氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)的“軟肋”及重難點(diǎn)突破

廣東

楊鐵初

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)上存在兩個(gè)軟肋：一是物質(zhì)的判斷(包括生成物和反應(yīng)物)，二是方程式的配平。要真正解決這兩個(gè)問(wèn)題，在氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)教學(xué)中，教師必須密切關(guān)注反應(yīng)介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物、生成物的影響，并始終堅(jiān)持定性分析與定量判斷相結(jié)合的原則。

一、問(wèn)題的提出

氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)既是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)，也是高考化學(xué)命題的熱點(diǎn)，同時(shí)又是不少學(xué)生高考的失分點(diǎn)。當(dāng)我們把現(xiàn)行的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)1(必修)》與高考題進(jìn)行對(duì)比分析后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，高考氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)相關(guān)知識(shí)、能力的要求遠(yuǎn)高于《化學(xué)1》(必修)所學(xué)內(nèi)容，但由于必修課時(shí)的限制及此時(shí)文理沒(méi)分科等諸多因素，高一在進(jìn)行“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)時(shí)，一般都按照教材的要求進(jìn)行，因而高中初期的教學(xué)與高考要求不能無(wú)縫對(duì)接，導(dǎo)致學(xué)生在氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)上存在兩個(gè)軟肋：一是物質(zhì)的判斷(最主要是生成物是什么，有些也會(huì)涉及反應(yīng)物有哪些)，這是定性方面的問(wèn)題；二是方程式的配平，這是定量方面的問(wèn)題。

究其原因，一方面是高中教科書(shū)中沒(méi)有提及氧化還原反應(yīng)中的介質(zhì)(即氧化劑、還原劑相互反應(yīng)時(shí)的環(huán)境，通常為酸性、堿性或中性)概念，教師在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中也沒(méi)有很好地貫徹“氧化還原反應(yīng)的介質(zhì)不同，產(chǎn)物也不同”的理念，導(dǎo)致學(xué)生在判斷物質(zhì)和配平時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。另一方面是教師在教學(xué)時(shí)，忽視了從微觀的角度將反應(yīng)的過(guò)程展現(xiàn)在學(xué)生的面前，忽視了將反應(yīng)物、生成物的分析推測(cè)過(guò)程與定性定量相結(jié)合的方法展示出來(lái)，而只是告訴學(xué)生像背誦英語(yǔ)單詞一樣去記憶反應(yīng)的產(chǎn)物，沒(méi)有學(xué)生的主動(dòng)思考、自主探究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)生的學(xué)科思維與學(xué)科方法的訓(xùn)練。

根據(jù)上述分析不難看出，氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)教學(xué)的重難點(diǎn)是：

1.反應(yīng)介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物、生成物的影響。

2.定性分析與定量判斷相結(jié)合配平方程式。

二、重難點(diǎn)突破

1.典型例題分析

【例1】寫(xiě)出次氯酸鈉溶液與硫酸亞鐵溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領(lǐng)】次氯酸鈉具有較強(qiáng)的氧化性，硫酸亞鐵具有較強(qiáng)的還原性，它們反應(yīng)會(huì)得到什么產(chǎn)物？

【學(xué)生分析】根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，硫酸亞鐵會(huì)被氧化為硫酸鐵；次氯酸鈉會(huì)被還原為氯化鈉。

【教師引領(lǐng)】次氯酸鈉變成氯化鈉后，剩下的氧離子會(huì)發(fā)生怎樣的變化？

【學(xué)生分析】在水溶液中，氧離子可能會(huì)與水分子結(jié)合形成氫氧根離子。

【教師引領(lǐng)】形成的氫氧根離子還會(huì)發(fā)生什么變化？

【學(xué)生分析】氫氧根離子會(huì)與硫酸鐵電離產(chǎn)生的鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵。

【教師引領(lǐng)】分析至此，你認(rèn)為反應(yīng)物有哪些？生成物是什么？

【學(xué)生分析】反應(yīng)物有：次氯酸鈉、硫酸亞鐵、水。反應(yīng)的產(chǎn)物一定有：氯化鈉、氫氧化鐵；如果鐵離子沒(méi)有被完全沉淀，還有硫酸鐵；如果鐵離子完全沉淀，還有硫酸鈉。最終的產(chǎn)物有兩種可能：氯化鈉、氫氧化鐵、硫酸鐵；氯化鈉、氫氧化鐵、硫酸鈉。

