初生態氧的運用小結

摘 要：氧化還原反應的方程式配平是高中化學的重要內容，本文根據氧化劑釋放初生態氧的得失情況影響反應物化學計量的原理，提出不同于教材例舉的配平方法及其適用范圍。

關鍵詞：氧化還原反應；方程式；配平

高中化學新教材采用化合價升降法配平。配平的詳細過程請參閱教材，這里用另一種方法來配平。

1 原理

這種配平方法的原理是氧化劑能釋放出初生態的氧原子，常用[O]表示（如：2HNO3(稀)= 2NO+H2O + 3[O]，每兩個稀硝酸分子可釋放出三個[O]）。反應物得、失[O]而轉化成生成物，分析反應物和生成物中[O]的轉移的數量關系，直接得出關鍵反應物的化學計量數，后確定其它各反應物或生成物的化學計量數。

例1 配平：C + HNO3(濃) = CO2 ↑+ NO2↑ + H2O

分析：2HNO3(濃) = 2NO2↑+ H2O + [O]，濃HNO3每兩個分子給出一個[O]，而每一個C原子需結合兩個[O]，成為CO2。可得關系如下：

C ～ 2[O] ～ 4HNO3

即可推知C與HNO3的化學計量數為1:4，可配平：

C + 4HNO3(濃) = CO2 + NO2 + H2O

然后，根據反應物化學計量數來調整生成物的化學計量數即可配平。

例2 配平：Cu+HNO3(稀) =Cu(NO3)2 +NO↑+ H2O

同理可知：3 Cu ～ 3[O] ～ 2 HNO3(稀) ；

3 CuO ～ 6 HNO3(稀)。

即可推知Cu與HNO3的化學計量數為3:8，可配平：

3Cu + 8 HNO3(稀) = Cu（NO3）2 + NO ↑+ H2O

這樣，如果熟記了濃和稀HNO3的分解方程式這一關鍵步驟，就能很快配平所給的化學方程式。

2 適用

這種方法適用于氧化劑為含氧酸或含氧酸鹽的氧化-還原的方程式的配平。氧化劑為含氧酸或含氧酸鹽時，在參與氧化還原反應時其反應的實質仍然是電子的轉移。當然也以化合價的升降體現出來，但也可以當成[O]的轉移。即，得兩個電子相當于失去一個[O]，得一個[O] 失去兩個電子。氧化劑是得到電子的物質，因此，表現為失去[O]。常見的、形如稀硝酸的分解方式有以下幾種：

HNO3(濃) = 2NO2↑+ H2O + [O]

H2SO4(濃) = SO2 ↑+ H2O + [O]

HClO = HCl + [O]

2KMnO4 +2H2O = 2KOH + MnO2 + 3 [O]

2KMnO4 + 6H+ = 2K+ + 2Mn2++3H2O + 5[O]

K2Cr2O7 + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3 [O]

進一步推廣為：

SO3 = SO2 + [O]

O3 = O2 + [O]

H2O2 = H2O + [O]

Na2O2 = Na2O + [O]

NaClO = NaCl + [O]

3 運用

這種方法運用于比較復雜的氧化-還原反應的配平，更能體現出快速配平的優勢。

例3 配平：Fe3C + HNO3(濃)——Fe（NO3）3+ CO2 ↑+ NO2 ↑+ H2O

Fe3C中的Fe、C兩種元素的化合價難以明確，用化合價升降法較難配平。若通過觀察、分析，可以認為：

2 Fe ～ 3[O] ～ Fe2O3 C～2 [O]

2 ：3： 11：2

3 ： 9/2： 3/2 1： 4/2

兩式合并為：

Fe3C～ [O]

1 ： 13/2

而，[O] ～ 2 HNO3 Fe2O3～ 6 HNO3

1：21： 6

13/2 ： 13 3/2 ： 9

可以肯定：參加氧化-還原反應的Fe3C與HNO3(濃)的化學計量數之比應為1：13。讓Fe2O3反應生成Fe（NO3）3，可得3/2 Fe2O3～9HNO3；兩步即可確定Fe3C與HNO3(濃)的化學計量數之比最終為1 ：22，，且NO2的化學計量數應為13。即：

