書寫并配平氧化還原反應(yīng)方程式是高考化學(xué)試題考查的重點(diǎn)之一。要解決這類問(wèn)題，我們需要掌握氧化還原反應(yīng)的基本概念、守恒原則及氧化還原反應(yīng)的配平方法，這樣有助于我們提高解答此類試題的準(zhǔn)確率，從而在高考中取得優(yōu)異成績(jī)。

一、氧化還原理論知識(shí)歸納

（一）氧化還原反應(yīng)的概念

氧化還原反應(yīng)是指化學(xué)中特定元素的化合價(jià)發(fā)生變化的一類反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。在此類反應(yīng)中，反應(yīng)物可分為氧化劑與還原劑。前者具備氧化性，在反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)獲取電子使其自身的化合價(jià)降低，并發(fā)生還原反應(yīng)，進(jìn)而生成還原產(chǎn)物；后者則展示還原性，在反應(yīng)進(jìn)程中因失去電子而導(dǎo)致其化合價(jià)升高，并經(jīng)由氧化反應(yīng)形成氧化產(chǎn)物?；谏鲜龊诵脑恚瑤缀跛醒趸€原反應(yīng)都可以被清晰地解釋。

（二）判斷氧化性或還原性的強(qiáng)弱

化學(xué)元素周期表涵蓋了七個(gè)主族、七個(gè)副族、Ⅷ族以及0族，真實(shí)地反映了各種元素的特性及其相互關(guān)系。以硫元素為例，其在不同形態(tài)下展現(xiàn)出多樣的性質(zhì)。當(dāng)硫元素處于0價(jià)時(shí)，它位于中間價(jià)態(tài)，兼具氧化性和還原性；在硫元素的最低價(jià)態(tài)時(shí)，它僅表現(xiàn)出還原性；而在+6價(jià)態(tài)時(shí)，則僅為氧化性，不過(guò)這種強(qiáng)氧化性主要體現(xiàn)在濃硫酸中，且熱的濃硫酸相比冷的濃硫酸具有更強(qiáng)的氧化性。對(duì)于硝酸而言，濃度越大，其氧化性就越強(qiáng)。

（三）針對(duì)“化合價(jià)”概念的分析

不同的化學(xué)元素在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)表現(xiàn)出獨(dú)特的反應(yīng)特性。在化合反應(yīng)過(guò)程中，由于原子外層電子數(shù)的變化，分子中原子的數(shù)量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這就導(dǎo)致了反應(yīng)結(jié)果的多樣性?；蟽r(jià)的數(shù)值等同于原子在形成化合物時(shí)獲得或失去的電子數(shù)目，即該元素為達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需的電子得失量，從而引起元素電子排布的變化。例如，我們?cè)谘芯柯群外浿g的化學(xué)相互作用時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)明顯的對(duì)比：在氯元素中，要獲得八個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就必須在其外部獲得一個(gè)額外的電子，從而使氯離子的化合價(jià)為-1。相反，鉀離子則很容易流失其外部的電子，在失去一個(gè)電子后過(guò)渡到化合價(jià)為+1的狀態(tài)，從而與氯形成1：1比例的氯化鉀化合物。然而，當(dāng)鎂（Mg）與氯（Cl）發(fā)生化合反應(yīng)時(shí)，由于鎂的最外層含有兩個(gè)容易活躍的電子，在形成化合物的過(guò)程中，鎂將呈現(xiàn)+2的氧化態(tài)，因此在生成MgCl2時(shí)，鎂與氯的原子比例為1：2。若一個(gè)化合物中正負(fù)化合價(jià)的總和不為0，則表明該化合物中原子的電子排布未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因而無(wú)法形成穩(wěn)定的化合物?；蟽r(jià)僅在元素與其他元素相互作用時(shí)顯現(xiàn)，對(duì)于單質(zhì)而言，并不存在化合價(jià)的概念，或者說(shuō)其化合價(jià)可以視為零。

二、氧化反應(yīng)題型的解題訣竅

（一）定量問(wèn)題的求解中“化合價(jià)”的合理利用

合理應(yīng)用化合價(jià)不僅有助于我們理解氧化還原反應(yīng)的關(guān)鍵原理，還能簡(jiǎn)化計(jì)算流程。例如，在硝酸溶液與3.84克銅溶液混合發(fā)生反應(yīng)的情況下，收集到的氣體量在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為1摩爾時(shí)，若將其氣體的收集氣瓶放入水槽中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下要多少氧氣的融入才能使得氣瓶被溶液所充滿？解決這個(gè)問(wèn)題需要合理運(yùn)用化合價(jià)。銅與硝酸反應(yīng)后，產(chǎn)生的氣體實(shí)際上是不溶于水的，需要通過(guò)氧氣反應(yīng)予以排除，確保集氣瓶充滿溶液。如果先根據(jù)銅的量計(jì)算氫氣的量，再推算氧氣的量，會(huì)使問(wèn)題變得復(fù)雜，并增加計(jì)算錯(cuò)誤的可能性。因此，這里可以利用化合價(jià)的變化來(lái)簡(jiǎn)化電子轉(zhuǎn)移的計(jì)算。我們得知每摩爾銅由0價(jià)升至+2價(jià)，失去2摩爾電子；而氧氣在氧化氫氣時(shí)，每摩爾接收4摩爾電子。在此過(guò)程中，電子從銅經(jīng)假設(shè)的氫氣中間體最終轉(zhuǎn)移至氧氣。因此，通過(guò)銅的摩爾量（3.84克對(duì)應(yīng)0.06摩爾）直接計(jì)算所需氧氣量，避免了中間步驟的復(fù)雜性。具體計(jì)算過(guò)程為：升。此方法凸顯了化合價(jià)與電子守恒在化學(xué)計(jì)算中的高效應(yīng)用，簡(jiǎn)化了原本可能復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。

