0價(jià)法配平復(fù)雜氧化還原反應(yīng)方程式及其拓展

劉先茂

【摘要】 氧化還原反應(yīng)方程式的配平是學(xué)生在高中階段必須掌握的一項(xiàng)化學(xué)技能。從配平的方法來(lái)看，有化合價(jià)升降法、待定系數(shù)法、偶數(shù)法、綜合分析法等等。要求學(xué)生多加練習(xí)，靈活應(yīng)用。其中化合價(jià)升降法最為關(guān)鍵，尤其是在不能準(zhǔn)確確定元素化合價(jià)的情況下，可以選用0價(jià)法，其原理是：元素呈現(xiàn)一定的價(jià)態(tài)是物質(zhì)內(nèi)部元素間的內(nèi)在矛盾，發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，化合價(jià)發(fā)生變化是外部矛盾，二者之間沒(méi)有必然聯(lián)系。單從配平來(lái)看，并不需要準(zhǔn)確落實(shí)某物質(zhì)中各元素的價(jià)態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 氧化還原反應(yīng)方程式 拓展

【中圖分類(lèi)號(hào)】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1992-7711（2017）07-074-01

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例如：

Cu2S+HNO3——Cu（NO3）2+NO↑+H2SO4+H2O

Fe3C+HNO3——Fe（NO3）3+NO↑+CO2↑+H2O

這兩個(gè)反應(yīng)中的反應(yīng)物Cu2S、Fe3C對(duì)于學(xué)生來(lái)講陌生度較高，難以準(zhǔn)確確定組成元素的準(zhǔn)確化合價(jià)。此時(shí)，選用0價(jià)法配平很方便：

前者：令Cu2S中Cu與S均為0價(jià)，而且發(fā)生變化的Cu與S的原子個(gè)數(shù)按2：1的比例進(jìn)行，那么升高的價(jià)態(tài)總和為2×2+6==10，降低的價(jià)態(tài)（N由+5價(jià)降為+2）為3，其最小公倍數(shù)為30，故Cu2S前的系數(shù)為3，NO前的系數(shù)為10，進(jìn)而其他系數(shù)可一一確定得到相應(yīng)的化學(xué)方程式：

3Cu2S+22HNO3==6Cu（NO3）2+10NO↑+3H2SO4+8H2O

事實(shí)上Cu2S中的化合價(jià)是可以準(zhǔn)確確定的，Cu為+1，S為-2，那么同樣可以知道升高的價(jià)態(tài)總和為1×2+8==10，兩種算法得出的結(jié)論一致，這是因?yàn)閮?nèi)在矛盾與外部矛盾沒(méi)有必然聯(lián)系。甚而至于當(dāng)我們錯(cuò)誤地認(rèn)為Cu為+2，S為-4，算出的結(jié)論也是正確的！這更進(jìn)一步說(shuō)明了0價(jià)法配平氧化還原反應(yīng)的合理性。

對(duì)于后者，F(xiàn)e3C中的化合價(jià)是確實(shí)不能準(zhǔn)確認(rèn)定了，那么用0價(jià)法就很方便了：令Fe3C中Fe與C均為0價(jià)，而且發(fā)生變化的Fe與C的原子個(gè)數(shù)按3：1的比例進(jìn)行，那么升高的價(jià)態(tài)總和為3×3+4==13，降低的價(jià)態(tài)為3，其最小公倍數(shù)為39，故Fe3C前的系數(shù)為3，NO前的系數(shù)為13，進(jìn)而其他系數(shù)可一一確定得到相應(yīng)的化學(xué)方程式：

3Fe3C+40HNO3==9Fe（NO3）3+13NO↑+3CO2↑+20H2O

由此可見(jiàn)，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚恚瑢?duì)配平帶來(lái)極大的方便。

但是我們發(fā)現(xiàn)，即便是如此，對(duì)于某些氧化還原反應(yīng)，用0價(jià)法處理仍然較為困難——當(dāng)反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生化合價(jià)變化的元素種類(lèi)較多，除了一般性的氧化還原外，還存在有元素發(fā)生歧化、歸中等變化。例如：

