淺談某些氧化還原反應的產物判斷
2014-03-31 00:04:30金培勤
化學教學 2014年2期
金培勤
摘要：利用氧化還原反應中氧化性、還原性強弱的比較，熟悉常見氧化劑和某些變價元素的常見價態，通過實例分析變價元素在歧化反應、歸中反應中產物判斷的方法和技巧；對于同一氧化還原反應中有多種變價元素化合價變化時，則遵循氧化性、還原性強弱的比較和“上下樓梯考慮法”，以橫坐標表示物質類別，縱坐標表示化合價的變化，通過分析幾個典型代表物間的轉化，闡述產物判斷的方法。
關鍵詞：氧化還原反應；變價元素；化合價變化；歧化反應；歸中反應
文章編號：1005–6629（2014）2–0065–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
最近分析研究上海市“東華杯”化學競賽1996～ 2012年的幾份決賽試題第二卷時，發現在試題中有一類頻繁出現的題——根據題意寫出有關化學方程式或離子方程式。這類問題大部分應用氧化還原反應的原理解決，其中的難點是：變價元素化合價的確定，即變價元素在反應中的產物判斷。
變價元素在反應中的產物判斷常可分成兩類：一是歧化反應、歸中反應；二是多種變價元素在同一個氧化還原反應中出現。
1 只有一種元素化合價變化，即歧化和歸中
不管是何種反應均要求我們熟悉元素的常見價態，比如變價較多的氯元素（-1、0、+1、+3、+5、+7）、硫元素（-2、0、+4、+6）、氮元素（-3、0、+1、+2、+3、+4、+5）以及碳元素（-4、0、+2、+4）、鐵元素（0、+2、+3）等，當題目中出現非常見價態時，假設該價態成立。
歧化反應產物判斷的難點是元素的價態變化和氧化性的強弱判斷，而多數原因是后者。
例1 已制得的氯的氧化物有Cl2O、ClO2、Cl2O6、Cl2O7等。
（1）氯氣與HgO反應可制得Cl2O，試寫出該反應的化學方程式。
（2）KClO3與濃硫酸可制得ClO2。試寫出該反應的化學方程式。
（3）寫出Cl2O6與KOH反應的化學方程式。
分析：第一小題的分析很關鍵，突破該小題的難點，第二、三小題其意自現。第一小題可能會寫出如下兩個反應：Cl2+HgO→Hg+Cl2O；Cl2+2HgO→Hg2O+Cl2O，從電子得失角度分析，這兩個反應似乎都是對的，進一步思考，當氯氣被氧化時，說明遇到了氧化性比它強的氧化劑，而這兩個反應中的氧化劑均為HgO，反問一句，HgO的氧化性強于Cl2嗎？顯然，這是不能成立的。那么，在這種情況下，氯氣只能自己氧化自己，即這是個歧化反應。
這樣的例子有很多：水的氧化性強于氯氣嗎？不可能，那么氯氣和水的反應中，它只能自己氧化自己。二氧化碳的氧化性強于過氧化鈉嗎？不可能，那么過氧化鈉和二氧化碳的反應中，它只能自己氧化自己。氫氧化鉀的氧化性強于硫嗎？不可能，那么硫和氫氧化鉀的反應中，它只能自己氧化自己。這類反應只要比較一下兩種物質氧化性的強弱，難題就會迎刃而解。
疊加①②式，即可得到最后的反應方程式：3NF3+ 5H2O→9HF+HNO3+2NO↑
化學學科中的核心知識：氧化還原反應、異電相吸、質量守恒定律，在該題中反映得淋漓盡致。
2 同一氧化還原反應中，多種變價元素化合價發生變化
當同一個氧化還原反應中有多種變價元素價態變化時，產物判斷的工具主要是：氧化性、還原性強弱的比較和“上下樓梯考慮法”即就近原則。
例4 寫出碘與氯水反應生成+5價碘的化學方程式，標出電子轉移的方向和數目。
分析：題目中給出的已知條件“生成+5價碘”大大降低了本題的難度。如果題中沒有這一條件的話，解決本題的幾個步驟：
（1）題中的碘元素和氯元素均是具有變價的ⅦA族元素，碘元素常見價態參考氯元素；
（2）氯氣的氧化性強于碘單質，因此，在此反應中氯氣作氧化劑化合價降低生成HCl；
（3）碘元素化合價升高，升至何種價態呢？解決這一問題，回歸至氧化還原反應的價態變化。