（二）質(zhì)量守恒定律與物質(zhì)守恒定律的利用

化學(xué)反應(yīng)中可能伴隨能量的吸收或釋放，但物質(zhì)總量保持不變?；谶@一原理，可以通過(guò)設(shè)置未知數(shù)的方式來(lái)建立多個(gè)等式。例如，在配平C與CO2生成CO的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，假設(shè)反應(yīng)物的系數(shù)分別為a和b，生成物的系數(shù)為x。根據(jù)物質(zhì)守恒定律，反應(yīng)物中的碳元素和氧元素的摩爾數(shù)應(yīng)等于生成物中相應(yīng)元素的摩爾數(shù)。因此，可以列出以下等式：碳元素的守恒表達(dá)為a+b=x，而氧元素的守恒則表達(dá)為2b=x。解這兩個(gè)方程可得x=2b=2a。需要注意的是這種方法并沒(méi)有直接給出三個(gè)變量的具體數(shù)值，而是揭示了它們之間的關(guān)系。由于我們不知道任一物質(zhì)的確切摩爾數(shù)，可以假設(shè)a=b=1，從而得出x=2，以此完成配平。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于其通用性，缺點(diǎn)是處理復(fù)雜的化學(xué)式時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量增大。

（三）配平化學(xué)方程式中“化合價(jià)”的合理利用

配平基于原子守恒和電子守恒的原則，其步驟包括標(biāo)記參與反應(yīng)的元素的價(jià)態(tài)，然后按照一定的順序配平系數(shù)：首先是金屬元素，接著是非金屬元素（除氧和氫之外），隨后是氫元素，并最終通過(guò)氧元素來(lái)驗(yàn)證方程是否已被正確配平。在整個(gè)過(guò)程中，需要標(biāo)出所有經(jīng)歷了價(jià)態(tài)變化的元素。在氧化還原反應(yīng)中，并非所有的氧化劑和還原劑都會(huì)經(jīng)歷氧化還原變化。以銅與濃硫酸的反應(yīng)為例，雖然H2SO4作為氧化劑，其初始系數(shù)為2，但實(shí)際上只有其中一個(gè)分子的H2SO4作為氧化劑被還原生成SO2，另一個(gè)分子則作為產(chǎn)物CuSO4中的組分，沒(méi)有參與氧化還原過(guò)程。我們常常錯(cuò)誤地假定所有參與反應(yīng)的氧化劑分子均參與了氧化還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致配平出現(xiàn)問(wèn)題，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起重視。

三、氧化還原反應(yīng)方程式具體的配平方法

（一）零價(jià)法

零價(jià)法是一種用于平衡氧化還原反應(yīng)方程式的方法。在零價(jià)法中，將反應(yīng)物和生成物中的氧化態(tài)數(shù)（氧化數(shù)）都設(shè)為零，然后根據(jù)反應(yīng)物和生成物中各元素的氧化態(tài)數(shù)的變化來(lái)平衡反應(yīng)方程式。例如，F(xiàn)e3O4與CO在高溫下反應(yīng)生成Fe和CO2。首先，將Fe3O4中的鐵元素視為零價(jià)，將CO中的碳元素也視為零價(jià)。反應(yīng)后，CO中的碳元素從0價(jià)升高到CO2中的+4價(jià)，每個(gè)CO分子失去4個(gè)電子。Fe3O4可以看作FeO·Fe2O3，平均每個(gè)鐵原子的化合價(jià)為價(jià)，反應(yīng)后變?yōu)?價(jià)，每個(gè)鐵原子得到個(gè)電子。為使電子得失平衡，需找到CO和Fe3O4的合適比例關(guān)系。由于1個(gè)CO分子失去2個(gè)電子（C從+2價(jià)變到+4價(jià)），而Fe3O4中3個(gè)鐵原子若全部還原共得到個(gè)電子。所以4個(gè)CO分子失去8個(gè)電子，可與Fe3O4中3個(gè)鐵原子得到的8個(gè)電子相等。最后使用觀察法來(lái)確定Fe3O4和Fe的系數(shù)，確保鐵原子守恒。