CuSO4+P4+H2O——Cu3P+H2SO4+H3PO4

反應(yīng)過(guò)程中，有+2價(jià)的Cu化合價(jià)的降低，也有0價(jià)的P的歧化：既有降低為-3又有升高為+5。如果厘清關(guān)系，再注意調(diào)整方法，用0價(jià)法還是可以進(jìn)行配平的：

逆向看，令Cu3P中Cu與P均為0價(jià)，那么發(fā)生變化的Cu原子個(gè)數(shù)為3，P的價(jià)態(tài)不變，那么升高的價(jià)態(tài)總和為2×3==6，降低的價(jià)態(tài)（H3PO4中P由+5價(jià)降為0）為5，其最小公倍數(shù)為30，故Cu3P前的系數(shù)為5，H3PO4前的系數(shù)為6，進(jìn)而其他系數(shù)可一一確定再去分母得到相應(yīng)的化學(xué)方程式：

60CuSO4+11P4+96H2O==20Cu3P+60H2SO4+24H3PO4

更進(jìn)一步思考，加以拓展：既然我們可以運(yùn)用0價(jià)法進(jìn)行配平，表明不需要準(zhǔn)確確定元素的化合價(jià)（前述錯(cuò)誤的化合價(jià)認(rèn)定也能夠得到正確的結(jié)論），那么，我們是否可以通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚苊庠摲磻?yīng)中0價(jià)的磷的歧化給我們帶來(lái)困擾？答案是肯定的。

為方便計(jì)，令反應(yīng)體系中所有的P均為0價(jià)（因?yàn)榇嬖趩钨|(zhì)磷），H、S的化合價(jià)不變，于是只有Cu和O的化合價(jià)發(fā)生了變化。情況如下：

逆向看，化合價(jià)升高：Cu由0升高為+2，升高總數(shù)為2×3==6，化合價(jià)降低：O由-3/4降低為-2，降低總數(shù)為【-3/4-（-2）】×4==5，同樣可以獲得正確結(jié)論：

60CuSO4+11P4+96H2O==20Cu3P+60H2SO4+24H3PO4

又如：

CuSO4+FeS2+H2O——Cu2S+H2SO4+FeSO4

為方便計(jì)，令反應(yīng)體系中所有的S均為+6價(jià)，H、O化合價(jià)如常，則：

化合價(jià)變化情況為：FeS2中的Fe由-12升高為+2，升高總數(shù)為14，CuSO4中的Cu由+2降為-3，降低總數(shù)為5，故FeS2前的系數(shù)為5，CuSO4前的系數(shù)為14，進(jìn)而其他系數(shù)可一一確定再去分母得到相應(yīng)的化學(xué)方程式：

14CuSO4+5FeS2+12H2O==7Cu2S+12H2SO4+5FeSO4

再如：

NH4NO3——N2↑+HNO3↑+H2O

-3價(jià)、+5價(jià)的N在同一物質(zhì)中，較難處理，為方便計(jì)，令反應(yīng)體系中所有的N均為0價(jià)，H的價(jià)態(tài)仍為+1價(jià)。于是：

逆向看，化合價(jià)升高：H2O中O由-2升高為-4/3，升高總數(shù)為2/3，HNO3中O由-1/3降低為-4/3，降低總數(shù)為【-1/3-（-4/3）】×3==3，代入后調(diào)節(jié)系數(shù)可得：

5NH4NO3==4N2↑+2HNO3↑+9H2O

反思與總結(jié)：

在不涉及有關(guān)得失電子數(shù)目等的計(jì)算的情況下，僅僅只需要配平氧化還原反應(yīng)時(shí)，我們可以通過(guò)拓展的0價(jià)法去除歧化、歸中對(duì)配平的干擾，簡(jiǎn)化化合價(jià)變化情況，從而較為方便地把方程式配平。讀者可以在平常的練習(xí)中運(yùn)用一下，感受該方法帶來(lái)的便利。而且，對(duì)于像Fe3C+HNO3——Fe（NO3）3+NO↑+CO2↑+H2O這樣的反應(yīng)，雖然存在對(duì)Fe3C的認(rèn)知困難，但是我們把它配平以后，可以?xún)H僅通過(guò)硝酸的變化確定該氧化還原反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目，這是相當(dāng)好的。