氧化还原反应问题的突破方法



氧化还原反应问题的突破方法

◇甘肃叶帆

高三复习是重要环节,氧化还原反应是复习中的重点内容,在实际的教学中笔者却发现学生对这一内容掌握得不够牢固．在做这类题时,表现出没把握甚至有畏难情绪,作为教师要找出原因,因材施教．

1理解概念与规律

1.1理解概念

在氧化还原反应中,有5对既相对立又相联系的概念,如图1所示.

图1

对这些概念要全面准确地理解,抓住其要点和特点,才有利于解题．

1.2理解规律

1) 价态规律．元素处于最高价,只有氧化性;元素处于最低价,只有还原性;元素处于中间价态,既有氧化性又有还原性,但主要侧重呈现一种性质．口诀为:高价氧化低价还,中间价态两头转．

2) 反应先后规律．在浓度相差不大的溶液中,同时含有几种还原剂时,若加入氧化剂,则首先与溶液中最强的还原剂作用;同理,在浓度相差不大的溶液中,同时含有几种氧化剂时,若加入还原剂,则首先与溶液中最强的氧化剂作用．如向含有FeBr2的溶液中通入Cl2,Fe2+首先被氧化．

3) 得失相等规律．对于一个完整的氧化还原反应,化合价升高总数与降低总数相等,失电子总数与得电子总数相等．可应用于氧化还原反应方程式的配平及其计算题．

4) 邻位转化规律．氧化还原反应中,以元素相邻价态间的转化最容易;同种元素不同价态之间的氧化反应,化合价的变化遵循“只靠拢,不交叉”;同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应．

5) 归中规律．同种元素不同价态反应时,化合价向中间靠拢,且一般符合邻位转化和互不换位规律．如H2S一般被氧化成单质硫,浓硫酸一般被还原成SO2．

6) 歧化规律．对于处在中间价态的元素,在发生氧化还原反应时,该元素的化合价既升高同时又降低．如氯气和氢氧化钠反应时,氯气一方面化合价降低成-1价,另一方面又升高成+1价．

7) 难易规律．越易失电子的物质,失电子后就越难得电子;越易得电子的物质,得电子后就越难失电子．

8) 跳位规律．在特殊情况下,氧化剂遇到强还原剂时,或还原剂遇到强氧化剂时,元素的价态不是邻位变化而是跳位变化．如当铁与氯气反应时,产物是FeCl3而不是FeCl2,即零价态铁跳过二价态转化为三价态化合物．

2氧化还原反应方程式的配平

氧化还原反应的方程式配平方法较多,但化合价升降法(电子得失法)在化学中常用．下面以硫和浓硝酸反应为例,说明其配平.

2.1标变价

标出氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物中变价元素的化合价．

2.2列升降

↑6↓1

其中向上的箭头表示硫元素化合价升高,升高了6,向下的箭头表示氮元素化合价降低,降低了1.

2.3求相等

求元素化合价升降的最小公倍数,以确定氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物4种物质的化学计量数．其最小公倍数为6×1=6,然后从化合价升降总数相等入手,含硫元素物质的化学计量数都是1,含氮元素物质的化学计量数都是6.

2.4观察计量数

从原子守恒的角度观察其他元素的原子个数,这里水前面的系数自然是2了,再标出NO2的状态,并把箭头改成等号．

3常见的氧化还原反应题型及对策

3.1正向配平法

分析要找出该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比,由题给信息在纸上写出反应物和生成物及变价元素的化合价,如:

随后在KClO3(氧化剂)中氯元素下方标出向下的箭头,表示氯元素的化合价降低,并在向下的箭头旁边写出降低数为1,再在Na2SO3(还原剂)中硫元素下方标出向上的箭头,表示氯元素的化合价升高,并在箭头旁边写出升高数为2,然后找出1和2的最小公倍数2,此时可知在氯元素下方箭头1数字旁再乘以2,才能满足化合价升降总数相等,因此含氯元素物质前的化学计量数都是2,含硫元素物质前的化学计量数都是1．这样,氧化还原反应的“主体”部分物质的化学计量数都配平了．最后再去检查原子守恒,其他原子都满足质量守恒定律．所以化学方程式是:

2KClO3+Na2SO3+H2SO4→

K2SO4+Na2SO4+2ClO2↑+H2O.

3.2逆向配平法

歧化反应是处在中间价态的元素,在发生氧化还原反应时,该元素的化合价既升高同时又降低;自身氧化还原反应发生在同物质的不同元素之间,即同一种物质中的一种元素被氧化另一种元素被还原,该物质既是氧化剂,又是还原剂;部分氧化还原反应的特点是还原剂(或氧化剂)只有部分被氧化(或被还原),有关元素的化合价只有部分发生变化．这3类氧化还原反应方程式的配平均应从生成物开始配平,即选用“逆向配平法”．

A21∶5;B11∶3;C3∶1;D4∶1

分析先配平氧化还原反应方程式,配平的一般步骤是,先写出氧化还原反应的“主体”部分变价元素(这里是氯元素)的化合价:

然后求元素化合价升降的最小公倍数,在这里NaCl中氯元素化合价降低了1,NaClO、NaClO3中氯元素化合价都升高，分别是1和5,这时应求出氯元素化合价升高的值为1×1+3×5=16,求出的元素化合价升降的最小公倍数16,因而NaCl前面的化学计量数是16,这说明化合价降低的氯原子是16个,化合价升高的氯原子有1+3=4个,总共氯原子有20个,依据原子守恒可得氯气前面的化学计量数是10,NaOH前的化学计量数是20,H2O前的化学计量数是10,最后将短线改成等号:

10Cl2+20NaOH=16NaCl+NaClO+3NaClO3+10H2O(配平的化学方程式).

参加反应的20个氯原子中,其中16个氯原子的化合价降低被还原,4个氯原子的化合价升高被氧化,所以被还原的氯元素与被氧化的氯元素的物质的量之比为4∶1.答案为D.

3.3化学计量数配平法

还有一类是缺项型氧化还原反应,在反应物和生成物中缺少某种物质,如酸、碱或水等(反应介质)参与反应,但其中元素的化合价不变．对于这类反应要先配出氧化还原反应的“主体”部分物质的化学计量数,后根据离子电荷守恒和原子个数守恒确定其他物质的化学计量数．

____Ni2++____H2PO2+____→____Ni+____H2PO3+____.

分析1Ni2++1H2PO2+1H2O=1Ni+1H2PO3+2H+(注:在配平时有些学生说,反应前的缺项部分写上OH-也可满足电荷守恒,此说法错误!因为在酸性条件下不可能有OH-,也不可能生成OH-)．

总之,只要全面掌握氧化还原反应的概念、规律,将所学知识、技能与实际问题相结合并能达到灵活应用,解题、应考则是得心应手的事．

(作者单位：甘肃省西和县第二中学)

化学反应特点是: 高价+低价→中间价．这类一般为归中型反应，宜于选择“正向配平法”,即从反应物的一端标出变价元素的化合价升降．