半反应配平快速准确解决氧化还原反应和电极反应式等未知反应的书写

丁赤

随着新课程改革的进行，高考化学试题中电化学电极反应式的书写、未知方程式的书写，都对学生的基本功和综合素质都提出了较高的要求，要求学生能够全面理解反应发生的条件、反应所处的环境、是否存在杂质及杂质可能起到的作用、各种微粒的存在形式、能否共存，如何确认反应物和生成物。学生做这类习题时总因为各种各样的原因功亏一篑，造成失分。

解决此类习题的第一步先要根据物质分类熟悉常见化学元素、常见元素的常见价态及常见价态对应的常见微粒。熟悉常见微粒的基本性质，了解常见微粒的转化过程，形成基本的半反应书写，如：SO32-→ SO42-—2e-;NO3-→ NO—3e-;ClO-→ Cl-—2e-;MnO4-→ Mn2+—5e-;H2O2→O2—2e-;SO2→SO42-—2e-;等。在这些半反应中，只需要根据得失电子守恒和元素原子个数守恒，配平变价元素即可，即写出只含变价元素的反应物和生成物及相应的得失电子情况。若书写电极反应式时，将得失电子情况写到反应物即可，如：Fe -2e-→ Fe2+;2H+ + 2e- =H2;

一、基本半反应书写对于简单的氧化还原配平可以方便的得出结论

例题1：2012年高考理综卷26题的第（3）小题，FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为___;

解析：由①Fe3+→Fe2+—e-及②2I- →I2—2e- 两个半反应，根据得失电子守恒，只需要让①×2再与②式相加得总反应方程式，2Fe3++2I-=2Fe2++I2;了解基本的半反应书写，书写非常方便直观。

二、存在氢氧元素的配平问题——即反应所处环境的问题（一般氢氧元素不参与氧化还原）

首先从水溶液的酸碱性环境得出可能缺项为H+和H2O或者OH-和H2O两组微粒，如果反应环境为酸性环境，则利用氧元素的元素守恒配平——那边缺氧哪边补水，缺几个氧补几个水，另外一边根据氢氧元素守恒配水;

例题2：2011年高考理综化学27题的第⑸问：直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极反应为：____。

解析：半反应为CH3OH–6e-→ CO2，氢氧元素不平，反应环境为酸性环境，左边缺一个氧，补一个水，右边根据氢元素守恒补6个H+，得出CH3OH–6e-+H2O=CO2+6H+，能够快速准确的得出结论;

如果反应环境为碱性环境，则利用电荷守恒配平——哪边缺几个负电荷哪边补几个OH-，另外一边根据根据氢氧元素守恒配水。

例题3：如书写金属铝在氢氧化钠溶液中的离子反应方程式_______。

解析：由半反应①Al→AlO2-—3e- ②2H2O→H2—2e-，让①×2再与②×3相加既可以得到满足得失电子守恒的总反应式，2Al+6H2O—2AlO2-+3H2，氢氧元素不平，按照电荷守恒左边补兩个OH-，右边根据氢氧元素守恒配四个水，合并同类项约掉四个水，得总反应方程式：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑;

例题4：2012年海南化学卷第16题，新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氧化钠溶液电解实验，如图所示，

回答下列问题：（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为_____。

解析：正极反应不用多说，负极反应如果用总反应进行加减得到，有些同学总容易出现错误，那么由半反应为CH4—8e-→CO32-因为氢氧元素不平，根据反应环境为碱性环境，左边缺十个负电荷，补十个OH-，右边根据氢元素守恒补七个H2O，得出CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

三、根据半反应得出的总反应方程式还会存在离子之间能否共存的问题

例题5：2012年高考理综化学26题的第（4）小题：高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为______。

解析：根据半反应①Fe3+→FeO42- —3e-，②ClO-→Cl-—2e-，让①×2再与②×3相加得满足得失电子守恒的总反应式，2Fe3++3ClO-→2FeO42-+3Cl-，因为氢氧元素不平，所以按照电荷守恒左边补十个OH-，右边根据氢氧元素守恒配五个水，得出总方程式：2Fe3++3ClO-+10OH-→2FeO42-+3Cl-+5H2O，观察发现Fe3+与OH-不能共存，所以写出最后的总方程式：Fe（OH）3 +3ClO-+4OH-=2FeO42-+5H2O+3Cl-。

例题6：2012年高考理综化学26题的第（4）小题：与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为______。

解析：由半反应FeO42- +3e-→Fe3+，因为氢氧元素不平，所以按照电荷守恒右边补八个OH-，左边根据氢氧元素守恒配四个水，然后按照离子共存，得出总反应方程式：FeO42-+3e-+4H2O= Fe（OH）3+5OH-。

再下面一问：该电池总反应的离子方程式为_____。

解析：由两个半反应①FeO42-+3e-→Fe3+，②Zn-2e-=Zn2+，让①×2再与②×3相加既可以得到满足得失电子守恒的总反应式，2FeO42-+3Zn→2Fe3++ 3Zn2+，氢氧元素不平，按照电荷守恒右边补十六个OH-，左边根据氢氧元素守恒配八个水，再按照离子共存，得总反应方程式：2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe（OH）3 +3Zn（OH）3+4OH-。

综上所述，利用半反应配平可以快速准确的解决氧化还原反应方程式的书写和电化学中的电极反应的书写，快速提高学生的解题能力，对该方法的使用过程总结如下：（1）复习元素化合物，熟悉常见元素的不同价态微粒之间的转化关系，即基本的半反应书写。（2）在实际解题过程中，根据题意，仔细观察，写出所需要的半反应。（3）根据得失电子守恒进行半反应的加和，得出满足得失电子守恒的总反应式。（4）若氢氧元素不守恒，观察反应环境是酸性使用H+和H2O，或者碱性使用OH-和H2O进行元素守恒和电荷守恒的配平。（5）观察书写出的离子总反应式，观察各微粒之间是否存在共存问题，从而修改微粒的存在形式以完成书写。利用这个方法，在教学过程和学生的使用过程中学生都极少出错，并且本方法重在基础，让学生了解元素化合物的常见微粒间的转化，大大提高学生的综合能力。