例析有變價元素參與的氧化還原反應方程式的配平

劉艷

摘要：介紹了如何將歸一法和雙線橋法結合使用，配平有變價元素參與的氧化還原反應方程式。提出配平時先觀察參與反應的同種元素反應前后化合價的變化，確定變價元素，合理“歸一”，再用雙線橋法配平“歸一”后的方程式，最后檢查整理，配平反應方程式。該方法不僅能簡潔、準確地配平反應方程式，而且可以方便地求解方程式中參與反應的各物質的物質的量之比、電子轉移數。

關鍵詞：變價元素；氧化還原方程式；初始守恒

文章編號：1005–6629（2016）3–0087–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

氧化還原反應（以下簡稱“氧-還反應”），是一類非常重要的化學反應，在實際生活和生產中均有廣泛應用，例如電鍍、電解、燃燒等都有涉及到氧-還反應，而像S、Cl、N、Mn等元素具有多種化合價，也就是變價元素，它們在氧-還反應中會扮演“多面手”的角色——在同一反應過程中，既參與化合價升高的氧化半反應，又參與化合價降低的還原半反應，配平這類元素參與的化學方程式時，學生感到困難較大。而將歸一法和雙線橋法兩者結合使用，可以解決有變價元素參與的氧-還反應方程式的配平問題。

通常在配平方程式中用的歸一法，就是在方程式兩邊找到關鍵的化學式，將其化學計量數規定為1，再根據該關鍵化學式中各原子的個數去配平其他化學式，如果配平過程中化學計量數出現分數，再將分數轉化成最簡整數[1]。

本文中“一雙結合”的“一”就是“歸一”的意思，原理與配平方程式通常用的“歸一法”相同，但“歸一”的對象卻是變價元素，在含有變價元素參與的氧-還反應方程式配平中，我們將變價元素的配平作為解決這類方程式配平的突破口。如果整個方程式中只有一種變價元素，我們就以僅有的這一種變價元素為著眼點；如果一個方程式中含有兩種及以上的變價元素，一般情況下以化合價變化較多的那個變價元素為著眼點。著眼點元素就是計量數要被“歸為1”的變價元素（下面無特殊說明，變價元素指的都是被列為著眼點的變價元素）。通過在方程式左邊含有變價元素的反應物（或者方程式右邊含有變價元素的生成物）前乘以適當的計量數，使每個含有變價元素的反應物（或者生成物）中變價元素原子個數為1，再按照反應前后原子個數守恒規律，確定方程式右邊含有變價元素的生成物（或者方程式左邊含有變價元素的反應物）前的計量數，使最終未配平前方程式兩邊變價原子個數先達到“初始守恒”，之后再按照反應前后化合價升降總數相等的原則，配平氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物的計量數，最后用方程式中未參與氧-還反應的原子檢查配平后的計量數是否正確。

“一雙結合”是通過在方程式一邊含有變價元素的物質前乘以適當的計量數，將它們的原子個數歸為1，然后確定方程式另一邊含變價元素的物質前的計量數，以達到變價元素原子個數“初始守恒”，再應用“雙線橋”法確定反應物中的氧化劑、還原劑及相應的產物系數，最后確定方程式中其他參加非氧化還原的反應物及其產物計量數，達到整個方程式配平。這種方法的核心是歸一。正確的歸一，能讓學生在配平方程式過程中更加清楚變價元素原子的反應“路徑”，為解答有關電子轉移、氧化產物與還原產物摩爾比或者質量比等問題掃清障礙。

2 “一雙結合”方法遵循的規律與原則

這種方法在配平過程中，始終遵循以下規律與原則：

（1）反應前后原子個數守恒[2]?；瘜W反應前后遵循原子個數守恒的規律，當然對于有變價元素參與的氧-還反應來說，變價元素原子個數在反應前后也應遵循這一規律。這是“一雙結合”的核心依據。

（2）反應前后得失電子總數相等[3]。在氧-還反應中，氧化劑得到的電子（或者電子對偏向）總數必然等于還原劑失去的電子（或者電子對偏移）總數。這是應用雙線橋配平方程式的理論依據。

（3）遵循客觀事實[4]。就是以客觀事實為基礎，物質如能發生化學反應，然后再依據質量守恒定律，調整化學式前的化學計量數，使得式子左右兩邊達到原子的種類相同，數目相等。

