復(fù)雜氧化還原反應(yīng)方程式配平的特殊方法探討

楊斌

【摘 要】作為高中化學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，氧化還原反應(yīng)主要考察高中生對(duì)不同物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)原理、變化規(guī)律等知識(shí)點(diǎn)的掌握水平，化學(xué)方程式配平也是高中生所應(yīng)掌握的一項(xiàng)基本技能。本文結(jié)合學(xué)習(xí)實(shí)際分析了復(fù)雜氧化還原反應(yīng)的基本特點(diǎn)，并著重探討了物質(zhì)系數(shù)代換法、介質(zhì)分析法、化合價(jià)歸零法等幾種特殊方法在復(fù)雜氧化還原反應(yīng)方程式配平中的具體應(yīng)用，以供參考。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué)；氧化還原反應(yīng)；方程式配平

【中圖分類號(hào)】O6-O641 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1671-8437（2019）04-0026-02

通過對(duì)當(dāng)前階段掌握的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)在高中階段化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中占據(jù)了較大的比重，伴隨當(dāng)前學(xué)習(xí)難度與深度的不斷增加，如今高中生所接觸到的氧化還原反應(yīng)的類型也日趨復(fù)雜，相關(guān)化學(xué)方程式的配平需要涉及到較強(qiáng)的思維跨度，這就對(duì)高中生的化學(xué)思維能力提出了更高的要求。如何有效強(qiáng)化配平技能的鍛煉與提高，值得我們進(jìn)行深入的探討。

1 復(fù)雜氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)分析

在高中化學(xué)階段涉及到諸多種類繁多、形態(tài)復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，其特點(diǎn)也各有差異。從氧化還原反應(yīng)中涵蓋的微粒種類層面進(jìn)行分析，存在氧化劑與還原劑是同種物質(zhì)、兩種物質(zhì)以及多于兩種物質(zhì)等三種類型；從氧化還原反應(yīng)中涵蓋的元素種類層面進(jìn)行分析，涵蓋了一種物質(zhì)中一種元素、同種元素、多種元素的化合價(jià)升降等三種類型[1]。同時(shí)，還有部分氧化還原反應(yīng)方程式中的元素化合價(jià)發(fā)生了變化，但該元素的反應(yīng)式與產(chǎn)物化學(xué)式中所呈現(xiàn)出的原子數(shù)卻各不相同。

如在HClO發(fā)生分解反應(yīng)的化學(xué)方程式中，O元素在反應(yīng)物化學(xué)式中含有1個(gè)原子，卻在產(chǎn)物化學(xué)式中包含2個(gè)原子。諸此種種復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)對(duì)高中生的配平技能掌握水平提出了較高的要求，還需要依據(jù)具體情況運(yùn)用特殊方法解決問題。

2 幾種特殊方法在復(fù)雜氧化還原反應(yīng)方程式配平中的具體應(yīng)用

2.1 物質(zhì)系數(shù)代換法

物質(zhì)系數(shù)代換法的應(yīng)用主要是在化學(xué)方程式中選取任一反應(yīng)物或生成物，將其中一種物質(zhì)前面的系數(shù)設(shè)置為1，將同側(cè)另一種反應(yīng)物或生成物的系數(shù)設(shè)為x，依據(jù)原子守恒定律確保化學(xué)反應(yīng)前后原子總數(shù)不變，進(jìn)而確定其余各物質(zhì)前的系數(shù)值。以C2H2與氧氣的氧化還原反應(yīng)為例，運(yùn)用物質(zhì)系數(shù)代換法后其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

由于C2H2在反應(yīng)前系數(shù)為1、包含2個(gè)氫原子，由此可推斷出反應(yīng)后所生成物質(zhì)中也應(yīng)當(dāng)包含2個(gè)氫原子，進(jìn)而推斷出H2O、CO2的化學(xué)計(jì)量數(shù)分別為1、2。

然后進(jìn)行x值的計(jì)算，通過觀察化學(xué)式可以得出有2x個(gè)氧原子參與了化學(xué)反應(yīng)，因此反應(yīng)生成物中包含的氧原子數(shù)量也應(yīng)當(dāng)為2x，而H2O、CO2中分別包含1、2個(gè)氧原子，基于原子守恒原則可以推斷出反應(yīng)后也應(yīng)當(dāng)包含2x個(gè)氧原子，則可以得出等式：2x=1+2×2=2.5。由此可以判斷x的值為2.5，進(jìn)而將x值放入方程式中進(jìn)行代換。由于化學(xué)方程式配平要求系數(shù)取整數(shù)值，因此還需要將O2前的系數(shù)2.5進(jìn)行整數(shù)化轉(zhuǎn)換，將化學(xué)方程式中各物質(zhì)系數(shù)乘以2，便可以得出最終配平結(jié)果為：

