构建化合价升降法配平方法体系初探

李顺友

一、为什么要构建化合价升降法配平方法体系

高考对“氧化还原反应方程式配平”提出明确的考查要求，书写氧化还原反应方程式成为一项考查热点。化合价升降法是常用的配平氧化还原反应方程式的一种重要方法。教学实践表明，学生要熟练正确地使用化合价升降法配平类型各异、复杂多变的氧化还原反应方程式，仅凭教材提供的配平原则与基本步骤是远远不够的，还需要补充学习多种配平方法，如顺向配平法、逆向配平法、组合法、折分法、零价配平法等等。而教师补充的多种配平方法往往是围绕配平过程中遇到的各种难题，仅从氧化还原反应方程式外表形式的异同归纳出的解决方法，因此这些方法属于经验性方法。这些方法由于彼此间缺乏联系，显得零碎，缺乏概括化与系统化，导致化合价升降法这种配平方法的整体适用性受到极大的限制。同时使这些本应蕴含丰富道理的方法变成了一个个不讲理的硬性规定，造成学生学习时只能被动机械地接受，难以做到理解性认同，运用时学生易生搬硬套，难以做到灵活机动。由于这些配平方法属于经验性的，必然受到经验的制约，在实际配平过程中，学生遇到素未谋面的新类型时常会束手无策，不能创造性地加以解决，因此有必要对教师补充的各种经验性配平方法所涉及的配平问题进行深层探究，从各种配平问题解决方法的内在本质联系角度去揭示规律性配平方法，构建较为完善的化合价升降法配平方法体系，从而达成极大地提升化合价升降法的配平能力。

二、怎样构建化合价升降法配平方法体系

经探究，笔者认为，较为完善的化合价升降法配平方法体系应有两个部分组成：第一部分为化合价升降法原有内容，即配平的原则与基本步骤；第二部分为化合价升降法新增内容，即“四点补充”（详见后文）。现将本人对化合价升降法原有内容的粗浅认识以及化合价升降法新增内容分别介绍如下。

（一） 对化合价升降法原有内容的认识

配平的原则与基本步骤是化合价升降法的基本内容，配平的基本步骤是根据配平原则编制而成，也是后续教学中深入揭示较为复杂带有规律性配平步骤的基础。

“化合价升降法的方法组成及其比较”见表1。

通过列表分析、比较，对化合价升降法将有一个较为清晰、粗略的整体认识。

（二） 化合价升降法新增内容——“四点补充”

如果对教师补充的多种配平方法所解决的问题进行归纳，将发现所涉及的问题主要有三个：（1）价变元素的下标在哪些情形下要考虑，又在哪些情形下不要考虑？（2）如何将复杂的“二升一降或一升二降”型转化为基本的“一升一降”型？（3）一次性配定物质的化学计量数应遵循怎样的配平顺序？笔者认为，要成功地解决上述一系列的问题，顺利配平各种类型的氧化还原反应方程式，化合价升降法在理论上还应补充以下重要内容。

1. 物质分类的三个层次

在氧化还原反应中，根据配平需要，物质可分为三个层次。首先，在整个反应中，可依据所含元素化合价在反应前后是否发生变化，将物质分为两类，有变化的为参加氧化还原反应的物质，没有变化的则为没有参加氧化还原反应的物质；其次，在参加氧化还原反应的物质中，可依据在反应中具有的身份（或作用）的种数，将物质进一步分类，凡在反应中只具有一种身份（或作用）的物质为单一性物质，有两种身份（或作用）的物质则为双重性物质；最后，在具有单一性物质中，物质还可依据其对应的一个“分子”整体，是否作为计算元素化合价变化值的起算标准即基准进行分类，是为基准物质，不是为非基准物质。基准物质可为反应物或生成物。很明显，物质分类三个层次的范围由大到小。揭示物质分类的三个层次是进一步揭示基准类型及其选择方法和一次性配定化学计量数顺序规律两个关键性理论内容的突破口和基础。

2. 基准的类型及其选择方法

列出元素化合价的变化是配平的第二步。大家知道，元素化合价变化值的多少跟用来计算的原子数存在匹配关系，因此计算元素化合价变化值时必须指明起算的标准。经研究发现，基准有两种类型。绝大多数情形时，基准应用一个原子；某些特殊情形时，基准须用一个“分子”（即价变元素的下标要算上）。基准须用一个“分子”时，对应基准物质一般必须同时满足下列两个条件：首先该物质须有单一性，其次须是下列常见基本类型之一：（1）所含价变元素下标为偶数；（2）价变元素平均化合价为分数；（3）同时含有化合价同向变化的两种元素。至于其他复杂类型的基准物质，可运用对应基本类型确定方法的本质思想灵活确定。

