)降低總數(shù)。

化合價(jià)升降法正是利用氧化還原反應(yīng)的這一特點(diǎn)，通過控制化合價(jià)升降總數(shù)對(duì)化學(xué)方程式進(jìn)行配平的。在本文中筆者會(huì)詳細(xì)介紹化合價(jià)升降法的使用。其對(duì)解決高中化學(xué)氧化還原反應(yīng)配平是一個(gè)關(guān)鍵性的突破口。

三、利用化合價(jià)升降法解決高中化學(xué)常見的氧化還原反應(yīng)配平，實(shí)現(xiàn)“一法多用”

在高中階段，氧化還原反應(yīng)的配平問題，最常見的三種有，正向配平問題、逆向配平問題、缺項(xiàng)配平問題。以下將介紹化合價(jià)升降法對(duì)以上問題的解決方法。

1.正向配平問題

這種方程式的配平比較簡(jiǎn)單，首先觀察方程式中，對(duì)于價(jià)態(tài)改變的元素是否全部被氧化（或全部被還原）。換言之，氧化劑只對(duì)應(yīng)一種還原產(chǎn)物，還原劑只對(duì)應(yīng)一種氧化產(chǎn)物。從反應(yīng)物向生成物配平或從生成物向反應(yīng)物配平均可。

例1 （ ）KI+ （ ）KMnO4+（ ）H2SO4（ ）K2SO4 +（ ）MnSO4+（ ）I2+（ ）H2O

其中還原劑是KI 對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物只有I2，氧化劑KMnO4 對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物只有MnSO4。

這就是一個(gè)典型的正向配平問題，可以直接從反應(yīng)物入手配平。根據(jù)氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)，利用化合價(jià)升高和降低總數(shù)相等的方法進(jìn)行配平，可稱之為化合價(jià)升降法。

（1）標(biāo)出化合價(jià)發(fā)生改變?cè)氐幕蟽r(jià)。

如：KI中I的化合價(jià)為-1價(jià)，I2中I的化合價(jià)為0價(jià)。KMnO4中Mn的化合價(jià)為+7價(jià)，MnSO4中Mn的化合價(jià)為+2價(jià)。

（2）計(jì)算出變價(jià)元素化合價(jià)的變化值。

如：KI→I2，化合價(jià)變化值{0-（-1）}×2=2 KMnO4→MnSO4，化合價(jià)的變化值7-2=5

（3）利用最小公倍數(shù)法給各化合價(jià)的變化值乘一個(gè)系數(shù)，使化合價(jià)的升高總數(shù)和化合價(jià)的降低總數(shù)相同。

如2×5=10，5×2=10

（4）根據(jù)化合價(jià)升高總數(shù)=化合價(jià)降低總數(shù)。先對(duì)氧化劑和還原劑配平，再對(duì)氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物配平，最后再調(diào)整配平其他項(xiàng)。

如：KMnO4→MnSO4 每轉(zhuǎn)移電子一次，化合價(jià)變化5，需要轉(zhuǎn)移2次，化合價(jià)的變化值才能是10。因此KMnO4的化學(xué)計(jì)量數(shù)是2。KI→I2，KI每次能向I2轉(zhuǎn)移一個(gè)電子，化合價(jià)變化1，需要轉(zhuǎn)移10次，化合價(jià)的變化值才能為10。因此KI的化學(xué)計(jì)量數(shù)是10。還原產(chǎn)物MnSO4中的Mn每次化合價(jià)變化5，需要轉(zhuǎn)移2次電子，化合價(jià)的變化值才能達(dá)到10。氧化產(chǎn)物I2中I的每次化合價(jià)變化2價(jià)，只需要轉(zhuǎn)移5次，化合價(jià)的變化值就能達(dá)到10。因此MnSO4 和I2中的化學(xué)計(jì)量數(shù)分別是2和5。反應(yīng)物中含K元素的化合物全部配完，因此可確定K的離子個(gè)數(shù)為12。因此K2SO4的化學(xué)計(jì)量數(shù)為6。生成物中含硫酸根離子的化合物的系數(shù)已完全配完，因此可確定H2SO4 的化學(xué)計(jì)量數(shù)為8，又可確定反應(yīng)物中氫離子的個(gè)數(shù)為16，從而確定生成物中H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為8。得到方程式：

10KI+2KMnO4+8H2SO4

6K2SO4+2MnSO4+5I2+8H2O

（5）檢查元素、電荷、原子是否守恒。

2.逆向配平問題

當(dāng)給定的氧化還原反應(yīng)方程式中，氧化劑或還原劑中的一種元素出現(xiàn)幾種不同的價(jià)態(tài)時(shí)。換言之，自身氧化還原反應(yīng)（包括歧化反應(yīng)和同一物質(zhì)中不同種元素間的反應(yīng)），若從反應(yīng)物開始配平則有一定的難度，可從生成物開始配平，即逆向配平。

例2 （ ）Cu+（ ）HNO3

（ ）Cu（NO3）2 +（ ）NO↑+（ ）H2O

根據(jù)例1中使用的化合價(jià)升降法，只需對(duì)第四步進(jìn)行調(diào)整，從生成物開始配平。

（1）、（2）、（3）步簡(jiǎn)述：

Cu→Cu（NO3）2 ，Cu的化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià) 化合價(jià)變化值為2-0=2

