常見氧化還原反應配平“一法多用”的解題思路

劉元昊　林紅

一、氧化還原反應的重要性及其配平的考查方式

氧化還原反應作為人教版化學教科書必修一中的重點、難點的理論課，其輻射范圍很廣，貫穿整個高中化學的學習生涯。縱觀近5年來的高考試題，并不會單獨且直接的考查氧化還原反應的配平問題，而是貫穿著整個試卷，如選擇題，化工流程題，基礎實驗題，以及推斷題中，不論如何考察，一般和電化學、阿伏伽德羅常數(shù)、離子共存等相聯(lián)系。這就要求學生在學習氧化還原反應的過程中真正意義上的理解什么是氧化還原反應，怎么去利用氧化還原反應的理論來對習題進行舉一反三。

二、從氧化還原反應的“實質”中找解決問題的關鍵和突破口

氧化還原反應的實質是電子的得失或共用電子對的偏移。但單單從這十幾個字來看，并不能看出到底它對解題有什么樣的作用，而是要更深層次的認識到氧化還原反應“實質”中隱藏的特點。從得失電子角度來看，氧化劑中元素的得電子數(shù)和還原劑中元素的失電子數(shù)是一致的，而從化合價的的角度來看還原劑中元素的化合價升高總數(shù)和氧化劑中元素化合價降低總數(shù)也是一致的，在同一個氧化還原反應中，得電子數(shù)和失電子數(shù)與化學價升降總數(shù)在數(shù)值上來看也是一致的。因此，不難從氧化還原的實質中得到了一個重要的結論：

得電子總數(shù)=失電子總數(shù)=元素化合價升高總數(shù)=元素化合價降低總數(shù)。

化合價升降法正是利用氧化還原反應的這一特點，通過控制化合價升降總數(shù)對化學方程式進行配平的。在本文中筆者會詳細介紹化合價升降法的使用。其對解決高中化學氧化還原反應配平是一個關鍵性的突破口。

三、利用化合價升降法解決高中化學常見的氧化還原反應配平，實現(xiàn)“一法多用”

在高中階段，氧化還原反應的配平問題，最常見的三種有，正向配平問題、逆向配平問題、缺項配平問題。以下將介紹化合價升降法對以上問題的解決方法。

1.正向配平問題

這種方程式的配平比較簡單，首先觀察方程式中，對于價態(tài)改變的元素是否全部被氧化（或全部被還原）。換言之，氧化劑只對應一種還原產物，還原劑只對應一種氧化產物。從反應物向生成物配平或從生成物向反應物配平均可。

例1 （ ）KI+ （ ）KMnO4+（ ）H2SO4（ ）K2SO4 +（ ）MnSO4+（ ）I2+（ ）H2O

其中還原劑是KI 對應的氧化產物只有I2，氧化劑KMnO4 對應的還原產物只有MnSO4。

這就是一個典型的正向配平問題，可以直接從反應物入手配平。根據(jù)氧化還原反應的特點，利用化合價升高和降低總數(shù)相等的方法進行配平，可稱之為化合價升降法。

（1）標出化合價發(fā)生改變元素的化合價。

如：KI中I的化合價為-1價，I2中I的化合價為0價。KMnO4中Mn的化合價為+7價，MnSO4中Mn的化合價為+2價。

（2）計算出變價元素化合價的變化值。

如：KI→I2，化合價變化值{0-（-1）}×2=2 KMnO4→MnSO4，化合價的變化值7-2=5

（3）利用最小公倍數(shù)法給各化合價的變化值乘一個系數(shù)，使化合價的升高總數(shù)和化合價的降低總數(shù)相同。

如2×5=10，5×2=10

（4）根據(jù)化合價升高總數(shù)=化合價降低總數(shù)。先對氧化劑和還原劑配平，再對氧化產物和還原產物配平，最后再調整配平其他項。

如：KMnO4→MnSO4 每轉移電子一次，化合價變化5，需要轉移2次，化合價的變化值才能是10。因此KMnO4的化學計量數(shù)是2。KI→I2，KI每次能向I2轉移一個電子，化合價變化1，需要轉移10次，化合價的變化值才能為10。因此KI的化學計量數(shù)是10。還原產物MnSO4中的Mn每次化合價變化5，需要轉移2次電子，化合價的變化值才能達到10。氧化產物I2中I的每次化合價變化2價，只需要轉移5次，化合價的變化值就能達到10。因此MnSO4 和I2中的化學計量數(shù)分別是2和5。反應物中含K元素的化合物全部配完，因此可確定K的離子個數(shù)為12。因此K2SO4的化學計量數(shù)為6。生成物中含硫酸根離子的化合物的系數(shù)已完全配完，因此可確定H2SO4 的化學計量數(shù)為8，又可確定反應物中氫離子的個數(shù)為16，從而確定生成物中H2O的化學計量數(shù)為8。得到方程式：