元素在被氧化的過程中，化合價升高一般是就近原則，即每一次被氧化至它的相鄰高價態，就像是在“踏踏實實地，一步一個腳印地爬樓梯”，若相鄰高價不能穩定存在，則繼續被氧化，化合價繼續升高，直到它能穩定存在為止。這一題中，碘單質被氧化到+1價的HIO，次碘酸不穩定，繼續升高到+3價的HIO2，亞碘酸是極不穩定的物質，至今都沒有制取到，碘元素化合價繼續升高到+5價的HIO3，碘酸能穩定存在，所以，它的產物是碘酸。
縱觀硫及其化合物的相互轉化關系，物質之間的變化主要通過化合價的變化實現。硫元素在被氧化的過程中，化合價逐步上升至相鄰高價；在被還原的過程中，化合價逐步降低至相鄰低價。
例外的是標示數字①和②的兩個反應。①是硫化氫氣體的充分燃燒，看似硫元素的化合價由-2價升高到了+4價，按照上述原則，硫元素必然經過0價，那它為什么不在0價停留？氧氣充足，硫單質繼續被氧化，+4價的產物SO2才能穩定存在。
②是工業制硫酸的第一步反應，假設FeS2中的硫元素為-1價成立，按照上述原則，煅燒硫鐵礦的產物是單質硫，空氣充足，單質硫繼續被氧化，直至變為穩定存在的SO2。那在氧氣充足的情況下為什么就沒有被氧化為+6價而生成SO3呢？這與反應條件、活化分子的多少有關，SO2轉化為SO3必須要有催化劑的參與。
（2）氮及其化合物之間的相互轉化：
所選物質均為氮元素常見價態代表物。在氮元素被氧化的過程中，基本遵循升高至相鄰價態的原則。標示數字①的反應出現了化合價的跳躍，為什么？氨氣是由氮氣制得的，再由氨氣去制取氮氣，有意義嗎？用催化劑使氮元素繼續被氧化。
與此相似，當氮元素在被還原的過程中，同樣降到它的相鄰價態。標示數字②的反應出現了化合價的跳躍。為什么稀硝酸和銅的反應中生成的是NO而不是NO2？可以理解為：硝酸越稀，水越多，NO2和水反應了。當然，在有硝酸參加的反應中，還要考慮硝酸的濃度對其氧化性強弱的影響，硝酸的濃度越小，氧化性越弱，生成的產物價態越低。
類似的反應有：氯氣氧化單質鐵，為什么鐵元素化合價不是升高到+2價？氯氣的氧化性比三價鐵氧化性強，它只能以+3價的產物存在。碳在足量氧氣中燃燒，為什么生成的產物是二氧化碳呢？不難發現，碳先生成了一氧化碳，而一氧化碳在氧氣中還能繼續燃燒，所以它的產物就只能是二氧化碳了。
綜上所述，當氧化還原反應中出現了變價元素時，我們要提取題目中有用的信息，分析其化合價變化的可能情況，結合氧化性、還原性的強弱，回歸氧化還原反應的實質，判斷反應產物。
參考文獻：
[1]鄭胤飛編著.高中化學教程（第1版）[M].上海：上海教育出版社，2012.
[2]鄭胤飛著.文化有根課堂有魂——鄭胤飛化學教學設計集（第1版）[M].上海：上海教育出版社，2013.
摘要：利用氧化還原反應中氧化性、還原性強弱的比較，熟悉常見氧化劑和某些變價元素的常見價態，通過實例分析變價元素在歧化反應、歸中反應中產物判斷的方法和技巧；對于同一氧化還原反應中有多種變價元素化合價變化時，則遵循氧化性、還原性強弱的比較和“上下樓梯考慮法”，以橫坐標表示物質類別，縱坐標表示化合價的變化，通過分析幾個典型代表物間的轉化，闡述產物判斷的方法。
關鍵詞：氧化還原反應；變價元素；化合價變化；歧化反應；歸中反應
文章編號：1005–6629（2014）2–0065–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
最近分析研究上海市“東華杯”化學競賽1996～ 2012年的幾份決賽試題第二卷時，發現在試題中有一類頻繁出現的題——根據題意寫出有關化學方程式或離子方程式。這類問題大部分應用氧化還原反應的原理解決，其中的難點是：變價元素化合價的確定，即變價元素在反應中的產物判斷。
變價元素在反應中的產物判斷?？煞殖蓛深悾阂皇瞧缁磻?、歸中反應；二是多種變價元素在同一個氧化還原反應中出現。
1 只有一種元素化合價變化，即歧化和歸中