HNO3→NO，N的化合價(jià)由+5價(jià)變?yōu)?2價(jià) 化合價(jià)變化值為5-2=3

2×3=6 3×2=6

（4）由于生成物中N的化合價(jià)有兩種，若從反應(yīng)物開始配平無(wú)法確定HNO3的化學(xué)計(jì)量數(shù)，反之從生成物開始配平則方便。

由于變化6個(gè)化學(xué)價(jià)能使化合價(jià)升高和降低總數(shù)相等。因此可以從NO和Cu（NO3）2入手，NO中N的化合價(jià)變化一次改變3價(jià)，一共需要改變2次才能使化合價(jià)變化值為6。因此NO的化學(xué)計(jì)量數(shù)是2，而Cu（NO3）2中的Cu每次化合價(jià)變化2，需要改變3次才能使化合價(jià)的變化值為6，因此Cu（NO3）2的化學(xué)計(jì)量數(shù)是3。生成物中含N元素和Cu元素的化合物都已經(jīng)完成配平，因此可以確定HNO3的化學(xué)計(jì)量數(shù)為8，Cu的化學(xué)計(jì)量數(shù)為3。反應(yīng)中氫元素的化學(xué)計(jì)量數(shù)已經(jīng)確定，因此H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為4。因此得到方程式：endprint

3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

（5）檢查元素、電荷、原子是否守恒。

3.缺項(xiàng)配平問題

缺項(xiàng)配平是氧化還原反應(yīng)方程式配平中的一個(gè)難點(diǎn)問題，某些反應(yīng)物或生成物的化學(xué)式未寫出，在水溶液中的反應(yīng)所缺的物質(zhì)通常是H+、OH-和 H2O，在反應(yīng)物或生成物一邊加H+、OH-和H2O即可配平氧化還原反應(yīng)方程式。這類方程式的配平不僅要配平化學(xué)計(jì)量數(shù)，還要寫出未知物的化學(xué)計(jì)量數(shù)，再通過比較反應(yīng)物與生成物，觀察增減的原子或離子數(shù)，確定未知物并配平。

例3 （ ）MnO-4+（ ）H2O2 +（ ）（ ）Mn2++（ ）O2↑+

（ ）H2O

根據(jù)例1中使用的化合價(jià)升降法，只需對(duì)第四步進(jìn)行調(diào)整。

（1）、（2）、（3）步簡(jiǎn)述：

MnO-4→Mn2+ ，Mn的化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià) 化合價(jià)變化值為7-2=5

H2O2 →O2 ，O的化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià) 化合價(jià)變化值為{0-（-1）}×2=2

5×2=10 2×5=10

（4）可以利用正向配平或逆向配平的方法，將氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物配平。再對(duì)反應(yīng)物（或生成物）中存在的缺項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)充，如例3中的方程式，配平氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物后，生成物中的離子數(shù)目已經(jīng)確定，若生成物中多正電荷，則反應(yīng)物的缺項(xiàng)應(yīng)該補(bǔ)充H+。若生成物中多負(fù)電荷，則反應(yīng)物的缺項(xiàng)應(yīng)該補(bǔ)充OH-。若生成物中和反應(yīng)物中的電荷數(shù)已經(jīng)守恒，則反應(yīng)物的缺項(xiàng)應(yīng)該補(bǔ)充H2O 。

根據(jù)例1和例2的配平手段，可知MnO-4的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，H2O2的化學(xué)計(jì)量數(shù)為5。Mn2+ 的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，O2的化學(xué)計(jì)量數(shù)為5。由于生成物中的離子數(shù)目已經(jīng)確定，帶4個(gè)正電荷，

反應(yīng)物中所帶電荷數(shù)與生成物電荷數(shù)一致，反應(yīng)物中有2個(gè)負(fù)電荷，所以需要補(bǔ)充6個(gè)正電荷，滿足（-2）+6=4，使左右兩邊的電荷數(shù)一致，因此缺項(xiàng)的位置和缺項(xiàng)位置的化學(xué)計(jì)量數(shù)應(yīng)該是6H+，氫離子的個(gè)數(shù)全部確定，因此可確定H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為8，得到方程式：

2MnO-4+5H2O2+6H+2Mn2++5O2↑+8H2O

（5）檢查元素、電荷、原子是否守恒。

氧化還原反應(yīng)的配平方法其實(shí)還有很多，比如零價(jià)配平法、平均化合價(jià)法、合一配平法、奇數(shù)配偶法等，但氧化還原是基礎(chǔ)教育化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其本質(zhì)是反應(yīng)中組成物質(zhì)的原子或離子間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，特征是反應(yīng)前后元素化合價(jià)發(fā)生變化。因此，化合價(jià)升降法是氧化還原反應(yīng)配平最有效的方法，其配平結(jié)果可信可靠，對(duì)高中生的學(xué)習(xí)不但簡(jiǎn)便，而且更容易吸收和內(nèi)化。總之，高中生遇到復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)配平，首先要分析方程式屬于哪種類型，并靈活的運(yùn)用化合價(jià)升降法，這樣高中生涯常見的配平問題也將得到很好的解決。endprint