善用守恒思想 巧寫“信息型”氧化還原方程式
——以2020—2021年高考真題為例

云南 嚴(yán)仕軍

一、“信息型”氧化還原反應(yīng)方程式的書寫方法綜述

第一步：根據(jù)題目信息，如文字描述、工藝流程圖、裝置圖等，找出部分反應(yīng)物和部分生成物，主要是元素化合價(jià)發(fā)生變化的物質(zhì)或離子，化合價(jià)未發(fā)生變化的物質(zhì)或離子可暫時(shí)不寫出；

第二步：根據(jù)物質(zhì)元素化合價(jià)的升降判斷電子得失，先利用氧化還原反應(yīng)中“電子得失守恒”配平上述物質(zhì)或離子的系數(shù)；

第三步：根據(jù)反應(yīng)體系的酸堿性，再利用“電荷守恒”進(jìn)行配平，配平時(shí)適當(dāng)補(bǔ)充H+、OH-和H2O等物質(zhì)；

第四步：最后利用“質(zhì)量守恒”配平化學(xué)方程式。

二、“信息型”氧化還原反應(yīng)方程式書寫方法的應(yīng)用

【例1】(2020·全國(guó)卷Ⅲ·27節(jié)選)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如圖1所示工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：

圖1

回答下列問(wèn)題：

(5)硫酸鎳在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應(yīng)的離子方程式：____________________。

【解析】第一步：根據(jù)流程圖和題干信息及所學(xué)知識(shí)，書寫“主干物質(zhì)”，即找出化合價(jià)發(fā)生變化的物質(zhì)或離子確定參與反應(yīng)物質(zhì)或離子的化學(xué)式：

第二步：標(biāo)出化合價(jià)發(fā)生變化的元素的化合價(jià)，利用氧化還原反應(yīng)中電子得失守恒(雙線橋法)配平主要的反應(yīng)物和生成物。

Ni元素：由反應(yīng)前的+2價(jià)升高至反應(yīng)后的+3價(jià)，1個(gè)Ni原子共失去1個(gè)電子；

Cl元素：由反應(yīng)前的+1價(jià)降低至反應(yīng)后的-1價(jià)，1個(gè)Cl原子得到2個(gè)電子。根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒可知：1與2的最小公倍數(shù)為2，因此Ni2+和NiOOH的系數(shù)為2，ClO-和Cl-的系數(shù)為1，即可得到：

第三步：利用電荷守恒配平左右兩邊的電荷。

第四步：利用質(zhì)量守恒補(bǔ)充完整方程式。

【例2】(2020·全國(guó)卷Ⅰ·26節(jié)選)釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以圖2所示藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。

圖2

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

第一步：結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識(shí)和反應(yīng)體系呈酸性，MnO2被還原為Mn2+，即可得到：

第二步：利用“電子得失守恒”配平主要的反應(yīng)物及生成物：

第三步：利用“電荷守恒”配平：

第四步：利用“質(zhì)量守恒”配平：

【例3】(2020·全國(guó)卷Ⅱ·26節(jié)選)化學(xué)工業(yè)為疫情防控提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)支撐。氯的許多化合物既是重要化工原料，又是高效、廣譜的滅菌消毒劑?；卮鹣铝袉?wèn)題：

(3)Cl2O為淡棕黃色氣體，是次氯酸的酸酐，可由新制的HgO和Cl2反應(yīng)來(lái)制備，該反應(yīng)為歧化反應(yīng)(氧化劑和還原劑為同一種物質(zhì)的反應(yīng))。上述制備Cl2O的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________。

(4)ClO2常溫下為黃色氣體，易溶于水，其水溶液是一種廣譜殺菌劑。一種有效成分為NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的 “二氧化氯泡騰片”，能快速溶于水，溢出大量氣泡，得到ClO2溶液。上述過(guò)程中，生成ClO2的反應(yīng)屬于歧化反應(yīng)，每生成1 mol ClO2消耗NaClO2的量為_(kāi)_______mol。

【答案】1.25

【例4】(2021·全國(guó)甲卷·26節(jié)選)碘(紫黑色固體，微溶于水)及其化合物廣泛用于醫(yī)藥、染料等方面。回答下列問(wèn)題：

(1)I2的一種制備方法如圖3所示：

圖3

①加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________；生成的沉淀與硝酸反應(yīng)，生成________后可循環(huán)使用。

(2)以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計(jì)量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2，上述制備I2的總反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________。

(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1 mol I2，消耗的KI至少________mol。

(3)4

(2)根據(jù)題意可將制備方法簡(jiǎn)化為圖4流程：

圖4

充分利用守恒思想，可得出：

將反應(yīng)Ⅰ×5和反應(yīng)Ⅱ的離子方程式相加再÷3，即可得制備I2的總反應(yīng)的離子方程式：

三、方法遷移——將守恒思想用于電化學(xué)電極反應(yīng)式的書寫

【例5】(2020·全國(guó)卷Ⅱ·28改編)(3)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如圖5所示：

圖5

(1)若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則陽(yáng)極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________。

【解析】結(jié)合裝置圖和電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，陽(yáng)極為化合價(jià)升高、失電子的一極，守恒思想應(yīng)用分析如下：

第一步：結(jié)合裝置圖和已知條件即可得到：

第二步：利用“電子得失守恒”配平主要反應(yīng)物及生成物：

CH4中C元素為-4價(jià)，C2H4中C元素為-2價(jià)，C2H6中C元素為-3價(jià)，結(jié)合系數(shù)分析可知，共失去10個(gè)電子，即得：

第三步：利用“電荷守恒”，補(bǔ)充O2-配平電荷可得：

第四步：利用“質(zhì)量守恒”配平得出答案：