不管是何種反應均要求我們熟悉元素的常見價態，比如變價較多的氯元素（-1、0、+1、+3、+5、+7）、硫元素（-2、0、+4、+6）、氮元素（-3、0、+1、+2、+3、+4、+5）以及碳元素（-4、0、+2、+4）、鐵元素（0、+2、+3）等，當題目中出現非常見價態時，假設該價態成立。
歧化反應產物判斷的難點是元素的價態變化和氧化性的強弱判斷，而多數原因是后者。
例1 已制得的氯的氧化物有Cl2O、ClO2、Cl2O6、Cl2O7等。
（1）氯氣與HgO反應可制得Cl2O，試寫出該反應的化學方程式。
（2）KClO3與濃硫酸可制得ClO2。試寫出該反應的化學方程式。
（3）寫出Cl2O6與KOH反應的化學方程式。
分析：第一小題的分析很關鍵，突破該小題的難點，第二、三小題其意自現。第一小題可能會寫出如下兩個反應：Cl2+HgO→Hg+Cl2O；Cl2+2HgO→Hg2O+Cl2O，從電子得失角度分析，這兩個反應似乎都是對的，進一步思考，當氯氣被氧化時，說明遇到了氧化性比它強的氧化劑，而這兩個反應中的氧化劑均為HgO，反問一句，HgO的氧化性強于Cl2嗎？顯然，這是不能成立的。那么，在這種情況下，氯氣只能自己氧化自己，即這是個歧化反應。
這樣的例子有很多：水的氧化性強于氯氣嗎？不可能，那么氯氣和水的反應中，它只能自己氧化自己。二氧化碳的氧化性強于過氧化鈉嗎？不可能，那么過氧化鈉和二氧化碳的反應中，它只能自己氧化自己。氫氧化鉀的氧化性強于硫嗎？不可能，那么硫和氫氧化鉀的反應中，它只能自己氧化自己。這類反應只要比較一下兩種物質氧化性的強弱，難題就會迎刃而解。
疊加①②式，即可得到最后的反應方程式：3NF3+ 5H2O→9HF+HNO3+2NO↑
化學學科中的核心知識：氧化還原反應、異電相吸、質量守恒定律，在該題中反映得淋漓盡致。
2 同一氧化還原反應中，多種變價元素化合價發生變化
當同一個氧化還原反應中有多種變價元素價態變化時，產物判斷的工具主要是：氧化性、還原性強弱的比較和“上下樓梯考慮法”即就近原則。
例4 寫出碘與氯水反應生成+5價碘的化學方程式，標出電子轉移的方向和數目。
分析：題目中給出的已知條件“生成+5價碘”大大降低了本題的難度。如果題中沒有這一條件的話，解決本題的幾個步驟：
（1）題中的碘元素和氯元素均是具有變價的ⅦA族元素，碘元素常見價態參考氯元素；
（2）氯氣的氧化性強于碘單質，因此，在此反應中氯氣作氧化劑化合價降低生成HCl；
（3）碘元素化合價升高，升至何種價態呢？解決這一問題，回歸至氧化還原反應的價態變化。
元素在被氧化的過程中，化合價升高一般是就近原則，即每一次被氧化至它的相鄰高價態，就像是在“踏踏實實地，一步一個腳印地爬樓梯”，若相鄰高價不能穩定存在，則繼續被氧化，化合價繼續升高，直到它能穩定存在為止。這一題中，碘單質被氧化到+1價的HIO，次碘酸不穩定，繼續升高到+3價的HIO2，亞碘酸是極不穩定的物質，至今都沒有制取到，碘元素化合價繼續升高到+5價的HIO3，碘酸能穩定存在，所以，它的產物是碘酸。
縱觀硫及其化合物的相互轉化關系，物質之間的變化主要通過化合價的變化實現。硫元素在被氧化的過程中，化合價逐步上升至相鄰高價；在被還原的過程中，化合價逐步降低至相鄰低價。
例外的是標示數字①和②的兩個反應。①是硫化氫氣體的充分燃燒，看似硫元素的化合價由-2價升高到了+4價，按照上述原則，硫元素必然經過0價，那它為什么不在0價停留？氧氣充足，硫單質繼續被氧化，+4價的產物SO2才能穩定存在。
②是工業制硫酸的第一步反應，假設FeS2中的硫元素為-1價成立，按照上述原則，煅燒硫鐵礦的產物是單質硫，空氣充足，單質硫繼續被氧化，直至變為穩定存在的SO2。那在氧氣充足的情況下為什么就沒有被氧化為+6價而生成SO3呢？這與反應條件、活化分子的多少有關，SO2轉化為SO3必須要有催化劑的參與。
（2）氮及其化合物之間的相互轉化：