Fe3C +22 HNO3(濃) —— Fe（NO3）3+ CO2↑+ 13NO2↑+ H2O

接下來其它化學計量數只需根據元素原子數量兩邊守恒就可獲得。

例4 配平：Na2Sx + NaClO + NaOH —— Na2SO4 + NaCl + H2O

S ～ 3[O] ～ SO3～ Na2SO4

1：31 ： 1

x ：3 x x：x

2 Na ～ [O] ～ Na2O ～ Na2SO4

2：1 ：1： 1

2：1 ：1： 1

即，Na2Sx～（3 x+1）[O]～ （3 x+1）NaClO

1：（3 x+1） ： （3 x+1）

因此，Na2Sx的化學計量數應為1，NaClO的化學計量數應為（3 x+1）。顯然，Na2SO4 的化學計量數應為x，NaCl的化學計量數應為（3 x+1），即：

Na2Sx +（3x+1）NaClO + NaOH ——3x Na2SO4 +（3x+1）NaCl + H2O

而NaOH和H2O化學計量數只需根據元素原子數量兩邊守恒就可獲得。

例5 配平：CuFeS2 + NO3- + H+ ——Fe3+ +Cu2+ + SO42- + NO ↑+ H2O

分析反應物和生產物可知：

1 CuFeS2 ～17/2[O]；

2 HNO3 ～3[O]。

前者系數均乘以3，后者系數均乘以17/2，可得：3CuFeS2 ～ 17 HNO3。

例6 配平：As2S 3+ HNO3 + H2O——H2SO4 + H3AsO4 + NO↑

同理：As2S3～14[O]；2 HNO3 ～3[O]。前者系數均乘以3，前者系數均乘以14，可得：3As2S3+ 28HNO3 + H2O——H2SO4 + H3AsO4 + NO↑

例7 K2Cr2O7 + Fe3O4 + H2SO4 ——Fe2(SO4) 3 + K2SO4 + Cr2(SO4) 3 + H2O

把Fe3O4 當做FeO和Fe2O3，讓FeO成為Fe2O3只需1/2[O]，而K2Cr2O7 ～ 3[O]。一個K2Cr2O7微粒提供3[O]，需6個Fe3O4微粒才能完全消耗。因此，配平是只需確定Fe3O4的化學計量數為6，接下來其它化學計量數只需根據元素原子數量兩邊守恒就可獲得。

以下幾題解法方法一樣，大家不妨試一試：

CuFeS2 + O2——CuO + Fe2O3 + SO2

Ag NO3 + I2—— Ag I + Ag I O3 + NO2↑

FeS2 + O2——Fe2O3 + SO2 ↑

Cu2S + HNO3 ——Cu(NO3)2 + NO ↑+ H2O + H2SO4

K2S + HNO3 ——K NO3 + NO ↑+S ↓+ H2O

4 借用

這種方法還適用于部分有機反應方程式的配平，凡涉及KMnO4和K2Cr2O7 作反應物，借用這種配平方法，同樣可以做到快速、準確。如：

例8 配平：CH2=CH2 + KMnO4 + H2SO4 ——K2SO4 + MnSO4 + HCOOH + H2O

CH2=CH2～2HCOOH～4[O]；

2 KMnO4 ～ 5[O]。

即：5 CH2=CH2 ～ 4×2 KMnO4

5CH2=CH2 + 8KMnO4 + H2SO4 ——K2SO4 + MnSO4 + HCOOH + H2O

例9 配平：KMnO4 + H2SO4 + C2H5OH——CHCOOH + K2SO4 + MnSO4 + H2O

觀察C2H5OH與CH3COOH，即可知兩者的化學計量數均為5。

例10 K2Cr2O7 + H2C2O4 + H2SO4——K2SO4 + Cr2(SO4 )3 +CO2 ↑+ H2O

H2C2O4 只需1個[O]即可轉化為CO2 和H2O，而K2Cr2O7 ～ 3[O]。

因此，可得1 K2Cr2O7 ～3 H2C2O4 。以下配平方法一樣：

C6H5-CH3 + 2KMnO4 + H2SO4 ——MnSO4 + C6H5COOH + K2SO4

RCH2=CH2 + KMnO4 + H2O——KOH + MnO2 + RCHOOH

總之，如能記住那些常見的、含氧的氧化劑在氧化-還原反應中的分解規律；并善于觀察化學式，利用初生態的氧原子——[O]作為媒介，權衡[O]的得失，則關于這一類型的氧化-還原反應方程式的配平就可以做到準確、快速，真正做到“短”、“平”、“快”。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文