關于氧化還原反應方程式配平的方法探究

朱文慧 徐汪華 湯心茹

摘要：中學階段的氧化還原反應是中學教學的重點和難點，其中關于氧化還原反應方程式的配平是歷年高考的熱點。本文借助一個典型的氧化還原反應嘗試用多種方法進行配平，以期培養(yǎng)學生思維的靈活性。

關鍵詞：氧化還原反應;化學方程式;配平

化學方程式的配平是化學學習的基本要求，是必須掌握的基本能力。本文主要對氧化還原反應配平的多種方法做出深入探究。

1 配平原則

化學方程式的書寫必須建立在客觀事實的基礎上，不可自行臆想捏造產(chǎn)物，不可違背反應進行的基本原理，配平過程中需遵循質量守恒的原則，反應物與生成物的各元素種類以及原子個數(shù)均要守恒[1]。

2 配平方法

例如：配平化學方程式：P4 + P2I4 + H2O → PH4I + H3PO4

2.1 ?0價法

該氧化還原反應中P的化合價復雜，不易分析，根據(jù)傳統(tǒng)的化合價升降進行配平具有一定的難度。“0價法”是假設反應物P4、P2I4中元素P與I的化合價為0，然后再分析化合價的升降：

0 ? 0 ?0 ? -3 ?-1 ?+5

P4 + P2 I4 + H2O → ?PH4I ?+ ?H3PO4

P：0→-3P：0→+5（共升高5）

I：0→-1

尋找最小公倍數(shù)[1]為20，則可確定PH4I的系數(shù)為5，H3PO4的系數(shù)為4，再根據(jù)生成物的“量”推出反應物的“量”，得到如下：

13/8 P4 + 5/4 P2I4 +16 H2O =5 PH4I + 4H3PO4

13P4 + 10P2I4 + 128H2O = 40PH4I + 32H3PO4

2.2 設未知數(shù)法

將該氧化還原反應方程式中反應物P4 、P2I4 的系數(shù)分別設為x、y（x、y為正整數(shù)）[2]，則：X P4 + y P2I4 +4（4x-2y） H2O =4y PH4I +（4x-2y） H3PO4

根據(jù)反應前后“H”元素守恒列出等式：

2*4（4x-2y）=4y*4+3*（4x-2y） ? ?10x=13y

因為x，y為正整數(shù)，則x=13，y=10，代入化學方程式得到：

13P4 + 10P2I4 + 128H2O = 40PH4I + 32H3PO4

2.3 原子守恒法

原子守恒法配平是化學方程式配平中的基本方法[3]，分析該氧化還原反應可知，“O”元素存在于H2O與H3PO4中，因此，若將生成物H3PO4系數(shù)定為1，根據(jù)原子守恒可確定H2O的系數(shù)為4;“H”元素存在于H2O、PH4I、H3PO4中，由H2O與H3PO4的系數(shù)可確定產(chǎn)物PH4I的系數(shù)，遵循先“O”后“H”、“I”、“P”的元素配平順序進行配平，得到如下：

13/32 P4 +5/16 P2I4 +4 H2O =5/4 PH4I + H3PO4

13P4 + 10P2I4 + 128H2O = 40PH4I + 32H3PO4

2.4 還原分步法

分析該氧化還原反應可知“P”元素的化合價既升又降，根據(jù)蓋斯定律的逆向推導，可將該反應看成是兩個分步反應的總反應，生成物中“P”元素存在于PH4I 、H3PO4?？傻玫狡缁磻猍3]①：

P4 + H2O → PH4I ?+ ?H3PO4

P：0→-3 ? 0→+5

尋找最小公倍數(shù)為15，則確定PH4I系數(shù)為5，H3PO4系數(shù)為3，根據(jù)H3PO4系數(shù)可確定H2O的系數(shù)為12，由此可看出方程式兩邊“H”、“I”元素不守恒，因此可確定歧化反應①的等式左邊有HI參與反應，得到如下：

2P4 + 12H2O +5HI =5 PH4I +3 H3PO4 ?①

由于給出的總反應中并沒有出現(xiàn)HI，所以在分步反應②中的生成物中存在HI，根據(jù)總反應與①反應可得出②：

P2I4 + H2O → PH4I ?+ ?H3PO4 ?+ ?HI ? ②

P：+2→-3 ? +2→+5

尋找最小公倍數(shù)為15，則可確定PH4I的系數(shù)為3，H3PO4的系數(shù)為5，得到如下：

4P2I4 + 20H2O =3 PH4I +5 H3PO4 +13HI ? ②

根據(jù)蓋斯定律可得總反應式為①*13/5+②：

26 P4 +20 P2I4 +256 H2O =80 PH4I +64 H3PO4

13P4 + 10P2I4 + 128H2O = 40PH4I + 32H3PO4

2.5 拆分法

可將給出的化學方程式中的生成物PH4I分解為PH3+HI[6]，則總反應為：P4 + P2I4 + H2O → H3PO4 + PH3 + HI

將總反應按解法四還原成分步反應可得到：

P4 + H2O → H3PO4 ?+ ?PH3

P：0→+50→-3

尋找最小公倍數(shù)為15，則可確定H3PO4的系數(shù)為3，PH3的系數(shù)為5，得到如下：

2P4 +12 H2O =3 H3PO4 +5 PH3 ? ①

根據(jù)總反應與①反應可得出②：

P2I4 + H2O → H3PO4 ?+ ?PH3 ?+ ?HI

P：+2→+5 ? +2→-3

尋找最小公倍數(shù)為15，則可以確定H3PO4的系數(shù)為5，PH3的系數(shù)為3，得到如下：

4P2I4 + 20H2O =5 H3PO4 +3 PH3 +16 HI ?②

由于PH4I=PH3+HI，因此在反應式①②中的PH3 ：HI=1：1，只有①*13/5+②時才滿足此條件，反應式才可成立，由此可得：

26 P4 +20 P2I4 +256 H2O =80 PH4I +64 H3PO4

13P4 + 10P2I4 + 128H2O = 40PH4I + 32H3PO4

3 結束語

關于氧化還原反應的方程式配平方法有多種，針對具體的氧化還原反應可選用不同方法進行配平[7]，希望以上的方法探究對于教師的教學以及學生的學習會有一定的幫助，有效掌握氧化還原反應方程式的配平方法，通過多種方法的探究以培養(yǎng)思維的靈活性，為今后的學習奠定基礎。

參考文獻：

[1][5] 劉澤宇. 氧化還原反應方程式的配平技巧分析[J]. 農家參謀， 2018， 597（19）：210.

[2][3] 馮露. 化學方程式的配平多解探究[J]. 化學教學， 2018， 000（004）：78-81.

[4] 劉雙媛. 化學學習中配平方程式的技巧[J]. 中國高新區(qū)， 2018（02）：105.

[6] 郝明. 化學方程式配平三法[J]. 中學課程輔導：初三版， 2006， 000（009）：52-52.

[7] 龐娟. 淺談高中化學方程式配平教學[J]. 數(shù)理化學習（高三版）， 2015， 000（001）：61-62.

作者簡介：朱文慧（1997-），女，漢族，安徽銅陵人，安慶師范大學2020級學科教學（化學）碩士研究生，研究方向：中學化學教學

徐汪華，安慶師范大學化學化工學院，碩士研究生導師

湯心茹，安慶師范大學化學化工學院，2018級化學教育專業(yè)本科生