選擇身份單一物質為基準快速配平氧化還原反應

霍本斌

摘要：在分析已有氧化還原反應配平方法的基礎上提出了選擇身份單一物質為配平基準的氧化還原反應配平方法。該法包括 “標價連橋、選定對象、確定系數、配平其他”四個基本環節。前三個環節是為了配平氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物的化學計量系數，最后一個則是為了完善整個方程式的配平。并通過幾個典型的案例說明了該法的操作技巧。

關鍵詞：選擇身份單一物質；氧化還原反應配平；解題方法

文章編號：1005–6629（2016）4–0084–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

氧化還原反應的配平既是中學化學教學的重難點，也是高考命題的常考點之一。如何快捷有效地幫助學生掌握氧化還原反應的配平技巧，有的研究者針對某一類氧化還原反應的配平進行了深入研究和教學實踐，形成了一些比較適用而獨特的配平方法。如零價配平法[1，2]、虛擬化合價法[3]、基團化合價標定法[4]、整體歸一法和平均化合價法[5]、元素消去法[6]等；也有的還對氧化還原反應方程式的配平技能如何進階進行了深入研究[7]，以幫助學生由易到難，逐步掌握各種類型的氧化還原反應的配平等。已有的研究文獻主要停留在針對某一類或某幾類特殊的氧化還原反應的配平，其研究成果雖然能夠在一定程度上幫助學生解決某一類或某幾類氧化還原反應的配平，但是，由于氧化還原反應類型較多，每一類配平都要采用不同的方法，這無疑加大了學生記憶和理解的難度，不利于學生在較短的時間內掌握知識和技能。為了降低學習氧化還原反應配平的難度，筆者在研究已有文獻的基礎上提出選擇身份單一物質為配平基準的氧化還原反應配平方法，并在教學中進行充分實踐。經實踐表明：該法便于學生理解氧化還原反應的配平，且效果較好。現將此法歸納總結如下，與各位同仁分享。

1 配平步驟或操作要點

選擇單一物質為基準的氧化還原反應配平方法的基本步驟如下：

1.1 標價連橋

根據元素化合價（或氧化數）確定的基本原則，確定氧化還原反應中的變價元素，并用線橋連接同一元素的不同價態，得到兩個橋。即得電子橋和失電子橋。

1.2 選定對象

選定氧化還原反應配平的起始對象是配平氧化還原反應的關鍵所在。在氧化還原反應配平時，應選擇身份單一（或同時含有兩種及其以上變價元素）的物質作為配平對象。這里的身份單一是指只作氧化劑、還原劑、氧化產物或還原產物的物質。原則上既是氧化劑又是還原劑，既是氧化產物又是還原產物，既表現酸性又表現氧化性（或還原性）的物質不能作為配平的起始對象。

1.3 確定系數

根據氧化還原反應的本質——得失電子守恒（或氧化還原反應的特征——化合價升降相等），結合選定的配平對象，找出變價元素的化合價變化情況，最后利用求最小公倍數法確定配平對象的系數。

1.4 配平其他

根據質量守恒定律，以選定的配平對象為依據，通過觀察法，先配平其他含有變價元素的物質的化學計量系數，再配平不含變價元素的剩余物質的化學計量系數，即得到配平的氧化還原反應方程式。

2 運用實例

例1 配平反應方程式：

（2）選定對象：選擇身份單一的FeS2和O2為配平對象。

（3）確定系數：根據化合價升降相等，對化合價變化分析如下：

即方程式中FeS2和O2的化學計量系數分別為4、11。

（4）配平其他：根據Fe、S原子守恒配平Fe2O3和SO2的化學計量系數得：4FeS2+11O2= 2Fe2O3+8SO2。

本例中1個O2分子的兩個氧原子的化合價均從0降低到-2價，在處理時需要整體計算，每一個O2分子得到4個電子。在配平過程中，準確計算一個參照物“分子”得失電子的總數是整個方法的核心步驟。