所選物質均為氮元素常見價態代表物。在氮元素被氧化的過程中，基本遵循升高至相鄰價態的原則。標示數字①的反應出現了化合價的跳躍，為什么？氨氣是由氮氣制得的，再由氨氣去制取氮氣，有意義嗎？用催化劑使氮元素繼續被氧化。
與此相似，當氮元素在被還原的過程中，同樣降到它的相鄰價態。標示數字②的反應出現了化合價的跳躍。為什么稀硝酸和銅的反應中生成的是NO而不是NO2？可以理解為：硝酸越稀，水越多，NO2和水反應了。當然，在有硝酸參加的反應中，還要考慮硝酸的濃度對其氧化性強弱的影響，硝酸的濃度越小，氧化性越弱，生成的產物價態越低。
類似的反應有：氯氣氧化單質鐵，為什么鐵元素化合價不是升高到+2價？氯氣的氧化性比三價鐵氧化性強，它只能以+3價的產物存在。碳在足量氧氣中燃燒，為什么生成的產物是二氧化碳呢？不難發現，碳先生成了一氧化碳，而一氧化碳在氧氣中還能繼續燃燒，所以它的產物就只能是二氧化碳了。
綜上所述，當氧化還原反應中出現了變價元素時，我們要提取題目中有用的信息，分析其化合價變化的可能情況，結合氧化性、還原性的強弱，回歸氧化還原反應的實質，判斷反應產物。
參考文獻：
[1]鄭胤飛編著.高中化學教程（第1版）[M].上海：上海教育出版社，2012.
[2]鄭胤飛著.文化有根課堂有魂——鄭胤飛化學教學設計集（第1版）[M].上海：上海教育出版社，2013.
摘要：利用氧化還原反應中氧化性、還原性強弱的比較，熟悉常見氧化劑和某些變價元素的常見價態，通過實例分析變價元素在歧化反應、歸中反應中產物判斷的方法和技巧；對于同一氧化還原反應中有多種變價元素化合價變化時，則遵循氧化性、還原性強弱的比較和“上下樓梯考慮法”，以橫坐標表示物質類別，縱坐標表示化合價的變化，通過分析幾個典型代表物間的轉化，闡述產物判斷的方法。
關鍵詞：氧化還原反應；變價元素；化合價變化；歧化反應；歸中反應
文章編號：1005–6629（2014）2–0065–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
最近分析研究上海市“東華杯”化學競賽1996～ 2012年的幾份決賽試題第二卷時，發現在試題中有一類頻繁出現的題——根據題意寫出有關化學方程式或離子方程式。這類問題大部分應用氧化還原反應的原理解決，其中的難點是：變價元素化合價的確定，即變價元素在反應中的產物判斷。
變價元素在反應中的產物判斷常可分成兩類：一是歧化反應、歸中反應；二是多種變價元素在同一個氧化還原反應中出現。
1 只有一種元素化合價變化，即歧化和歸中
不管是何種反應均要求我們熟悉元素的常見價態，比如變價較多的氯元素（-1、0、+1、+3、+5、+7）、硫元素（-2、0、+4、+6）、氮元素（-3、0、+1、+2、+3、+4、+5）以及碳元素（-4、0、+2、+4）、鐵元素（0、+2、+3）等，當題目中出現非常見價態時，假設該價態成立。
歧化反應產物判斷的難點是元素的價態變化和氧化性的強弱判斷，而多數原因是后者。
例1 已制得的氯的氧化物有Cl2O、ClO2、Cl2O6、Cl2O7等。
（1）氯氣與HgO反應可制得Cl2O，試寫出該反應的化學方程式。
（2）KClO3與濃硫酸可制得ClO2。試寫出該反應的化學方程式。
（3）寫出Cl2O6與KOH反應的化學方程式。
分析：第一小題的分析很關鍵，突破該小題的難點，第二、三小題其意自現。第一小題可能會寫出如下兩個反應：Cl2+HgO→Hg+Cl2O；Cl2+2HgO→Hg2O+Cl2O，從電子得失角度分析，這兩個反應似乎都是對的，進一步思考，當氯氣被氧化時，說明遇到了氧化性比它強的氧化劑，而這兩個反應中的氧化劑均為HgO，反問一句，HgO的氧化性強于Cl2嗎？顯然，這是不能成立的。那么，在這種情況下，氯氣只能自己氧化自己，即這是個歧化反應。
