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        氧化還原方程式的配平方法探究

        2019-06-06 02:56:42祝英航指導(dǎo)教師
        數(shù)理化解題研究 2019年13期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)

        祝英航 指導(dǎo)教師:趙 杰

        (山東省煙臺第一中學(xué) 264001)

        氧化還原是非常重要的化學(xué)概念,也是高中化學(xué)的重點和難點,經(jīng)常出現(xiàn)在高考題中.對于剛上高一的學(xué)生來說,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)成績一直不錯,但在運用氧化還原基本理論知識配平氧化還原方程式時出錯不少.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)文獻的基礎(chǔ)上,本著“大膽假設(shè)、小心求證”的原則,運用邏輯推理和比較分析等方法,筆者針對氧化還原方程式配平過程中的習(xí)題,總結(jié)電子守恒法和原子守恒法,希望能對廣大高中同學(xué)的化學(xué)學(xué)習(xí)有所幫助.

        一、氧化還原理論知識歸納總結(jié)

        1.氧化還原反應(yīng)的定義

        在反應(yīng)過程中有元素化合價變化的化學(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降低的反應(yīng)叫做還原反應(yīng).氧化與還原這兩個對立的過程相互依存而統(tǒng)一于一個氧化還原反應(yīng)之中.在氧化還原反應(yīng)中,所含的某種元素的化合價降低的反應(yīng)物,稱為氧化劑;所含的某種元素的化合價升高的反應(yīng)物,稱為還原劑.

        2.氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)和特征

        氧化還原反應(yīng)從表面來看是反應(yīng)前后元素的化合價發(fā)生了變化,實質(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:標出有化合價變化的元素的化合價;

        (2)列:列出反應(yīng)前后元素化合價的變化值;

        (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;

        (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,先標出反應(yīng)中氧化數(shù)發(fā)生變化的元素的化合價,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)計量數(shù)為2,Na2SO4和H2SO4化學(xué)計量數(shù)為1,得:

        2ClO2+O2+Na2SO4+2H2O

        例2配平:_SO2+_H2S—_S↓+_H2O

        解析對于此化學(xué)方程式,可以看出只有S化合價改變,根據(jù)電子守恒的原則,先標出反應(yīng)中氧化劑、氧化產(chǎn)物、還原劑、還原產(chǎn)物的價態(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,先標出反應(yīng)中氧化數(shù)發(fā)生變化的元素的化合價,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+

        因為離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H+,則有

        MnO4-+5Fe2++8H+—Mn2++5Fe3+

        2.氧化還原方程式配平的簡便方法——原子守恒法

        經(jīng)過對大量習(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,對部分氧化還原方程式進行配平.在氧化還原方程式配平過程中,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)前后的原子守恒進行方程式的配平.現(xiàn)通過以下例題進行說明:

        例4配平

        _KMnO4+_HCl—_KCl+_MnCl2+_Cl2↑+_H2O

        經(jīng)檢驗,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,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

        解析通過觀察,H在反應(yīng)前后化合價都沒改變,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,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)生對氧化還原知識的綜合掌握能力,本文重點介紹了電子守恒法和原子守恒法.對于電子守恒法,應(yīng)熟練掌握各類氧化劑、還原劑中元素的價態(tài)變化,利用標、列、等、定、平、查的六個步驟配平.對于原子守恒法,應(yīng)注意觀察方程中是否有未發(fā)生價態(tài)變化的元素,必要時可設(shè)未知數(shù)結(jié)合反應(yīng)前后的原子守恒進行配平.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,對高中學(xué)生而言具有實用性和針對性.

        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,抓住電子轉(zhuǎn)移守恒的關(guān)鍵點,創(chuàng)新解題思維;另一方面需通過典型習(xí)題的訓(xùn)練,逐步熟悉和合理運用解題技巧,最終才能取得令人滿意的成績.

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