例2 配平反應方程式：

Fe3C+HNO3——Fe（NO3）3+NO2+CO2+H2O

（1）標價連橋：對于不能準確判斷元素化合價的物質，可以采用“零價法”將組成元素的化合價都確定為0價。本題標價連橋分析如下：

（2）選定對象：失電子橋選擇Fe3C為配平對象，得電子橋選用NO2為配平對象。（注：HNO3具有雙重身份，具有酸性和氧化性，不能作配平對象。）

（3）確定系數：結合選定配平對象，化合價變化分析如下：

由此確定方程式中Fe3C和NO2的化學計量系數分別為1和13。

（4）配平其他：根據變價原子（Fe、C）守恒確定Fe（NO3）3、CO2的化學計量系數分別為3、1。再由N原子守恒確定HNO3的化學計量系數為22，H原子守恒確定H2O的系數為11。于是得到配平的反應方程式為：Fe3C+22HNO3=3Fe（NO3）3+13NO2↑+CO2↑+11H2O。

本例進一步說明了復雜的氧化還原反應也可以輕松使用該法進行配平。

復雜的無機氧化還原反應能夠通過選擇身份單一的對象為配平基準快速配平，那么，有機氧化還原反應又能否通過此法配平呢？讓我們一起分析例3。

對于有機氧化還原反應中，有機物中碳元素的化合價通常采用整體標價的方法進行確定。為此，應將有機反應的有機物由結構式改寫成分子式后再進行分析。于是上述反應可以改寫為：

C7H8+KMnO4+H2SO4—C7H6O2+K2SO4+MnSO4+H2O

針對這一反應的配平分析如下：

（1）標價連橋：C7H8中碳元素的化合價標定為[C7]-8價，C7H6O2中碳元素的化合價標定為[C7]-2價（依據有機物中H顯+1價、O顯-2價確定）。則有：

（2）選定對象：由于兩個線橋連接的物質的身份都是唯一的，選定配平對象時，可選擇任一物質。在這里筆者選擇C7H8和KMnO4為配平對象進行后續分析。

（3）確定系數：結合選定配平對象，作化合價變化分析如下：

由此，可確定C7H8和KMnO4的化學計量系數分別為5、6。

綜上所述，選擇身份單一物質為配平基準的氧化還原反應的配平需要關注兩個問題：一是化合價變化總數的確定（或得失電子總數的確定）；二是各物質化學計量系數的確定。這種方法概括起來，就是“在以化合價升降相等的前提下，尋找唯一身份對象作為配平氧化還原反應的關鍵物質去配平氧化還原反應的方法”。操作步驟中的前三步（即標價連橋、選定對象、確定系數）是為了配平氧化還原反應中的某些物質（即氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物）的化學計量系數，最后一步（即配平其他）則是為了完善整個方程式的配平。靈活掌握這一方法，有助于我們在學習中減少記憶量，快速提取氧化還原反應知識，配平反應方程式。

參考文獻：

[1]黃紅妹.零價法配平氧化還原反應方程式[J].化學教學，1995，（2）：45～46.

[2]趙菁，華祺年，杜萍，杜建華.巧用“零價配平法”配平氧化還原反應方程式[J].化學教學，2012，（9）：68～70.

[3]鐘汝永.虛擬化合價法配平氧化還原反應方程式[J].化學教學，2013，（5）：68～69.

[4]吳孫富.基團化合價標定法配平有機氧化還原反應方程式[J].化學教學，2014，（3）：71～73.

[5]沈永紅.巧用“整體歸一法”和“平均化合價法”配平氧化還原反應方程式[J].中學化學教學參考，2014，（8）：52～53.

[6]徐瓏迪.元素消去法配平氧化還原反應方程式[J].化學教學，2015，（10）：88～90.

[7]麥裕華.高中化學氧化還原反應方程式配平技能學習進階的探討[J].化學教育，2014，（17）：20～23.

[8]呂素芝.突破氧化還原反應方程式的配平[J].中學化學教學參考，2014，（12）：70.