3.1 有變價元素參與的歧化反應

方程式形式及特點為：一種含有變價元素的反應物→若干種含有變價元素的生成物（“一變多”型）。

例如：H2O2→H2O+O2↑

（1）變價元素在反應前后有3種及以上的化合價。如舉例中的O元素在反應前后的化合價分別為-1、-2、0價。

（2）變價元素在反應前含在一種反應物中，而反應后含在兩種及以上的生成物中，如本例中O元素在反應前含在H2O2中，反應后在H2O和O2中都含有O元素。

3.2 有變價元素參與的歸中反應

方程式形式及特點為：若干種含有變價元素的反應物→一種含有變價元素的生成物（“多變一”型）。

例如：H2S+H2SO3→S+H2O

（1）變價元素在反應前后有3種及以上的化合價。如舉例中的S元素在反應前后的化合價分別為-2、+4、0價。

（2）變價元素在反應前含在兩種及以上反應物中，而反應后含在一種生成物中，如本例中反應物H2S和H2SO3中都含有S元素，反應后只有S中含有該變價元素。

3.3 變價元素參與復雜氧-還反應

方程式形式及特點為：兩種以上含有變價元素的反應物→兩種以上含有變價元素的生成物（“多變多”型）。

例如：KClO3+HCl（濃）→Cl2↑+ClO2+KCl+ H2O

（1）變價元素在反應前后有2種以上的化合價。如本例中的Cl元素在反應前后的化合價分別為+5、-1、0、+4價。

（2）變價元素在反應前含在兩種及以上反應物中，而反應后在另外兩種及以上的生成物中，如本例中反應物KClO3和HCl中分別含有Cl元素，反應后Cl2、ClO2和KCl都含有變價元素Cl。

見圖1。

例1 H2O2→H2O+O2↑方程式的配平

（1）判斷。本題中有一種變價元素O，它就是該方程式中的著眼點變價元素，屬于“一變多”型的歧化反應，可用“一雙結合”法配平。

（3）整理檢查。上述方程式中，還原產物和氧化產物前的計量數已經分別確定，此反應產物中沒有非氧化還原產物，通過檢查可知各類元素反應前后原子個數相等。故只需整理計量數即可，即方程式兩邊同乘以2，得到：

2H2O2=2H2O+O2↑[5]。

例2 S+NaOH→Na2S+Na2S2O3+H2O方程式的配平

（1）判斷。本題中有一種變價元素S，它就是該方程式中的著眼點變價元素，屬于“一變多”型的歧化反應，可用“一雙結合”法配平。

再應用化合價升降總數相等進行配平，為了便于配平此處將2S寫為S-S的形式。用雙線橋標出電子轉移：

此時S、Na、H三類元素的原子個數反應前后相等，用O原子反應前后個數是否相等，檢查方程式是否配平。通過檢查可知是相等的。故只需整理計量數即可，方程式兩邊同乘以2，得到：

4S+6NaOH=2Na2S+Na2S2O3+3H2O[6]。

例3 Cl2+K2CO3→KCl+KClO3+CO2方程式的配平

（1）判斷。本題中有一種變價元素Cl，它就是該方程式中的著眼點變價元素，屬于“一變多”型的歧化反應，可用“一雙結合”法配平。

（2）“一雙結合”。方程式右邊KCl、KClO3中Cl原子個數都為1，反應物Cl2中Cl原子個數為2，這樣Cl原子個數已經達到“初始守恒”，為了便于配平，此處將Cl2寫為Cl-Cl的形式，再應用化合價升降總數相等進行配平。用雙線橋標出電子轉移：

要使氧-還原反應中升降電子總數相等，KCl的計量數為5，得失電子總數為5e-，那么“橋”左邊的Cl的計量數也應為5。

（3）整理檢查。上述方程式中，還原產物和氧化產物的計量數已經分別確定，還需要確定非氧化還原反應物K2CO3、非氧化還原產物CO2的計量數，由KCl和KClO3前的計量數可知，K2CO3前配3，再根據反應前后C原子個數相等，CO2前配3，方程式變為：