3. 一次性配定化学计量数的规律性顺序

氧化还原反应方程式中各物质化学计量数的配定顺序，既不是随意确定，也不是只凭经验，而是存在一定的客观规律性。这种一次性配定化学计量数顺序的规律可概括为“三先三后”。具体内容为：（1）对于整个反应而言，参加氧化还原反应的物质先配，没有参加氧化还原反应的物质后配；（2）在参加氧化还原反应的物质中，单一性物质先配，双重性物质后配；（3）在参与氧化（或还原）反应的单一性物质中，基准物质先配，非基准物质后配。与所有规律性知识一样，具体应用时还应讲究灵活，切忌生搬硬套。

4. 两个数字的化学意义

经研究发现，配平书写格式中箭号上（或下）方两个数字的化学意义与计算元素化合价变化值的基准类型有着对应的联系。基准若用一个原子，则第一个数字表示一个原子发生化合价变化的数值，第二个数字表示发生对应化合价变化的原子数；基准若为一个“分子”，则第一个数字表示一个基准物质“分子”中所含元素化合价变化的数值，第二个数字表示对应基准物质的“分子”数。

以上是给化合价升降法方法体系在理论上的四点补充，是笔者在配平中学化学里出现的大量各类氧化还原反应方程式的过程中逐步归纳或抽象概括而成的，是配平基本步骤中关键性第二、三两步的具体化、规律化，具有很强的可操作性。加上原有的配平原则与基本步骤，已初步形成比较完善的化合价升降法方法体系，为在教学中帮助学生突破配平难点，基本扫清了配平方法在理论上的障碍。

三、化合价升降法配平方法应用举例与生成缘由

【简析】在此反应中，参加氧化反应的Cu（只做还原剂）和Cu（NO3）2（只做氧化产物）都具有单一性，因此两者均可先配；而参加还原反应的HNO3和 NO，由于HNO3（既做氧化剂又起酸的作用）具有双重性，NO（只做还原产物）具有单一性，因此NO先配HNO3后配，且HNO3须在Cu（NO3）2 和NO的化学计量数均已配定后，才能一次性配定。

【缘由】参加氧化还原反应物质身份（或作用）的种数与化学计量数之间存在着对应联系。物质有一种身份必然就有一个相对应的化学计量数，因此具有单一性物质都可一次性配定；而具有双重性物质的化学计量数（即总化学计量数）应在两种身份的化学计量数都配好后才能确定，因此具有双重性物质的一次性配定须后配。

【简析】在此反应中，参加氧化反应的As2O3和H3AsO4 都具有单一性，但由于As2O3中所含价变元素砷的下标为偶数，所以As2O3是基准物质，H3AsO4 是非基准物质，这样与化合价升高对应的两个数字中，因第一个数字4（=2×2）表示1个As2O3分子中砷元素化合价升高4价，则第二数字3就表示As2O3 参加反应的分子数，而不是H3AsO4 的分子数，从而决定了这一对物质在配平时，自然应先配As2O3 （基准物质）后配H3AsO4（非基准物质）。配平结果为：

【缘由】含价变元素下标为偶数的单一性物质，基准用一个原子直接配出的化学计量数大多为分数，需调整为整数，比较麻烦；而基准用一个“分子”配出的化学计量数可达到一次性全为整数，与基准用一个原子配出的化学计量数出现分数调整后的结果相同。由此可以得到一条重要结论：在遇到含价变元素下标为偶数的单一性物质时，计算所含元素化合价变化值的基准用一个“分子”比一个原子好。

【简析】在Fe3O4中，铁元素平均化合价为+，是分数。又因Fe3O4（只做氧化产物）具有单一性，因此铁元素化合价升高值的计算基准应为一个Fe3O4“分子”。一个Fe3O4“分子”中铁元素化合价升高（×3）或8价，是整数；氢元素化合价的降低值应以一个H2O（或H2 ）分子为基准计算，则为降2价。最后配平结果为：

【缘由】求算分数与整数间最小公倍数比较烦琐，而求算整数间最小公倍数则比较简便。将铁元素化合价的升高值计算基准由一个铁原子扩大为一个Fe3O4“分子”，能使铁元素化合价的升高值不为分数而是整数，从而方便求算最小公倍数。

【简析】此反应中Fe、S两种元素的化合价同时升高，但来源于同一种现存的反应物FeS2，又因FeS2只做还原剂具有单一性，因此应以一个FeS2“分子” （即按两种元素Fe和S的原子参加反应的最简单个数比1‥2组合）为基准计算元素化合价升高值。因此配平结果为：

【缘由】只有将复杂的“二升一降或一升二降”型转化为基本的“一升一降”型，才能计算最小公倍数。关键是如何根据具体情况灵活实施转化。

多届学生教学实践的结果充分证明，这样构建的化合价升降法配平方法体系比较完善，基本扫清了配平方法在理论上的障碍，极大地提升了化合价升降法的配平能力；与补充的多种经验性配平方法相比更易被学生理解和掌握，为帮助学生成功地突破配平难点构筑了坚实基础。