這樣的例子有很多：水的氧化性強于氯氣嗎？不可能，那么氯氣和水的反應中，它只能自己氧化自己。二氧化碳的氧化性強于過氧化鈉嗎？不可能，那么過氧化鈉和二氧化碳的反應中，它只能自己氧化自己。氫氧化鉀的氧化性強于硫嗎？不可能，那么硫和氫氧化鉀的反應中，它只能自己氧化自己。這類反應只要比較一下兩種物質氧化性的強弱，難題就會迎刃而解。
疊加①②式，即可得到最后的反應方程式：3NF3+ 5H2O→9HF+HNO3+2NO↑
化學學科中的核心知識：氧化還原反應、異電相吸、質量守恒定律，在該題中反映得淋漓盡致。
2 同一氧化還原反應中，多種變價元素化合價發生變化
當同一個氧化還原反應中有多種變價元素價態變化時，產物判斷的工具主要是：氧化性、還原性強弱的比較和“上下樓梯考慮法”即就近原則。
例4 寫出碘與氯水反應生成+5價碘的化學方程式，標出電子轉移的方向和數目。
分析：題目中給出的已知條件“生成+5價碘”大大降低了本題的難度。如果題中沒有這一條件的話，解決本題的幾個步驟：
（1）題中的碘元素和氯元素均是具有變價的ⅦA族元素，碘元素常見價態參考氯元素；
（2）氯氣的氧化性強于碘單質，因此，在此反應中氯氣作氧化劑化合價降低生成HCl；
（3）碘元素化合價升高，升至何種價態呢？解決這一問題，回歸至氧化還原反應的價態變化。
元素在被氧化的過程中，化合價升高一般是就近原則，即每一次被氧化至它的相鄰高價態，就像是在“踏踏實實地，一步一個腳印地爬樓梯”，若相鄰高價不能穩定存在，則繼續被氧化，化合價繼續升高，直到它能穩定存在為止。這一題中，碘單質被氧化到+1價的HIO，次碘酸不穩定，繼續升高到+3價的HIO2，亞碘酸是極不穩定的物質，至今都沒有制取到，碘元素化合價繼續升高到+5價的HIO3，碘酸能穩定存在，所以，它的產物是碘酸。
縱觀硫及其化合物的相互轉化關系，物質之間的變化主要通過化合價的變化實現。硫元素在被氧化的過程中，化合價逐步上升至相鄰高價；在被還原的過程中，化合價逐步降低至相鄰低價。
例外的是標示數字①和②的兩個反應。①是硫化氫氣體的充分燃燒，看似硫元素的化合價由-2價升高到了+4價，按照上述原則，硫元素必然經過0價，那它為什么不在0價停留？氧氣充足，硫單質繼續被氧化，+4價的產物SO2才能穩定存在。
②是工業制硫酸的第一步反應，假設FeS2中的硫元素為-1價成立，按照上述原則，煅燒硫鐵礦的產物是單質硫，空氣充足，單質硫繼續被氧化，直至變為穩定存在的SO2。那在氧氣充足的情況下為什么就沒有被氧化為+6價而生成SO3呢？這與反應條件、活化分子的多少有關，SO2轉化為SO3必須要有催化劑的參與。
（2）氮及其化合物之間的相互轉化：
所選物質均為氮元素常見價態代表物。在氮元素被氧化的過程中，基本遵循升高至相鄰價態的原則。標示數字①的反應出現了化合價的跳躍，為什么？氨氣是由氮氣制得的，再由氨氣去制取氮氣，有意義嗎？用催化劑使氮元素繼續被氧化。
與此相似，當氮元素在被還原的過程中，同樣降到它的相鄰價態。標示數字②的反應出現了化合價的跳躍。為什么稀硝酸和銅的反應中生成的是NO而不是NO2？可以理解為：硝酸越稀，水越多，NO2和水反應了。當然，在有硝酸參加的反應中，還要考慮硝酸的濃度對其氧化性強弱的影響，硝酸的濃度越小，氧化性越弱，生成的產物價態越低。
類似的反應有：氯氣氧化單質鐵，為什么鐵元素化合價不是升高到+2價？氯氣的氧化性比三價鐵氧化性強，它只能以+3價的產物存在。碳在足量氧氣中燃燒，為什么生成的產物是二氧化碳呢？不難發現，碳先生成了一氧化碳，而一氧化碳在氧氣中還能繼續燃燒，所以它的產物就只能是二氧化碳了。
綜上所述，當氧化還原反應中出現了變價元素時，我們要提取題目中有用的信息，分析其化合價變化的可能情況，結合氧化性、還原性的強弱，回歸氧化還原反應的實質，判斷反應產物。
參考文獻：
[1]鄭胤飛編著.高中化學教程（第1版）[M].上海：上海教育出版社，2012.
[2]鄭胤飛著.文化有根課堂有魂——鄭胤飛化學教學設計集（第1版）[M].上海：上海教育出版社，2013.