5Cl-Cl+3K2CO3→5KCl+KClO3+3CO2。

此時Cl、K、C三類元素的原子個數反應前后相等，用O原子反應前后個數檢查方程式是否配平。通過檢查可知是相等的。故只需整理計量數即可，得到：

3Cl2+3K2CO3=5KCl+KClO3+3CO2。

例4 H2S+H2SO3→S↓+H2O方程式的配平

（1）判斷。本題中有一種變價元素S，它就是該方程式中的著眼點變價元素，屬于“多變一”型的歸中反應，S既是氧化產物又是還原產物?？捎谩耙浑p結合”法配平。

（2）“一雙結合”。方程式左邊H2S、H2SO3中S原子個數都為1，生成物S乘以2，使S原子個數達到“初始守恒”，為了便于配平此處將2S寫為S-S的形式，再應用化合價升降總數相等進行配平。用雙線橋標出電子轉移：

要使氧化還原反應中升降電子總數相等，H2S前配2，得失電子總數為4e-，那么“橋”右邊的S-S中氧化產物的S前配2：

（3）整理檢查。上述方程式中，還原劑H2S、氧化劑H2SO3和S的計量數都已確定，根據反應前后H（或O）原子個數相等，H2O前配3，方程式變為：

2H2S+H2SO3→2S-S+3H2O。

此時S、H（或O）兩類元素的原子個數反應前后相等，再用O（或H）原子反應前后個數是否相等，檢查方程式是否配平。通過檢查可知是相等的，故只需整理計量數即可得到：

2H2S+H2SO3=3S↓+3H2O[7]。

例5 HCl+KMnO4→KCl+Cl2+MnCl2+H2O方程式的配平

（1）判斷。本題中有Cl和Mn兩種變價元素，它們就是該方程式中的著眼點變價元素，屬于“多變多”型的有變價元素參與的復雜氧-還反應，從化合價變化分析可知，Cl2是氧化產物，MnCl2是還原產物，對應的還原劑和氧化劑分別是HCl和KMnO4，可用“一雙結合”法配平。

（3）整理檢查。上述方程式中，MnCl2、Cl2、KMnO4、HCl的計量數都已確定，根據反應前后H（或O）原子個數相等，H2O前的計量數為4，方程式變為：

此時S、H（或O）兩類元素的原子個數反應前后相等，再用O（或H）原子反應前后個數是否相等，檢查方程式是否配平。通過檢查可知是相等的，故只需整理計量數即可得到：

16HCl+2KMnO4=2KCl+5Cl2+2MnCl2+8H2O[9]。

例6 KClO3+HCl（濃）→ClO2+Cl2+KCl+H2O方程式的配平

（1）判斷。本題中Cl為變價元素，它是該方程式中的著眼點變價元素，屬于“多變多”型的有變價元素參與的復雜氧-還反應，這里最為關鍵的是確定氧化、還原產物。反應前Cl元素化合價為+5、-1價，反應后為+4、0、-1價，從化學反應化合價不交叉規律可知ClO2是還原產物，Cl2是氧化產物，KCl、H2O是非氧化還原產物，對應的還原劑和氧化劑分別是HCl和KClO3，但HCl除了作還原劑外，還體現酸性，發生復分解反應，生成KCl?？捎谩耙浑p結合”法配平。

（3）整理檢查。上述方程式中，KClO3、Cl2、ClO2的計量數都已確定，根據反應前后K原子個數相等，KCl前配1，從而進一步確定HCl前配2，最后確定H2O前配1，方程式變為：

再用反應前后O原子個數檢查方程式是否配平。通過檢查可知是相等的，故只需整理計量數即可得到：

2KClO3+4HCl（濃）=2ClO2+Cl2+2KCl+2H2O[10]。

配平化學反應方程式看似簡單，其實它是對學生化學知識掌握情況的綜合考量。在配平中如果對反應物質的性質比較熟悉，就能快速判斷參加氧-還反應的氧化劑、還原劑及對應的產物，靈活運用配平方法，而這些都要靠平時學習的積累和總結。

參考文獻：

[1]喻強.初中化學方程式的配平方法[J].初中生之友·學習號，2013，（9）：51.

[2][3]趙燕.無機化學[M].北京：化學工業出版社，2002：95.

[4]高光柱.例談初中化學方程式配平方法[J].現代教育科學：教學研究，2013，（10）：123.

[5]龐錫濤.無機化學（修訂2版）[M].北京：高等教育出版社，1996：78.

[6][7][8][9][10]徐佳寧.無機化學與例題習題[M].北京：高等教育出版社，2005：208～210.