氧化還原反應方程式書寫的“軟肋”及重難點突破

2018-07-20 03:46:40廣東

教學考試(高考化學) 2018年4期

廣東

楊鐵初

經過長期的教學實踐，發現學生在氧化還原反應方程式的書寫上存在兩個軟肋：一是物質的判斷(包括生成物和反應物)，二是方程式的配平。要真正解決這兩個問題，在氧化還原反應方程式的書寫教學中，教師必須密切關注反應介質對反應物、生成物的影響，并始終堅持定性分析與定量判斷相結合的原則。

一、問題的提出

氧化還原反應方程式的書寫既是高中化學教學的重點，也是高考化學命題的熱點，同時又是不少學生高考的失分點。當我們把現行的《普通高中課程標準實驗教科書化學1(必修)》與高考題進行對比分析后就會發現，高考氧化還原反應方程式書寫相關知識、能力的要求遠高于《化學1》(必修)所學內容，但由于必修課時的限制及此時文理沒分科等諸多因素，高一在進行“氧化還原反應”教學時，一般都按照教材的要求進行，因而高中初期的教學與高考要求不能無縫對接，導致學生在氧化還原反應方程式的書寫上存在兩個軟肋：一是物質的判斷(最主要是生成物是什么，有些也會涉及反應物有哪些)，這是定性方面的問題；二是方程式的配平，這是定量方面的問題。

究其原因，一方面是高中教科書中沒有提及氧化還原反應中的介質(即氧化劑、還原劑相互反應時的環境，通常為酸性、堿性或中性)概念，教師在平時的教學過程中也沒有很好地貫徹“氧化還原反應的介質不同，產物也不同”的理念，導致學生在判斷物質和配平時出現錯誤。另一方面是教師在教學時，忽視了從微觀的角度將反應的過程展現在學生的面前，忽視了將反應物、生成物的分析推測過程與定性定量相結合的方法展示出來，而只是告訴學生像背誦英語單詞一樣去記憶反應的產物，沒有學生的主動思考、自主探究的過程，沒有學生的學科思維與學科方法的訓練。

根據上述分析不難看出，氧化還原反應方程式書寫教學的重難點是：

1.反應介質對反應物、生成物的影響。

2.定性分析與定量判斷相結合配平方程式。

二、重難點突破

1.典型例題分析

【例1】寫出次氯酸鈉溶液與硫酸亞鐵溶液反應的化學方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領】次氯酸鈉具有較強的氧化性，硫酸亞鐵具有較強的還原性，它們反應會得到什么產物？

【學生分析】根據氧化還原反應規律，硫酸亞鐵會被氧化為硫酸鐵；次氯酸鈉會被還原為氯化鈉。

【教師引領】次氯酸鈉變成氯化鈉后，剩下的氧離子會發生怎樣的變化？

【學生分析】在水溶液中，氧離子可能會與水分子結合形成氫氧根離子。

【教師引領】形成的氫氧根離子還會發生什么變化？

【學生分析】氫氧根離子會與硫酸鐵電離產生的鐵離子反應生成氫氧化鐵。

【教師引領】分析至此，你認為反應物有哪些？生成物是什么？

【學生分析】反應物有：次氯酸鈉、硫酸亞鐵、水。反應的產物一定有：氯化鈉、氫氧化鐵；如果鐵離子沒有被完全沉淀，還有硫酸鐵；如果鐵離子完全沉淀，還有硫酸鈉。最終的產物有兩種可能：氯化鈉、氫氧化鐵、硫酸鐵；氯化鈉、氫氧化鐵、硫酸鈉。

(2)【定量分析1】

【教師引領】要確立產物是哪種情況，必須進行定量分析。請同學們根據氧化還原反應中得失電子守恒的規律進行分析推斷。

(3)【定量分析2】

【教師引領】確定了反應物和生成物以后，就是配平的問題。怎樣確定各物質的化學計量數呢？

【例2】寫出次氯酸鈉溶液與用硫酸酸化的硫酸亞鐵溶液反應的化學方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領】變式例題與例題有什么不一樣的地方？

【學生分析】不同的是反應物溶液為酸性。

【教師引領】當溶液為酸性后，次氯酸鈉變成氯化鈉后剩下的氧離子會有什么變化？反應物和產物會有什么不同？

【學生分析】氧離子不再與水分子結合形成氫氧根離子，而是與氫離子結合生成水。所以，反應物有：次氯酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸；生成物有：氯化鈉、硫酸鐵、水。

NaClO+FeSO4+H2SO4——NaCl+Fe2(SO4)3+H2O

(2)【定量分析】

【教師引領】請同學們根據例題的分析思路，確定各物質的化學計量數。

【例3】寫出過氧化氫溶液與碘化鉀溶液反應的化學方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領】過氧化氫具有氧化性，碘化鉀具有還原性，它們反應會得到什么產物？