10KI+2KMnO4+8H2SO4

6K2SO4+2MnSO4+5I2+8H2O

（5）檢查元素、電荷、原子是否守恒。

2.逆向配平問題

當給定的氧化還原反應方程式中，氧化劑或還原劑中的一種元素出現(xiàn)幾種不同的價態(tài)時。換言之，自身氧化還原反應（包括歧化反應和同一物質中不同種元素間的反應），若從反應物開始配平則有一定的難度，可從生成物開始配平，即逆向配平。

例2 （ ）Cu+（ ）HNO3

（ ）Cu（NO3）2 +（ ）NO↑+（ ）H2O

根據(jù)例1中使用的化合價升降法，只需對第四步進行調整，從生成物開始配平。

（1）、（2）、（3）步簡述：

Cu→Cu（NO3）2 ，Cu的化合價由0價變?yōu)?2價 化合價變化值為2-0=2

HNO3→NO，N的化合價由+5價變?yōu)?2價 化合價變化值為5-2=3

2×3=6 3×2=6

（4）由于生成物中N的化合價有兩種，若從反應物開始配平無法確定HNO3的化學計量數(shù)，反之從生成物開始配平則方便。

由于變化6個化學價能使化合價升高和降低總數(shù)相等。因此可以從NO和Cu（NO3）2入手，NO中N的化合價變化一次改變3價，一共需要改變2次才能使化合價變化值為6。因此NO的化學計量數(shù)是2，而Cu（NO3）2中的Cu每次化合價變化2，需要改變3次才能使化合價的變化值為6，因此Cu（NO3）2的化學計量數(shù)是3。生成物中含N元素和Cu元素的化合物都已經完成配平，因此可以確定HNO3的化學計量數(shù)為8，Cu的化學計量數(shù)為3。反應中氫元素的化學計量數(shù)已經確定，因此H2O的化學計量數(shù)為4。因此得到方程式：endprint

3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

（5）檢查元素、電荷、原子是否守恒。

3.缺項配平問題

缺項配平是氧化還原反應方程式配平中的一個難點問題，某些反應物或生成物的化學式未寫出，在水溶液中的反應所缺的物質通常是H+、OH-和 H2O，在反應物或生成物一邊加H+、OH-和H2O即可配平氧化還原反應方程式。這類方程式的配平不僅要配平化學計量數(shù)，還要寫出未知物的化學計量數(shù)，再通過比較反應物與生成物，觀察增減的原子或離子數(shù)，確定未知物并配平。

例3 （ ）MnO-4+（ ）H2O2 +（ ）（ ）Mn2++（ ）O2↑+

（ ）H2O

根據(jù)例1中使用的化合價升降法，只需對第四步進行調整。

（1）、（2）、（3）步簡述：

MnO-4→Mn2+ ，Mn的化合價由+7價變?yōu)?2價 化合價變化值為7-2=5

H2O2 →O2 ，O的化合價由-1價變?yōu)?價 化合價變化值為{0-（-1）}×2=2

5×2=10 2×5=10

（4）可以利用正向配平或逆向配平的方法，將氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物配平。再對反應物（或生成物）中存在的缺項進行補充，如例3中的方程式，配平氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物后，生成物中的離子數(shù)目已經確定，若生成物中多正電荷，則反應物的缺項應該補充H+。若生成物中多負電荷，則反應物的缺項應該補充OH-。若生成物中和反應物中的電荷數(shù)已經守恒，則反應物的缺項應該補充H2O 。

根據(jù)例1和例2的配平手段，可知MnO-4的化學計量數(shù)為2，H2O2的化學計量數(shù)為5。Mn2+ 的化學計量數(shù)為2，O2的化學計量數(shù)為5。由于生成物中的離子數(shù)目已經確定，帶4個正電荷，

反應物中所帶電荷數(shù)與生成物電荷數(shù)一致，反應物中有2個負電荷，所以需要補充6個正電荷，滿足（-2）+6=4，使左右兩邊的電荷數(shù)一致，因此缺項的位置和缺項位置的化學計量數(shù)應該是6H+，氫離子的個數(shù)全部確定，因此可確定H2O的化學計量數(shù)為8，得到方程式：

2MnO-4+5H2O2+6H+2Mn2++5O2↑+8H2O

（5）檢查元素、電荷、原子是否守恒。

氧化還原反應的配平方法其實還有很多，比如零價配平法、平均化合價法、合一配平法、奇數(shù)配偶法等，但氧化還原是基礎教育化學教學的重點和難點，其本質是反應中組成物質的原子或離子間發(fā)生電子轉移，特征是反應前后元素化合價發(fā)生變化。因此，化合價升降法是氧化還原反應配平最有效的方法，其配平結果可信可靠，對高中生的學習不但簡便，而且更容易吸收和內化。總之，高中生遇到復雜的氧化還原反應配平，首先要分析方程式屬于哪種類型，并靈活的運用化合價升降法，這樣高中生涯常見的配平問題也將得到很好的解決。endprint