（二）平均標(biāo)價(jià)法

在平均標(biāo)價(jià)法中，將反應(yīng)物和生成物中的氧化態(tài)數(shù)（氧化數(shù)）都設(shè)為平均值，然后根據(jù)反應(yīng)物和生成物中各元素的氧化態(tài)數(shù)的變化來(lái)平衡反應(yīng)方程式。通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物和生成物中各元素的系數(shù)，使得反應(yīng)物和生成物中各元素的氧化態(tài)數(shù)之和相等，從而平衡反應(yīng)方程式。例如，NH4NO3在加熱條件下分解生成NO2、H2O的反應(yīng)。NH4NO3中的氮元素有兩種價(jià)態(tài)，+5價(jià)（在NO3-中）和-3價(jià)（在NH4+中）。由于反應(yīng)物中N元素出現(xiàn)了兩次且價(jià)態(tài)不同，假設(shè)它們的化合價(jià)相同，并進(jìn)行平均標(biāo)價(jià)，那么NH4NO3中N元素的平均化合價(jià)為。反應(yīng)后生成N2O，氮元素的價(jià)態(tài)從+5和-3變?yōu)?1價(jià)。對(duì)于NH4+中的N從-3價(jià)變?yōu)?1價(jià)，化合價(jià)升高4；對(duì)于NO3-中的N從+5價(jià)變?yōu)?1價(jià)，化合價(jià)降低4。每個(gè)NH4NO3分子中有2個(gè)氮原子，一個(gè)從-3價(jià)升高到+1價(jià)，失去4個(gè)電子；另一個(gè)從+5價(jià)降低到+1價(jià)，得到4個(gè)電子。因此，每個(gè)NH4NO3分子內(nèi)部電子得失平衡。最后通過(guò)觀察法確定系數(shù)，使氮原子和氫原子守恒。

（三）整體標(biāo)價(jià)法

在整體標(biāo)價(jià)法中，將反應(yīng)物和生成物中的氧化態(tài)數(shù)（氧化數(shù)）都設(shè)為整數(shù)，然后根據(jù)反應(yīng)物和生成物中各元素的氧化態(tài)數(shù)的變化來(lái)平衡反應(yīng)方程式。例如，H2C2O4（草酸）與KMnO4在酸性條件下反應(yīng)生成CO2、MnSO4、K2SO4和H2O的反應(yīng)。將H2C2O4中的碳元素整體視為一個(gè)單元，整體化合價(jià)為+6價(jià)。反應(yīng)后，碳元素的價(jià)態(tài)從+3價(jià)升高到CO2中的+4價(jià)，每個(gè)C原子化合價(jià)升高1，兩個(gè)C原子共升高2。KMnO4中的錳元素從+7價(jià)降低到MnSO4中的+2價(jià)，化合價(jià)降低5。為了使化合價(jià)升降值相等，H2C2O4和KMnO4的系數(shù)比為5：2。設(shè)KMnO4系數(shù)為2，則MnSO4系數(shù)為2，K2SO4系數(shù)為1。根據(jù)K原子守恒，K2SO4系數(shù)為1。根據(jù)Mn原子守恒，MnSO4系數(shù)為2。設(shè)H2C2O4系數(shù)為5，則CO2系數(shù)為10。根據(jù)C原子守恒，CO2系數(shù)為10。再根據(jù)H原子守恒，H2O系數(shù)為8。

（四）缺項(xiàng)配平法

缺項(xiàng)配平法是一種用于平衡氧化還原反應(yīng)方程式的方法。在這種方法中，首先寫出反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式，然后找出反應(yīng)物和生成物中缺少的氧化還原物質(zhì)，并將其添加到反應(yīng)物或生成物的一側(cè)，以使得反應(yīng)物和生成物中各元素的數(shù)量相等。例如，PbO2與某酸性物質(zhì)反應(yīng)生成PbSO4、O2和H2O的反應(yīng)。首先確定已知物質(zhì)的化合價(jià)變化。在PbO2中，鉛元素為+4價(jià)；在PbSO4中，鉛元素為+2價(jià)，即反應(yīng)后化合價(jià)降低2。氧元素的價(jià)態(tài)在PbO2中為-2價(jià)，在O2中為0價(jià)，每個(gè)氧原子升高2價(jià)。因此，每生成一個(gè)O2分子，化合價(jià)升高4。為使化合價(jià)升降值相等，PbO2和O2的系數(shù)比為2：1。設(shè)PbO2系數(shù)為2，則O2系數(shù)為1。根據(jù)Pb原子守恒，PbSO4系數(shù)為2。根據(jù)S原子守恒，反應(yīng)中有硫酸根離子參與反應(yīng)，由于反應(yīng)是在酸性條件下進(jìn)行，所以缺項(xiàng)物質(zhì)應(yīng)該含有硫酸根離子和氫離子，可能是硫酸。根據(jù)電荷守恒和原子守恒，確定缺項(xiàng)物質(zhì)為硫酸，且系數(shù)為2。需要注意的是，這個(gè)反應(yīng)通常需要加熱條件，并且可能需要額外的酸來(lái)提供足夠的氫離子。此外，還需要考慮反應(yīng)的具體條件和機(jī)理。