【學生分析】根據氧化還原反應規律，過氧化氫中-1價氧會被還原為-2價氧；碘化鉀中-1價碘會被氧化為0價碘，即產物中會有碘單質。

【教師引領】氧離子不可能在溶液中存在，過氧化氫中被還原得到的-2價氧離子會發生什么變化？分析時請注意過氧化氫分子中氫、氧原子的個數比。

【學生分析】過氧化氫分子中氫、氧原子的個數比為1∶1，因此氧離子與過氧化氫還原后與剩下的氫結合形成氫氧根離子。

【教師引領】分析至此，你認為反應的生成物是什么？

【學生分析】反應物就是過氧化氫和碘化鉀；生成物是碘單質和氫氧化鉀。

H2O2+KI——I2+KOH

(2)【定量分析】

【教師引領】請同學們根據氧化還原反應中得失電子守恒的規律配平方程式。

【學生分析】過氧化氫作氧化劑時，每摩爾H2O2得到2摩爾電子，碘化鉀作還原劑時，每摩爾KI失去1摩爾電子，因此反應中過氧化氫與碘化鉀的物質的量之比應為1∶2。若參加反應的過氧化氫為1摩爾，則參加反應的碘化鉀為2摩爾；生成的氫氧根離子為2摩爾，即氫氧化鉀為2摩爾，碘單質為1摩爾。

【例4】寫出高錳酸鉀溶液與二氧化硫反應的化學方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領】高錳酸鉀具有較強的氧化性，二氧化硫具有較強的還原性，它們反應會得到什么產物？

【學生分析】根據氧化還原反應規律，高錳酸鉀中+7價錳往往被還原為+2價錳；二氧化硫中+4價硫會被氧化為+6價硫。

【教師引領】+6價硫在溶液中會以什么形式存在？高錳酸鉀中+7價錳被還原為+2價錳后剩下的-2價氧離子會發生什么變化？

【學生分析】+6價硫在溶液中往往以硫酸根離子形式存在，高錳酸鉀中+7價錳被還原為+2價錳后剩下的-2價氧離子與二氧化硫結合形成硫酸根離子。

(2)【定量分析1】

【教師引領】接下來的問題就是：二氧化硫能否將高錳酸鉀中+7價錳被還原為+2價錳后剩下的-2價氧離子全部結合？這有三種可能，一是能剛好全部結合；二是不能全部結合，還有-2價氧離子剩余；三是高錳酸鉀中+7價錳被還原為+2價錳后剩下的-2價氧離子不能滿足二氧化硫轉化為硫酸根離子的需要。到底是哪種情況，必須進行定量分析。請同學們根據氧化還原反應中得失電子守恒的規律進行分析判斷。

【教師引領】分析至此，同學們知道反應物和產物分別有哪些了嗎？

【學生分析】很明顯，反應物有高錳酸鉀、二氧化硫和水。水提供氧離子后剩余氫離子，因此產物有硫酸錳、硫酸鉀以及硫酸。

KMnO4+SO2+H2O——MnSO4+K2SO4+H2SO4

(3)【定量分析2】

【教師引領】確定了反應物和生成物以后，就是配平的問題。怎樣確定各物質的化學計量數呢？

【學生分析】根據上述分析，若參加反應的高錳酸鉀為2摩爾，則參加反應的二氧化硫為5摩爾，參加反應的水為2摩爾；根據質量守恒定律，生成的硫酸錳、硫酸的物質的量分別為2摩爾，硫酸鉀的物質的量為1摩爾。

2.方法總結與思維框架構建

(1)密切關注反應介質對反應物、生成物的影響

實際上，氧化還原反應的介質不同，產物也往往不同。教師必須引導學生清醒地認識到這一點。如氧氣、過氧化物、高錳酸鉀、次氯酸及其鹽等含氧氧化劑反應后都會有-2價的氧離子生成，而-2價的氧離子在水溶液中不可能存在，它到底以什么產物存在，就與介質有關：當介質為酸性溶液時，-2價的氧離子與氫離子結合生成水；當介質為中性或堿性時，-2價的氧離子與溶液中的水結合生成氫氧根離子。值得注意的是，當氧化劑中的氫、氧原子個數比為1∶1時(如過氧化氫、次氯酸)，則氧化劑自身的氫和氧結合成氫氧根離子；當介質為酸性時，氫氧根與氫離子反應生成水；如，二氧化硫、亞硫酸及其鹽等還原劑反應后會有硫酸根離子生成，從二氧化硫、亞硫酸及其鹽變成硫酸根離子，顯然需要從氧化劑中奪取氧，若氧化劑中無氧或氧不足，那就只能從介質中奪取氧。當介質為中性或酸性時，則由水提供氧，同時還生成氫離子；當介質為堿性時，則由氫氧根離子提供氧，同時還生成水(氫氧根可以認為是水合氧離子)。

現將相對較難判斷的常見氧化(還原)劑在不同介質中的還原(氧化)產物列于下表中。