(2)【定量分析1】

【教師引領(lǐng)】要確立產(chǎn)物是哪種情況，必須進(jìn)行定量分析。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律進(jìn)行分析推斷。

(3)【定量分析2】

【教師引領(lǐng)】確定了反應(yīng)物和生成物以后，就是配平的問(wèn)題。怎樣確定各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)呢？

【例2】寫(xiě)出次氯酸鈉溶液與用硫酸酸化的硫酸亞鐵溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領(lǐng)】變式例題與例題有什么不一樣的地方？

【學(xué)生分析】不同的是反應(yīng)物溶液為酸性。

【教師引領(lǐng)】當(dāng)溶液為酸性后，次氯酸鈉變成氯化鈉后剩下的氧離子會(huì)有什么變化？反應(yīng)物和產(chǎn)物會(huì)有什么不同？

【學(xué)生分析】氧離子不再與水分子結(jié)合形成氫氧根離子，而是與氫離子結(jié)合生成水。所以，反應(yīng)物有：次氯酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸；生成物有：氯化鈉、硫酸鐵、水。

NaClO+FeSO4+H2SO4——NaCl+Fe2(SO4)3+H2O

(2)【定量分析】

【教師引領(lǐng)】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)例題的分析思路，確定各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。

【例3】寫(xiě)出過(guò)氧化氫溶液與碘化鉀溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領(lǐng)】過(guò)氧化氫具有氧化性，碘化鉀具有還原性，它們反應(yīng)會(huì)得到什么產(chǎn)物？

【學(xué)生分析】根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，過(guò)氧化氫中-1價(jià)氧會(huì)被還原為-2價(jià)氧；碘化鉀中-1價(jià)碘會(huì)被氧化為0價(jià)碘，即產(chǎn)物中會(huì)有碘單質(zhì)。

【教師引領(lǐng)】氧離子不可能在溶液中存在，過(guò)氧化氫中被還原得到的-2價(jià)氧離子會(huì)發(fā)生什么變化？分析時(shí)請(qǐng)注意過(guò)氧化氫分子中氫、氧原子的個(gè)數(shù)比。

【學(xué)生分析】過(guò)氧化氫分子中氫、氧原子的個(gè)數(shù)比為1∶1，因此氧離子與過(guò)氧化氫還原后與剩下的氫結(jié)合形成氫氧根離子。

【教師引領(lǐng)】分析至此，你認(rèn)為反應(yīng)的生成物是什么？

【學(xué)生分析】反應(yīng)物就是過(guò)氧化氫和碘化鉀；生成物是碘單質(zhì)和氫氧化鉀。

H2O2+KI——I2+KOH

(2)【定量分析】

【教師引領(lǐng)】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律配平方程式。

【學(xué)生分析】過(guò)氧化氫作氧化劑時(shí)，每摩爾H2O2得到2摩爾電子，碘化鉀作還原劑時(shí)，每摩爾KI失去1摩爾電子，因此反應(yīng)中過(guò)氧化氫與碘化鉀的物質(zhì)的量之比應(yīng)為1∶2。若參加反應(yīng)的過(guò)氧化氫為1摩爾，則參加反應(yīng)的碘化鉀為2摩爾；生成的氫氧根離子為2摩爾，即氫氧化鉀為2摩爾，碘單質(zhì)為1摩爾。

【例4】寫(xiě)出高錳酸鉀溶液與二氧化硫反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(1)【定性分析】

【教師引領(lǐng)】高錳酸鉀具有較強(qiáng)的氧化性，二氧化硫具有較強(qiáng)的還原性，它們反應(yīng)會(huì)得到什么產(chǎn)物？

【學(xué)生分析】根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，高錳酸鉀中+7價(jià)錳往往被還原為+2價(jià)錳；二氧化硫中+4價(jià)硫會(huì)被氧化為+6價(jià)硫。

【教師引領(lǐng)】+6價(jià)硫在溶液中會(huì)以什么形式存在？高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子會(huì)發(fā)生什么變化？

