半反應(yīng)配平快速準(zhǔn)確解決氧化還原反應(yīng)和電極反應(yīng)式等未知反應(yīng)的書寫

丁赤

隨著新課程改革的進(jìn)行，高考化學(xué)試題中電化學(xué)電極反應(yīng)式的書寫、未知方程式的書寫，都對(duì)學(xué)生的基本功和綜合素質(zhì)都提出了較高的要求，要求學(xué)生能夠全面理解反應(yīng)發(fā)生的條件、反應(yīng)所處的環(huán)境、是否存在雜質(zhì)及雜質(zhì)可能起到的作用、各種微粒的存在形式、能否共存，如何確認(rèn)反應(yīng)物和生成物。學(xué)生做這類習(xí)題時(shí)總因?yàn)楦鞣N各樣的原因功虧一簣，造成失分。

解決此類習(xí)題的第一步先要根據(jù)物質(zhì)分類熟悉常見化學(xué)元素、常見元素的常見價(jià)態(tài)及常見價(jià)態(tài)對(duì)應(yīng)的常見微粒。熟悉常見微粒的基本性質(zhì)，了解常見微粒的轉(zhuǎn)化過(guò)程，形成基本的半反應(yīng)書寫，如：SO32-→ SO42-—2e-;NO3-→ NO—3e-;ClO-→ Cl-—2e-;MnO4-→ Mn2+—5e-;H2O2→O2—2e-;SO2→SO42-—2e-;等。在這些半反應(yīng)中，只需要根據(jù)得失電子守恒和元素原子個(gè)數(shù)守恒，配平變價(jià)元素即可，即寫出只含變價(jià)元素的反應(yīng)物和生成物及相應(yīng)的得失電子情況。若書寫電極反應(yīng)式時(shí)，將得失電子情況寫到反應(yīng)物即可，如：Fe -2e-→ Fe2+;2H+ + 2e- =H2;

一、基本半反應(yīng)書寫對(duì)于簡(jiǎn)單的氧化還原配平可以方便的得出結(jié)論

例題1：2012年高考理綜卷26題的第（3）小題，F(xiàn)eCl3與氫碘酸反應(yīng)時(shí)可生成棕色物質(zhì)，該反應(yīng)的離子方程式為___;

解析：由①Fe3+→Fe2+—e-及②2I- →I2—2e- 兩個(gè)半反應(yīng)，根據(jù)得失電子守恒，只需要讓①×2再與②式相加得總反應(yīng)方程式，2Fe3++2I-=2Fe2++I2;了解基本的半反應(yīng)書寫，書寫非常方便直觀。

二、存在氫氧元素的配平問題——即反應(yīng)所處環(huán)境的問題（一般氫氧元素不參與氧化還原）

首先從水溶液的酸堿性環(huán)境得出可能缺項(xiàng)為H+和H2O或者OH-和H2O兩組微粒，如果反應(yīng)環(huán)境為酸性環(huán)境，則利用氧元素的元素守恒配平——那邊缺氧哪邊補(bǔ)水，缺幾個(gè)氧補(bǔ)幾個(gè)水，另外一邊根據(jù)氫氧元素守恒配水;

例題2：2011年高考理綜化學(xué)27題的第⑸問：直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極反應(yīng)為：____。

解析：半反應(yīng)為CH3OH–6e-→ CO2，氫氧元素不平，反應(yīng)環(huán)境為酸性環(huán)境，左邊缺一個(gè)氧，補(bǔ)一個(gè)水，右邊根據(jù)氫元素守恒補(bǔ)6個(gè)H+，得出CH3OH–6e-+H2O=CO2+6H+，能夠快速準(zhǔn)確的得出結(jié)論;

如果反應(yīng)環(huán)境為堿性環(huán)境，則利用電荷守恒配平——哪邊缺幾個(gè)負(fù)電荷哪邊補(bǔ)幾個(gè)OH-，另外一邊根據(jù)根據(jù)氫氧元素守恒配水。

例題3：如書寫金屬鋁在氫氧化鈉溶液中的離子反應(yīng)方程式_______。

解析：由半反應(yīng)①Al→AlO2-—3e- ②2H2O→H2—2e-，讓①×2再與②×3相加既可以得到滿足得失電子守恒的總反應(yīng)式，2Al+6H2O—2AlO2-+3H2，氫氧元素不平，按照電荷守恒左邊補(bǔ)兩個(gè)OH-，右邊根據(jù)氫氧元素守恒配四個(gè)水，合并同類項(xiàng)約掉四個(gè)水，得總反應(yīng)方程式：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑;

