信息型氧化還原方程式的書寫策略

◇ 石鳳吉

信息型氧化還原方程式的書寫是高考重點題型，也是“信息量比較大”的一類題型．它將元素化合物知識、氧化還原反應、元素周期表結構、離子反應、反應類型等知識融會貫通，依托化學學科的基礎知識、基本能力、基本素養，以科技信息、材料為背景，考查學生獲取信息、加工信息、整合信息、分析推理和遷移運用知識的綜合能力．試題綜合性強，對能力要求高，若要順利解答此類題目，必須在學習中善于歸納總結，逐步形成行之有效的解題策略．

1 構建元素的價類二維圖

信息型氧化還原方程式題型的特點是題干中常以反應現象、物質性質、元素價態變化、新情境等信息呈現，要求以此判斷產物，正確書寫化學方程式．而化合價變化是氧化還原反應的本質特征，也是正確解答此類問題的總抓手．以元素為核心，圍繞化合價變化，結合物質分類，繪制成元素的“價類二維圖”，如圖1和圖2所示，實現對元素化合物知識的網絡化、系統化，從類別和價態兩個角度認識物質性質和轉化，引導學生分析物質的氧化性和還原性，進而分析物質發生的氧化還原反應，明確信息型氧化還原方程式書寫的方向和思路，為順利解決此類問題奠定知識基礎．

圖1

圖2

例1(2017年全國卷Ⅰ，節選)寫出圖3流程中“高溫煅燒②”由FePO4制備LiFePO4的化學方程式

圖3

根據流程初步判斷原料和產物:

鐵由＋3價轉化為＋2價，化合價降低，H2C2O4中碳元素化合價升高為＋4價，再根據得失電子守恒得:

根據元素守恒，補H2O可得:

2 歸納方程式書寫的解題模型

研究表明，學生在解決化學問題時使用頻率最高的解題策略是模型匹配，即學生通過有限的思維過程找到與當前問題相匹配的模型而解決問題的．因此，對于陌生氧化還原反應方程式的書寫，首先要根據題目情境和元素化合價升降，有效解讀題給信息或根據氧化還原反應規律確定氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物，初步建立反應框架；其次根據得失電子守恒規律配平上述4種物質；再次根據所給信息，明確體系環境，依據電荷守恒原則補充離子(一般情況下，酸性溶液補充H＋，堿性溶液補充OH－)；最后通過在反應方程式兩端添加H2O(或其他小分子)使方程式兩端的原子守恒，得到最終的方程式．

圖4

例2KMnO4能與熱的經硫酸酸化的Na2C2O4反應，生成Mn2＋和CO2，該反應的化學方程式是

第1步:依題意錳元素的化合價降低，故KMnO4是氧化劑，Mn2＋是還原產物；碳元素的化合價升高，故Na2C2O4(碳元素化合價為＋3價)是還原劑，CO2是氧化產物．

第2步:按“氧化劑＋還原劑→還原產物＋氧化產物”把離子方程式初步寫成MnO－4＋C2O2－4→Mn2＋＋CO2↑．由錳元素降了5價，1 molMnO－4得到5mole－；碳元素升了1價，1 molC2O2－4共失去2mole－，故在C2O2－4前配5，在氧化產物CO2前配10；在MnO－4前配2，在還原產物Mn2＋前配2，即2MnO－4＋5C2O2－4→2Mn2＋＋10CO2↑．

第3步:反應在硫酸中進行，依據電荷守恒，故在左邊補充16H＋，在右邊補充H2O，即2MnO－4＋5C2O2－4＋16H＋→2Mn2＋＋10CO2↑＋□H2O．

第4步:依據H、O元素質量守恒配平:2MnO－4＋5C2O2－4＋16H＋△══2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O．

3 遵循三大守恒規律

配平化學反應方程式的方法和技巧很多，但歸根到底，始終都是圍繞三大守恒規律進行．

例3(2018年全國卷Ⅰ)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑．在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時，取50．00mL葡萄酒樣品，用0．01000 mol·L－1的碘標準液滴定至終點，消耗10．00 mL．滴定反應的離子方程式為

首先由得失電子守恒(化合價升降相等)配平氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物的化學計量數其次依據電荷守恒和反應環境(如酸堿介質)確定添加H＋:最后借助質量守恒(元素守恒)加H2O完成配平:

信息型氧化還原方程式書寫已成為當下高考命題的熱點，它體現了“證據推理”這一核心素養的運用和落實，有利于培養學生基于信息，對物質的變化作出合理推斷的思維能力，建立觀點、論據和結論之間的邏輯關系．因此，在高考備考復習中，教師應適時引導學生加深對元素化合物知識的認識，突出模型構建和證據推理等核心素養的培養，增強學生在特定的任務或情境中解決問題的關鍵能力或品質．