最后，還應(yīng)當(dāng)依據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行原子個(gè)數(shù)的檢查，確保反應(yīng)前后原子個(gè)數(shù)相等則可以證明方程式得到配平。

2.2 介質(zhì)分析法

在許多復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)中存在一些特殊的反應(yīng)物，這類介質(zhì)的元素化合價(jià)始終保持一致，當(dāng)我們?cè)谂淦竭@類化學(xué)方程式時(shí)需要格外注重此類介質(zhì)與氧化劑、還原劑的區(qū)分。

一方面可以利用分拆法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)存在氧化劑充當(dāng)介質(zhì)時(shí)，如銅和硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，此處硫酸既充當(dāng)氧化還原反應(yīng)中的氧化劑，又同時(shí)充當(dāng)反應(yīng)中的酸性介質(zhì)，由此可以將原有的化學(xué)方程式拆分為：

其中針對(duì)CuCuSO4得出的計(jì)算結(jié)果為

（0-2）=-2，-2×1=-2，針對(duì)H2SO4SO2得出的計(jì)算結(jié)果

為（6-4）=+2，2×1=+2，進(jìn)而將系數(shù)帶入到方程式中并將其合并后可以得出：

另一方面還可以借助缺項(xiàng)配平法進(jìn)行計(jì)算，通常在某些復(fù)雜氧化還原反應(yīng)中，介質(zhì)的酸堿性會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致反應(yīng)生成物呈現(xiàn)出缺項(xiàng)的狀態(tài)，如高錳酸鉀作為氧化劑，在強(qiáng)酸性介質(zhì)中會(huì)被還原成Mn2+，在近中性介質(zhì)中會(huì)生成MnO2，在強(qiáng)堿性介質(zhì)中會(huì)生成MnO42-。對(duì)于這類反應(yīng)可以依照“酸中出水，堿中出水；水中出酸，水中出堿”的規(guī)律進(jìn)行配平[2]。如針對(duì)以下方程式進(jìn)行填充物質(zhì)的判斷：

通過觀察方程式可以發(fā)現(xiàn)Mn元素在反應(yīng)中化學(xué)價(jià)由+7價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)?2價(jià)，依據(jù)介質(zhì)產(chǎn)物規(guī)律可以基本判斷出該反應(yīng)的介質(zhì)種類為酸性介質(zhì)，再依據(jù)方程式中所出現(xiàn)的元素種類進(jìn)行判斷，則可以判斷出填充物質(zhì)可能是H2SO4、KHSO4、NaHSO4中的某一種，以H2SO4為例，其反應(yīng)方程

式為：

其中Mn：（7-2）=5、5×2=+10，

S：（4-6）=-2、-2×5=-10，由此可以推導(dǎo)出其配平式為：

同理可推導(dǎo)出其余兩種填充物質(zhì)的配平式為：

2.3 化合價(jià)歸零法

以復(fù)雜無機(jī)氧化還原反應(yīng)為例，其方程式為：

首先可以設(shè)As2S3的系數(shù)為1，其中As、S兩種元素的化合價(jià)為0，基于原子守恒定律進(jìn)行H3ASO4與H2SO4系數(shù)的配平，其結(jié)果為：

接下來進(jìn)行具體分析，由于H3AsO4中As元素的化合價(jià)為+5、H2SO4中S元素的化合價(jià)為+6，由此可以計(jì)算出As2S3在反應(yīng)中失去的電子數(shù)為2×5+3×6=28，其中Cl2在轉(zhuǎn)化為HCl的過程中得到了2個(gè)電子，基于電子得失守恒原則可以判斷出Cl2的系數(shù)為28÷2=14，HCl的系數(shù)為28，H2O的系數(shù)為20，最終可以得出配平方程式為：

總而言之，在當(dāng)前高中化學(xué)學(xué)習(xí)的過程中，不同學(xué)習(xí)階段都會(huì)面臨著不同復(fù)雜程度的氧化還原反應(yīng)，對(duì)高中生的方程式配平技能提出了更高的要求。要想切實(shí)提高高中生對(duì)化學(xué)反應(yīng)方程式配平技能的掌握水平，還應(yīng)當(dāng)注重加強(qiáng)在陌生學(xué)習(xí)情境下特殊信息的收集與分析工作，逐步建立對(duì)基準(zhǔn)物質(zhì)、化合價(jià)變化守恒關(guān)系的正確認(rèn)知，從而有效形成自動(dòng)化、程序化配平思維，進(jìn)一步促進(jìn)化學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]麥裕華.高中化學(xué)氧化還原反應(yīng)方程式配平技能學(xué)習(xí)進(jìn)階的探討[J].化學(xué)教育，2014（17）.

[2]萬景民.配平氧化還原反應(yīng)方程式的一種新方法——“分合法”[J].高考，2013（2）.