氧化還原方程式的配平方法探究

祝英航 指導(dǎo)教師：趙 杰

(山東省煙臺(tái)第一中學(xué) 264001)

氧化還原是非常重要的化學(xué)概念，也是高中化學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)在高考題中.對(duì)于剛上高一的學(xué)生來(lái)說(shuō)，氧化還原方程式的配平具有較大的挑戰(zhàn)性.筆者作為高一化學(xué)課代表，化學(xué)成績(jī)一直不錯(cuò)，但在運(yùn)用氧化還原基本理論知識(shí)配平氧化還原方程式時(shí)出錯(cuò)不少.在分析思考后，筆者發(fā)現(xiàn)，常用配平氧化還原方程式的方法并不能普遍應(yīng)用于所有的習(xí)題.在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本著“大膽假設(shè)、小心求證”的原則，運(yùn)用邏輯推理和比較分析等方法，筆者針對(duì)氧化還原方程式配平過(guò)程中的習(xí)題，總結(jié)電子守恒法和原子守恒法，希望能對(duì)廣大高中同學(xué)的化學(xué)學(xué)習(xí)有所幫助.

一、氧化還原理論知識(shí)歸納總結(jié)

1．氧化還原反應(yīng)的定義

在反應(yīng)過(guò)程中有元素化合價(jià)變化的化學(xué)反應(yīng)叫做氧化還原反應(yīng).在氧化還原反應(yīng)中，反應(yīng)物所含某種或某些元素化合價(jià)升高的反應(yīng)叫做氧化反應(yīng)；反應(yīng)物所含某種或某些元素化合價(jià)降低的反應(yīng)叫做還原反應(yīng).氧化與還原這兩個(gè)對(duì)立的過(guò)程相互依存而統(tǒng)一于一個(gè)氧化還原反應(yīng)之中.在氧化還原反應(yīng)中，所含的某種元素的化合價(jià)降低的反應(yīng)物，稱為氧化劑；所含的某種元素的化合價(jià)升高的反應(yīng)物，稱為還原劑.

2．氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)和特征

氧化還原反應(yīng)從表面來(lái)看是反應(yīng)前后元素的化合價(jià)發(fā)生了變化，實(shí)質(zhì)上則是反應(yīng)前后有電子轉(zhuǎn)移或電子偏移發(fā)生.在氧化還原反應(yīng)中，得電子者為氧化劑，氧化劑自身被還原；失電子者為還原劑，還原劑自身被氧化.氧化劑得到的電子數(shù)必等于還原劑失去的電子數(shù).

二、氧化還原方程式解題技巧

1.氧化還原方程式配平的常用方法——電子守恒法

電子守恒法就是在氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒，其氧化還原方程式配平的一般步驟包括：

(1)標(biāo)：標(biāo)出有化合價(jià)變化的元素的化合價(jià)；

(2)列：列出反應(yīng)前后元素化合價(jià)的變化值；

(3)等：利用最小公倍數(shù)法使氧化數(shù)降低總值和升高總值相等；

(4)定：確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)；

(5)平：利用觀察法配平其他物質(zhì)，配平后，方程式改為等號(hào)；

(6)查：檢查原子守恒、電子守恒及電荷守恒(離子反應(yīng)).

例1 配平：_NaClO3+_H2O2+_H2SO4—_ClO2+_O2+_Na2SO4+_H2O

解析根據(jù)電子守恒的原則，先標(biāo)出反應(yīng)中氧化數(shù)發(fā)生變化的元素的化合價(jià)，如下：

再列出變化值，利用最小公倍數(shù)法使氧化數(shù)降低總值和升高總值相等.

配平氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物：

2NaClO3+H2O2+_H2SO4—

2ClO2+O2+_Na2SO4+_H2O

配平氧化數(shù)有變化元素的原子數(shù)后，再配平其他氧化數(shù)沒(méi)有變化的元素的原子數(shù).根據(jù)氫的原子數(shù)可知H2O化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，Na2SO4和H2SO4化學(xué)計(jì)量數(shù)為1，得：

2ClO2+O2+Na2SO4+2H2O

例2配平：_SO2+_H2S—_S↓+_H2O

解析對(duì)于此化學(xué)方程式，可以看出只有S化合價(jià)改變，根據(jù)電子守恒的原則，先標(biāo)出反應(yīng)中氧化劑、氧化產(chǎn)物、還原劑、還原產(chǎn)物的價(jià)態(tài)，如下：

再列出變化值，利用最小公倍數(shù)法使氧化數(shù)降低總值和升高總值相等.

