淺談氧化還原反應中電子守恒原理的應用

杜可心

【摘要】任何化學反應都遵循電子守恒定律，只是只有氧化還原反應有電子的得失，從而可以直觀地看出電子守衡，而其他反應電子不得失，所以不強調電子的得失，你只要相信——物質不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，電子也一樣。

【關鍵詞】氧化還原；反應；電子；守恒

【中圖分類號】G634.8 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）31-0273-02

在氧化還原反應中遵循電子守恒，即氧化劑得到的電子的物質的量（或個數(shù)）等于還原劑失去的電子的物質的量（或個數(shù)）。若將電子守恒規(guī)律應用來解題，可以大大簡化我們的計算過程，收到事半功倍的效果。

一、金屬與硝酸的氧化還原反應

在金屬與硝酸的反應中，若硝酸為濃的，還原產(chǎn)物一般為N02，而硝酸是稀的，一般為N0；金屬一般顯示意高價。然而，隨著金屬的不同，硝酸的濃度不同，反應后的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物就可能不同。這樣，在解題中就會出現(xiàn)很大困難。但若能應用得失電子守恒方法（即得電子數(shù)等于失電子數(shù)），難題也會迎刃而解，起到事半功倍的效果。

例1：14g鐵粉全部溶于某稀HNO3中，恰好完全反應放出NO氣體后得到溶液1L，稱量所得溶液，發(fā)現(xiàn)比原稀HNO3增重8g。

求：①所得溶液中金屬離子物質的量濃度

②原稀HNO3的物質的量濃度（溶液體積變化忽略不計）

分析：由于此題只知還原產(chǎn)物，不知氧化產(chǎn)物，所以必須先確定生成幾價鐵。

例2：mg鐵屑和含有ngHNO3的溶液恰好完全反應，若m：n=1：2：7。寫出此反應的化學程式（假定還原產(chǎn)物只一種）。分析：此題既不知道氧化產(chǎn)物（即生成幾價鐵），也不知道還原產(chǎn)物（即生成幾價氮），由于還原產(chǎn)物相對復雜，故應先確定氧化產(chǎn)物。

金屬與硝酸反解：n（Fe）：n（HNO3）若生成Fe（NO3）3，則5molFe能結合15molNO3，故HNO3不足，因此只生成Fe（NO3）2，則生成Fe（NO3）2所耗HNO3為：12mol-10mol=2mo1。設還原產(chǎn)物中，氮元素化合價為n，應用得失電子守恒得：5molx2=2mo1x（5一n），解得：n=0，所以還原產(chǎn)物為NO2。所以化學方程為：5Fe+12HNO3=5Fe（NO3）+N2↑+6H20。從以上例題可以看出金屬與硝酸反應，產(chǎn)物復雜，難度較大。但若能應用守恒法等，題目也就變得較簡單，做起來得心應手；并可以擴大學習視野，提高學習化學興趣。

二、利用電子守恒法“方程式配平“中的應用

氧化還原方程式配平可以利用五個字來描述：“標、等、定、平、查”。其中“等”和“查”都要用到得失電子守恒法。無論是正向配平、逆向配平還是綜合配平，關鍵是要找準“研究對象”，然后結合“電子守恒法”就能簡單、快捷地解決問題。

例1：配平下列氧化還原方程式

1.NH3+O2→NO+H2O分析標價NH3中N：-3→+2↑NH3失5e-

O2中0：0→-2↓O2得2e-x2=4e-

根據(jù)“守恒法”，則NH3與O2的化學計量數(shù)之比為4：5，再利用“觀察法”進行配平，就可得：

4NH3+SO2=4NO+6H20

2.P+CuSO4+H20→Cu3P+H3P04+H2S04

分析標價即所選擇的研究對象為Cu3P和H3P04，則可以表示為：

Cu3P中，Cu：+2→+1↓得e-x3=3e-，P：0→-3↓得3e-

Cu3P共得3e-+3e-=6e-

H3P04中P：0→+5↑H3P04失5e-根據(jù)“守恒法”，則Cu3P和H3P04的化學計量數(shù)之比為5：6，再利用“觀察法”進行配平，就可得：

11P+15CuS04+24H20=5Cu3P+6H3PO4+15H2S04

三、氧化還原反應電子守恒在“電化學”中的應用

電化學的實質就是電子的定向移動，這其中正負兩極（或者陰陽兩極）得失電子總數(shù)相等，據(jù)此原理就可以計算相關的問題。

例1石墨做電極，電解R（N03）溶液，陽極放出氣體560mL（標準狀況下），陰極析出mg金屬R，試求R的相對原子質量。

分析根據(jù)題意可得，電解池的電極反應：

陰極：Rx++xe-=R

陽極：4OH-一4e-=O2↑+2H2O

根據(jù)“電子守恒法”，則有：mg/M×X=，解得

M=10mxg/mol，故R的相對原子質量為10mx。

四、氧化反應電子守恒法在“綜合計算“中的應用

氧化還原計算需要與質量守恒、原子守恒、元素守恒和電荷守恒中的一種或幾種來進行共同攻克，才能實現(xiàn)對問題的解決。

例：一定質量的由氧化銅、氧化鐵和鐵粉組成的混合粉末，與100mL4.4mol/L的鹽酸恰好完全反應，得到896mL氣體（標準狀況下），假如反應后的溶液中只有HCl和FeCl2，還有1.28g固體，將溶液加水稀釋到320mL，得出此時溶液中鹽酸的物質的量濃度為0.25mol/L，試求混合物中各物質的質量。

分析這是一道綜合性的題，其中所涉及到的方程式比較多，需要學生審清題意，明確各個量之間的關系，從而找出問題解決的突破口。

因為溶液中有鹽酸剩余，故溶液中的固體只能是金屬銅，故可以得出：

設混合物粉末中鐵的物質的量為Xmol，氧化

鐵的物質的量為ymol。

在此過程中有：Fe：0→+2↑失電子：2xmol

根據(jù)“電子守恒法”可得：

m（Fe）=5.6g

m（Fe2O3）=6.4g

五、總結

由此可見“電子守恒法”的應用簡化了過程，避免了對眾多方程式之間的關系分析，使得過程變得清晰明了。涉及氧化還原反應的計算問題，其核心就是利用得失電子的物質的量守恒來建立等式，因此，準確找到氧化劑和還原劑得失電子的數(shù)目，并利用好總結出的公式是解這類問題的關鍵.得失電子守恒的規(guī)律是我們解氧化還原反應計算題的一把鑰匙，巧妙地運用電子守恒法可以快速準確地解決問題，提高我們多視角分析問題、解決問題的能力。