“五步法”配平氧化還原反應(yīng)方程式

劉朗辰

摘 要：氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)是電子的得失或電子對的偏移，其外在表現(xiàn)為化合價的升降，為高效地配平氧化還原反應(yīng)方程式，文章通過對四大類反應(yīng)規(guī)律的分析歸納，從大量實例總結(jié)出了簡單易用的“五步法”，能夠高效地配平中學(xué)階段所有氧化還原反應(yīng)方程式，在此基礎(chǔ)上，可以很方便地分析解決電子轉(zhuǎn)移關(guān)系、氧化還原數(shù)量關(guān)系等深層次難題。

古往今來，在世界各國人民心目中化學(xué)方程式不能主觀臆造，必須符合客觀規(guī)律。氧化還原反應(yīng)是中學(xué)學(xué)習(xí)的重難點，反應(yīng)方程式必須滿足質(zhì)量守恒、得失電子總數(shù)守恒、升降價守恒的配平原則。“五步法”是一種高效可靠的方法，能夠滿足中學(xué)階段所有氧化還原反應(yīng)的配平要求。

①標(biāo)變價：標(biāo)出變價元素的化合價。

②對變量：分別列出變價元素反應(yīng)前后對應(yīng)的升、降價關(guān)系及變化量。對應(yīng)關(guān)系遵守不交叉原則：化合價能不變則不變，若非要變價則變化量最小。

③求公倍：用最小公倍法配平變價元素（系數(shù)配在價態(tài)多的物質(zhì)前），使升降價相等。

④配系數(shù)：用觀察法配平其他物質(zhì)的系數(shù)，配平后，把單線改成等號。

⑤查守恒：檢查方程式兩邊是否“質(zhì)量守恒”和“電荷守恒”。

一、一種元素自身氧化還原

對于僅有一種元素參加的氧化還原反應(yīng)，也稱自身的氧化還原反應(yīng)，可分為歧化反應(yīng)和歸中反應(yīng)。若某個元素的化合價在反應(yīng)中既有上升又有下降就是歧化反應(yīng)（disproportionation reaction），此時氧化作用和還原作用發(fā)生在同一分子內(nèi)部中處于同一氧化態(tài)的元素上，使該元素的原子（或離子）一部分被氧化，另一部分被還原。

例1，配平歧化反應(yīng)：S+KOH—K2S+K2SO3+H2O

S+KOH—K2S+K2SO3+H2O（①標(biāo)變價：標(biāo)出變價元素反應(yīng)前后的化合價）

S+KOH—K2S+K2SO3+H2O（②對變量：不交叉原則，確保化合價變化最小）

3S+KOH—2K2S+K2SO3+H2O（③求公倍：將變價物質(zhì)系數(shù)配在價態(tài)多的前）

3S+6KOH—2K2S+K2SO3+3H2O（④配系數(shù)：配平其他元素）

3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O（⑤查守恒：核查驗算）

歸中反應(yīng)（Comproportionation）指同種元素組成的不同物質(zhì)（可以是單質(zhì)和化合物，也可以是化合物和化合物）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，元素的兩種化合價向中間靠攏的反應(yīng)。即含不同價態(tài)同種元素的物質(zhì)在發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，該元素價態(tài)的變化一定遵循“高價+低價→中間價”的規(guī)律，不會出現(xiàn)交錯現(xiàn)象。歸中反應(yīng)與歧化反應(yīng)相對。

例2，配平歸中反應(yīng)：H2S+H2SO4（濃）—S↓+H2O

H2S+H2SO4（濃）—S↓+H2O（①標(biāo)變價：標(biāo)出變價元素反應(yīng)前后的化合價）

H2S+H2SO4（濃）—S↓+H2O（②對變量：不交叉原則，確保化合價變化最小）

3H2S+H2SO4（濃）=4S↓+4H2O（③求公倍：將變價物質(zhì)系數(shù)配在價態(tài)多的前）

3H2S+H2SO4（濃）=4S↓+4H2O（④配系數(shù)、⑤查守恒）

練習(xí)1：H2S+3H2SO4（濃）= 4SO2+ 4H2O

練習(xí)2：3Cl2+6KOH=5KCl+ KClO3 +3H2O

練習(xí)3：KClO3+6HCl=KCl+ 3Cl2↑ +3H2O

二、兩種元素相互氧化還原

1.氯氣的制備

氯氣的制備是高中階段的重要考點，其中暗含了一個重要的知識點便是使用KMnO4、K2Cr2O7這兩種強氧化劑時，除非是制備氯氣，否則決不能使用鹽酸酸化（因為會產(chǎn)生氯氣，會消耗相當(dāng)一部分氧化劑），只能用硫酸酸化。也不能用硝酸酸化，因為硝酸本身是強氧化劑，若用硝酸去酸化KMnO4、K2Cr2O7，此時反應(yīng)的氧化劑便是硝酸了。

（1）實驗室制氯氣。

KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ Cl2↑ +H2O

KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+Cl2↑ +H2O（①標(biāo)變價）

KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ Cl2↑ +H2O（②對變量：不交叉原則確保變價量最小，依據(jù)右下角標(biāo)大的來確定升降價，否則會出現(xiàn)分?jǐn)?shù)系數(shù)）

2KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ 5Cl2↑ +H2O（③求公倍：將變價物質(zhì)系數(shù)配在價態(tài)多的前）

2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O（④配系數(shù)、⑤查守恒）

（2）無需加熱制氯氣。

K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+Cl2↑ + H2O（①標(biāo)變價）

K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+Cl2↑ +H2O（②對變量：不交叉原則確保化合價變化最小，應(yīng)依據(jù)右下角標(biāo)大的來確定升降價系數(shù)）

K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+3Cl2↑ +H2O（③求公倍：將變價物質(zhì)系數(shù)配在價態(tài)多的前）

K2Cr2O7+14HCl=2KCl+2CrCl3+3Cl2↑+7H2O（④配系數(shù)、⑤查守恒）

2.氮元素變價

（1）測銅相對原子質(zhì)量。高中階段能夠還原CuO的主要有五種物質(zhì)：H2、C、CO、NH3、CH3CH2OH。科學(xué)研究中常用NH3還原CuO來測定銅的近似相對原子質(zhì)量，其反應(yīng)方程式配平過程如下：

NH3+CuO—N2+Cu+H2O

2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O

（2）氯氣管道泄漏。工業(yè)生產(chǎn)過程中常用濃氨水來檢查氯氣管道是否泄漏，其原理是同時利用了氨氣的還原性和堿性，首先是氨氣將泄漏的氯氣還原為氯化氫（體現(xiàn)氨氣的還原性），然后酸性的氯化氫再與堿性的氨氣生成銨鹽（白色煙霧，體現(xiàn)氨氣的堿性），如果發(fā)現(xiàn)有白煙生成，則證明氯氣管道泄漏。