配平氧化劑、還原劑：

SO2+2H2S—S↓+H2O

根據(jù)硫元素可知產(chǎn)物硫的化學(xué)計(jì)量數(shù)為3：

SO2+2H2S—3S↓+H2O

配平氧化數(shù)有變化元素的原子數(shù)后，再配平其他氧化數(shù)沒(méi)有變化的元素的原子數(shù)，根據(jù)氫元素可知H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2.因此化學(xué)方程式為：

例3配平：_MnO4-+_Fe2+—_Mn2++_Fe3+

解析根據(jù)電子守恒的原則，先標(biāo)出反應(yīng)中氧化數(shù)發(fā)生變化的元素的化合價(jià)，如下：

再列出變化值，利用最小公倍數(shù)法使氧化數(shù)降低總值和升高總值相等.

配平氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物：

MnO4-+5Fe2+—Mn2++5Fe3+

因?yàn)殡x子方程式需要電荷守恒，觀察等式兩邊的電荷，等式左邊電荷數(shù)為+9，等式右邊電荷數(shù)為+17.需要配平電荷，根據(jù)高錳酸鉀在酸性環(huán)境中的氧化性可知在等式左邊加8個(gè)H+，則有

MnO4-+5Fe2++8H+—Mn2++5Fe3+

2.氧化還原方程式配平的簡(jiǎn)便方法——原子守恒法

經(jīng)過(guò)對(duì)大量習(xí)題的觀察與規(guī)律摸索后，筆者發(fā)現(xiàn)，除了電子守恒配平法外，還可以采用方程配平的基本原則——原子守恒，對(duì)部分氧化還原方程式進(jìn)行配平.在氧化還原方程式配平過(guò)程中，原子守恒法適用的基本條件為：在化學(xué)反應(yīng)中，若有一種元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后未發(fā)生變化，且在反應(yīng)前后均僅存在于一種物質(zhì)中，則可以利用反應(yīng)前后的原子守恒進(jìn)行方程式的配平.現(xiàn)通過(guò)以下例題進(jìn)行說(shuō)明：

例4配平

_KMnO4+_HCl—_KCl+_MnCl2+_Cl2↑+_H2O

經(jīng)檢驗(yàn)，與電子守恒法配平結(jié)果一致.

例5配平：_NH3+_O2—_NO+_H2O

經(jīng)檢驗(yàn)，與電子守恒法配平結(jié)果一致.

例6 配平：

_Cu+_HNO3(稀)—_Cu(NO3)2+_NO↑+_H2O

解析通過(guò)觀察，H在反應(yīng)前后化合價(jià)都沒(méi)改變，且反應(yīng)前后均只在一種物質(zhì)中出現(xiàn)，符合原子守恒的使用條件.假設(shè)H2O的系數(shù)為1，則HNO3的系數(shù)為2.

設(shè)Cu(NO3)2和NO的系數(shù)為分別為a、b，則化學(xué)方程式變換為

aCu+2HNO3(稀)——aCu(NO3)2+bNO+H2O

則根據(jù)N和O守恒的原則，列出等式：

2=2a+b

6=6a+b+1

解得a=3/4、b=1/2，配平等式為整數(shù)，化學(xué)方程式兩邊乘以4，可得：

3Cu(NHO3)2+2NO↑+4H2O

經(jīng)檢驗(yàn)，跟電子守恒法配平結(jié)果一致.

氧化還原方程式的配平考察的是學(xué)生對(duì)氧化還原知識(shí)的綜合掌握能力，本文重點(diǎn)介紹了電子守恒法和原子守恒法.對(duì)于電子守恒法，應(yīng)熟練掌握各類氧化劑、還原劑中元素的價(jià)態(tài)變化，利用標(biāo)、列、等、定、平、查的六個(gè)步驟配平.對(duì)于原子守恒法，應(yīng)注意觀察方程中是否有未發(fā)生價(jià)態(tài)變化的元素，必要時(shí)可設(shè)未知數(shù)結(jié)合反應(yīng)前后的原子守恒進(jìn)行配平.掌握這兩種方法，可以解決絕大部分氧化還原方程式的配平，對(duì)高中學(xué)生而言具有實(shí)用性和針對(duì)性.

總之，要想提高氧化還原方程式配平的解題正確率，一方面需理解并掌握氧化還原的相關(guān)理論知識(shí)，抓住電子轉(zhuǎn)移守恒的關(guān)鍵點(diǎn)，創(chuàng)新解題思維；另一方面需通過(guò)典型習(xí)題的訓(xùn)練，逐步熟悉和合理運(yùn)用解題技巧，最終才能取得令人滿意的成績(jī).