“五步法”配平氧化還原反應方程式

劉朗辰

摘 要：氧化還原反應的實質是電子的得失或電子對的偏移，其外在表現為化合價的升降，為高效地配平氧化還原反應方程式，文章通過對四大類反應規律的分析歸納，從大量實例總結出了簡單易用的“五步法”，能夠高效地配平中學階段所有氧化還原反應方程式，在此基礎上，可以很方便地分析解決電子轉移關系、氧化還原數量關系等深層次難題。

古往今來，在世界各國人民心目中化學方程式不能主觀臆造，必須符合客觀規律。氧化還原反應是中學學習的重難點，反應方程式必須滿足質量守恒、得失電子總數守恒、升降價守恒的配平原則。“五步法”是一種高效可靠的方法，能夠滿足中學階段所有氧化還原反應的配平要求。

①標變價：標出變價元素的化合價。

②對變量：分別列出變價元素反應前后對應的升、降價關系及變化量。對應關系遵守不交叉原則：化合價能不變則不變，若非要變價則變化量最小。

③求公倍：用最小公倍法配平變價元素（系數配在價態多的物質前），使升降價相等。

④配系數：用觀察法配平其他物質的系數，配平后，把單線改成等號。

⑤查守恒：檢查方程式兩邊是否“質量守恒”和“電荷守恒”。

一、一種元素自身氧化還原

對于僅有一種元素參加的氧化還原反應，也稱自身的氧化還原反應，可分為歧化反應和歸中反應。若某個元素的化合價在反應中既有上升又有下降就是歧化反應（disproportionation reaction），此時氧化作用和還原作用發生在同一分子內部中處于同一氧化態的元素上，使該元素的原子（或離子）一部分被氧化，另一部分被還原。

例1，配平歧化反應：S+KOH—K2S+K2SO3+H2O

S+KOH—K2S+K2SO3+H2O（①標變價：標出變價元素反應前后的化合價）

S+KOH—K2S+K2SO3+H2O（②對變量：不交叉原則，確保化合價變化最小）

3S+KOH—2K2S+K2SO3+H2O（③求公倍：將變價物質系數配在價態多的前）

3S+6KOH—2K2S+K2SO3+3H2O（④配系數：配平其他元素）

3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O（⑤查守恒：核查驗算）

歸中反應（Comproportionation）指同種元素組成的不同物質（可以是單質和化合物，也可以是化合物和化合物）發生氧化還原反應，元素的兩種化合價向中間靠攏的反應。即含不同價態同種元素的物質在發生氧化還原反應時，該元素價態的變化一定遵循“高價+低價→中間價”的規律，不會出現交錯現象。歸中反應與歧化反應相對。

例2，配平歸中反應：H2S+H2SO4（濃）—S↓+H2O

H2S+H2SO4（濃）—S↓+H2O（①標變價：標出變價元素反應前后的化合價）

H2S+H2SO4（濃）—S↓+H2O（②對變量：不交叉原則，確保化合價變化最小）

3H2S+H2SO4（濃）=4S↓+4H2O（③求公倍：將變價物質系數配在價態多的前）

3H2S+H2SO4（濃）=4S↓+4H2O（④配系數、⑤查守恒）

練習1：H2S+3H2SO4（濃）= 4SO2+ 4H2O

練習2：3Cl2+6KOH=5KCl+ KClO3 +3H2O

練習3：KClO3+6HCl=KCl+ 3Cl2↑ +3H2O

二、兩種元素相互氧化還原

1.氯氣的制備

氯氣的制備是高中階段的重要考點，其中暗含了一個重要的知識點便是使用KMnO4、K2Cr2O7這兩種強氧化劑時，除非是制備氯氣，否則決不能使用鹽酸酸化（因為會產生氯氣，會消耗相當一部分氧化劑），只能用硫酸酸化。也不能用硝酸酸化，因為硝酸本身是強氧化劑，若用硝酸去酸化KMnO4、K2Cr2O7，此時反應的氧化劑便是硝酸了。

（1）實驗室制氯氣。

KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ Cl2↑ +H2O

KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+Cl2↑ +H2O（①標變價）

KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ Cl2↑ +H2O（②對變量：不交叉原則確保變價量最小，依據右下角標大的來確定升降價，否則會出現分數系數）

2KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ 5Cl2↑ +H2O（③求公倍：將變價物質系數配在價態多的前）

2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O（④配系數、⑤查守恒）

（2）無需加熱制氯氣。

K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+Cl2↑ + H2O（①標變價）

K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+Cl2↑ +H2O（②對變量：不交叉原則確保化合價變化最小，應依據右下角標大的來確定升降價系數）

K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+3Cl2↑ +H2O（③求公倍：將變價物質系數配在價態多的前）

K2Cr2O7+14HCl=2KCl+2CrCl3+3Cl2↑+7H2O（④配系數、⑤查守恒）

2.氮元素變價

（1）測銅相對原子質量。高中階段能夠還原CuO的主要有五種物質：H2、C、CO、NH3、CH3CH2OH。科學研究中常用NH3還原CuO來測定銅的近似相對原子質量，其反應方程式配平過程如下：

NH3+CuO—N2+Cu+H2O

2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O

（2）氯氣管道泄漏。工業生產過程中常用濃氨水來檢查氯氣管道是否泄漏，其原理是同時利用了氨氣的還原性和堿性，首先是氨氣將泄漏的氯氣還原為氯化氫（體現氨氣的還原性），然后酸性的氯化氫再與堿性的氨氣生成銨鹽（白色煙霧，體現氨氣的堿性），如果發現有白煙生成，則證明氯氣管道泄漏。