【學(xué)生分析】+6價(jià)硫在溶液中往往以硫酸根離子形式存在，高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子與二氧化硫結(jié)合形成硫酸根離子。

(2)【定量分析1】

【教師引領(lǐng)】接下來(lái)的問(wèn)題就是：二氧化硫能否將高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子全部結(jié)合？這有三種可能，一是能剛好全部結(jié)合；二是不能全部結(jié)合，還有-2價(jià)氧離子剩余；三是高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子不能滿(mǎn)足二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸根離子的需要。到底是哪種情況，必須進(jìn)行定量分析。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律進(jìn)行分析判斷。

【教師引領(lǐng)】分析至此，同學(xué)們知道反應(yīng)物和產(chǎn)物分別有哪些了嗎？

【學(xué)生分析】很明顯，反應(yīng)物有高錳酸鉀、二氧化硫和水。水提供氧離子后剩余氫離子，因此產(chǎn)物有硫酸錳、硫酸鉀以及硫酸。

KMnO4+SO2+H2O——MnSO4+K2SO4+H2SO4

(3)【定量分析2】

【教師引領(lǐng)】確定了反應(yīng)物和生成物以后，就是配平的問(wèn)題。怎樣確定各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)呢？

【學(xué)生分析】根據(jù)上述分析，若參加反應(yīng)的高錳酸鉀為2摩爾，則參加反應(yīng)的二氧化硫?yàn)?摩爾，參加反應(yīng)的水為2摩爾；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成的硫酸錳、硫酸的物質(zhì)的量分別為2摩爾，硫酸鉀的物質(zhì)的量為1摩爾。

2.方法總結(jié)與思維框架構(gòu)建

(1)密切關(guān)注反應(yīng)介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物、生成物的影響

實(shí)際上，氧化還原反應(yīng)的介質(zhì)不同，產(chǎn)物也往往不同。教師必須引導(dǎo)學(xué)生清醒地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。如氧氣、過(guò)氧化物、高錳酸鉀、次氯酸及其鹽等含氧氧化劑反應(yīng)后都會(huì)有-2價(jià)的氧離子生成，而-2價(jià)的氧離子在水溶液中不可能存在，它到底以什么產(chǎn)物存在，就與介質(zhì)有關(guān)：當(dāng)介質(zhì)為酸性溶液時(shí)，-2價(jià)的氧離子與氫離子結(jié)合生成水；當(dāng)介質(zhì)為中性或堿性時(shí)，-2價(jià)的氧離子與溶液中的水結(jié)合生成氫氧根離子。值得注意的是，當(dāng)氧化劑中的氫、氧原子個(gè)數(shù)比為1∶1時(shí)(如過(guò)氧化氫、次氯酸)，則氧化劑自身的氫和氧結(jié)合成氫氧根離子；當(dāng)介質(zhì)為酸性時(shí)，氫氧根與氫離子反應(yīng)生成水；如，二氧化硫、亞硫酸及其鹽等還原劑反應(yīng)后會(huì)有硫酸根離子生成，從二氧化硫、亞硫酸及其鹽變成硫酸根離子，顯然需要從氧化劑中奪取氧，若氧化劑中無(wú)氧或氧不足，那就只能從介質(zhì)中奪取氧。當(dāng)介質(zhì)為中性或酸性時(shí)，則由水提供氧，同時(shí)還生成氫離子；當(dāng)介質(zhì)為堿性時(shí)，則由氫氧根離子提供氧，同時(shí)還生成水(氫氧根可以認(rèn)為是水合氧離子)。

現(xiàn)將相對(duì)較難判斷的常見(jiàn)氧化(還原)劑在不同介質(zhì)中的還原(氧化)產(chǎn)物列于下表中。

常見(jiàn)氧化(還原)劑在不同介質(zhì)中的還原(氧化)產(chǎn)物

(2)始終堅(jiān)持定性分析與定量判斷相結(jié)合

氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物以及反應(yīng)物的判斷，要利用氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律，從定性或定性與定量相結(jié)合的角度加以分析；氧化還原反應(yīng)方程式的配平，要利用反應(yīng)中的守恒規(guī)律(得失電子守恒、質(zhì)量守恒)，從定量的角度加以分析。使學(xué)生從定性與定量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

三、結(jié)語(yǔ)