例題4：2012年海南化學(xué)卷第16題，新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質(zhì)為KOH溶液。某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氧化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示，

回答下列問題：（1）甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為_____。

解析：正極反應(yīng)不用多說(shuō)，負(fù)極反應(yīng)如果用總反應(yīng)進(jìn)行加減得到，有些同學(xué)總?cè)菀壮霈F(xiàn)錯(cuò)誤，那么由半反應(yīng)為CH4—8e-→CO32-因?yàn)闅溲踉夭黄剑鶕?jù)反應(yīng)環(huán)境為堿性環(huán)境，左邊缺十個(gè)負(fù)電荷，補(bǔ)十個(gè)OH-，右邊根據(jù)氫元素守恒補(bǔ)七個(gè)H2O，得出CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

三、根據(jù)半反應(yīng)得出的總反應(yīng)方程式還會(huì)存在離子之間能否共存的問題

例題5：2012年高考理綜化學(xué)26題的第（4）小題：高鐵酸鉀（K2FeO4）是一種強(qiáng)氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。FeCl3與KClO在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)可制取K2FeO4，其反應(yīng)的離子方程式為______。

解析：根據(jù)半反應(yīng)①Fe3+→FeO42- —3e-，②ClO-→Cl-—2e-，讓①×2再與②×3相加得滿足得失電子守恒的總反應(yīng)式，2Fe3++3ClO-→2FeO42-+3Cl-，因?yàn)闅溲踉夭黄剑园凑针姾墒睾阕筮呇a(bǔ)十個(gè)OH-，右邊根據(jù)氫氧元素守恒配五個(gè)水，得出總方程式：2Fe3++3ClO-+10OH-→2FeO42-+3Cl-+5H2O，觀察發(fā)現(xiàn)Fe3+與OH-不能共存，所以寫出最后的總方程式：Fe（OH）3 +3ClO-+4OH-=2FeO42-+5H2O+3Cl-。

例題6：2012年高考理綜化學(xué)26題的第（4）小題：與MnO2-Zn電池類似，K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應(yīng)式為______。

解析：由半反應(yīng)FeO42- +3e-→Fe3+，因?yàn)闅溲踉夭黄剑园凑针姾墒睾阌疫呇a(bǔ)八個(gè)OH-，左邊根據(jù)氫氧元素守恒配四個(gè)水，然后按照離子共存，得出總反應(yīng)方程式：FeO42-+3e-+4H2O= Fe（OH）3+5OH-。

再下面一問：該電池總反應(yīng)的離子方程式為_____。

解析：由兩個(gè)半反應(yīng)①FeO42-+3e-→Fe3+，②Zn-2e-=Zn2+，讓①×2再與②×3相加既可以得到滿足得失電子守恒的總反應(yīng)式，2FeO42-+3Zn→2Fe3++ 3Zn2+，氫氧元素不平，按照電荷守恒右邊補(bǔ)十六個(gè)OH-，左邊根據(jù)氫氧元素守恒配八個(gè)水，再按照離子共存，得總反應(yīng)方程式：2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe（OH）3 +3Zn（OH）3+4OH-。

綜上所述，利用半反應(yīng)配平可以快速準(zhǔn)確的解決氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和電化學(xué)中的電極反應(yīng)的書寫，快速提高學(xué)生的解題能力，對(duì)該方法的使用過(guò)程總結(jié)如下：（1）復(fù)習(xí)元素化合物，熟悉常見元素的不同價(jià)態(tài)微粒之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，即基本的半反應(yīng)書寫。（2）在實(shí)際解題過(guò)程中，根據(jù)題意，仔細(xì)觀察，寫出所需要的半反應(yīng)。（3）根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行半反應(yīng)的加和，得出滿足得失電子守恒的總反應(yīng)式。（4）若氫氧元素不守恒，觀察反應(yīng)環(huán)境是酸性使用H+和H2O，或者堿性使用OH-和H2O進(jìn)行元素守恒和電荷守恒的配平。（5）觀察書寫出的離子總反應(yīng)式，觀察各微粒之間是否存在共存問題，從而修改微粒的存在形式以完成書寫。利用這個(gè)方法，在教學(xué)過(guò)程和學(xué)生的使用過(guò)程中學(xué)生都極少出錯(cuò)，并且本方法重在基礎(chǔ)，讓學(xué)生了解元素化合物的常見微粒間的轉(zhuǎn)化，大大提高學(xué)生的綜合能力。