信息型方程式的书写、氧化还原反应方程式的配平程序剖析

河南 徐业政

信息型方程式的书写、氧化还原反应方程式的配平程序剖析

一、信息型方程式的书写

信息型方程式的书写能较好地考查学生自学能力、推理能力、信息转化能力，因此成为高考试题中“出镜率”很高的考点之一。正确地书写信息型反应方程式有赖于三个方面的因素：一是心理因素，不能因为面对的是比较新颖的知识就认为自己无法解答出来而在心理上“未战先降”，事实上此类方程式只要充分利用题给信息是不难写出来的；二是有效信息的筛选与转化，即要筛选出与方程式书写有直接关系的信息并将文字信息转化为化学符号信息；三是掌握书写的一般程序。

1.信息转换型

这是指将题目提供的反应物、生成物信息用相应的化学式表示出来的一类题型，因题目已明确了反应物与生成物分别是什么，故书写的重点应放在化学式的准确书写与化学计量数的确定上。

例1：火法炼铜可以从辉铜矿(Cu2S)中提取铜。下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图：

Cu2SO2△Cu焙烧Cu2O、CuO足量稀硫酸A操作ⅠB蒸发、结晶、过滤胆矾

(1)Cu2S→单质铜(另有一种气体生成)的化学方程式为

。

(2)Cu2O置于足量稀硫酸中得到蓝色溶液及红色物质，写出离子方程式：

。

解析：(1)由质量守恒原理及氧化还原反应价态变化规律知Cu2S与氧气反应后得到的气体物质是SO2，由此可写出Cu2S+O2Cu+SO2，配平后即可。(2)由反应的现象知有Cu2+及Cu生成，故有Cu2O+H+Cu+Cu2++H2O，配平后即可。

答案：(1)Cu2S+O2△2Cu+SO2(2)Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O

2.推理性氧化还原反应方程式的书写

这是指题中只提供部分反应物、生成物的信息，然后要求书写出相应的方程式，这类题目有两种情况，一是一般化学方程式的推理书写，二是电极反应方程式的书写。

例2：(依高考试题编制)回答下列问题：

(1)(2015江苏)实验室可用KOH、KClO溶液与 Fe(NO3)3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4，其反应的离子方程式为

。

(2)(2016全国卷Ⅱ)实验室可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨(N2H4)，写出反应的化学方程式：________________ ；联氨是一种常用的还原剂，向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液可观察到有黑色固体单质生成，写出反应的化学方程式：________________ 。酸性条件下，H2O2可氧化Fe2+，性条件下可与FeSO4溶液反应，写出反应的离子方程式：

。

(3)(2012全国卷Ⅰ)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：(1)本题只给出了部分反应物与生成物，需要通过推理判断，确定其他物质。

①由元素价态变化知，题目明确给出的反应物有Fe3+、ClO-，生成物有FeO2-4，ClO-的还原产物是Cl-，故可先写出：Fe3++ClO-FeO2-4+Cl-。

②依得失电子守恒原理确定已写出部分中的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的计量数后得：2Fe3++3ClO-2FeO2-4+3Cl-。

③依电荷守恒及碱性条件确定在左侧应添加“10OH-”，2Fe3++3ClO-+10OH-2FeO2-4+3Cl-，再根据质量守恒确定有水生成：2Fe3++3ClO-+10OH-2FeO2-4+3Cl-+5H2O。

(2)NaClO的还原产物是NaCl，故可首先写出：NaClO+NH3N2H4+NaCl，依得失电子守恒原理配平后得：NaClO+2NH3N2H4+NaCl，最后依质量守恒得NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O。

(3)①K2FeO4在正极上得到电子被还原为Fe(OH)3(碱性条件)，故有FeO2-4+3e-Fe(OH)3。

②依据电荷守恒及电解质溶液呈碱性得：FeO2-4+3e-Fe(OH)3+5OH-。

③依质量守恒及分析左右两侧元素构成后得到：FeO2-4+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-。

通过前面问题的分析知：信息型氧化还原反应方程式、电极反应式的书写程序大同小异，具体过程可分为如下几步：

①写式子：写出明确给出的及易推出的物质的化学式；

②配计量数：确定“两剂”(氧化剂、还原剂)、“两产”(氧化产物、还原产物)的计量数；

③查守恒：检查质量是否恒，对于离子方程式还要检查电荷是否守恒；

④添物质：添加必要的物质，但也可能不需要添加。

在水溶液中进行的反应，添加的物质通常是“H2O、H+”或“H2O、OH-”，添加的原则是：在酸性溶液中不应添加OH-、在碱性溶液不应添加H+。此外还要牢记如下知识。

1.常用氧化剂对应的还原产物(一般情况下)

氧化剂MnO-4(H+)H2O2HNO3Cr2O2-7Cl2、ClO-、ClO-2、ClO-3、ClO2还原产物Mn2+H2ONO、NO2Cr3+Cl-

2．常用还原剂对应的氧化产物

还原剂H2O2Fe2+Cl-S、S2-H2C2O4SO2、SO2-3Fe氧化产物O2Fe3+Cl2SO2、SO2-4CO2SO3、SO2-4Fe2+、Fe3+

3.燃料电池中几种元素或物质放电后的产物

常见元素HCO2Al碱性存在形式H2OCO2-3OH-AlO-2(强)酸性存在形式H+CO2H2OAl3+

二、氧化还原反应方程式的配平

配平的原理可表述为：反应过程中得失电子守恒或元素化合价升降总值相等。配平过程中需要明确如下几个问题：①首先要配平哪两种物质(以下简称首配物)的计量数，如何快速地确定首配物。②根据首配物组成求某种元素化合价变化值时要不要考虑该元素在其他物质中的组成情况，当一种物质中发生价态变化的元素不只一种时该如何处理。③配平的一般程序是怎么样的。下面对此类问题进行讨论。

1.首配物质的确定

符合下列条件的氧化剂、还原剂(以下简称两剂)，氧化产物、还原产物(以下简称两产)可作为首配物。

①氧化剂：只有一种且全部被还原；

②还原剂：只有一种且全部被氧化；

③氧化产物、还原产物：各只有一种物质。

2.配平的顺序

先标出化合价以确定首配物→以首配物的组成和元素变化前后的价态为依据求出化合价的升与降总值(Δ1、Δ2)→将所求的两种首配物的Δ1、Δ2交换写在另一种物质前面→确定其他含有价态变化元素的物质计量数→确定剩余物质的计量数

Δ=首配物中化合价发生变化的元素的原子数目×该元素的化合价的变化值

3.配平示例

类型1：首配物为“两剂”或者是“两产”

反应特点：氧化剂、还原剂均只有一种物质且全部被还原、被氧化或氧化产物、还原产物各只有一种。

例：配平C2H4+KMnO4+H2SO4——K2SO4+MnSO4+CO2+H2O

解析：标出相关元素的化合价后知，该反应的首配物可以是两剂，也可以是两产。

6C-22H4+12K2Cr+62O7+H2SO4——K2SO4+Cr+32(SO4)3+C+4O2+H2O

化合价的变化值并交叉书写:

6C2H42[4-(-2)]________12K2Cr2O72(6-3)

再确定两产的计量数：6C2H4+12K2Cr2O7+H2SO4——K2SO4+12Cr2(SO4)3+12CO2+H2O

最后确定其他物质的计量数：6C2H4+12K2Cr2O7+48H2SO412K2SO4+12Cr2(SO4)3+12CO2+60H2O，去掉公约数得到C2H4+2K2Cr2O7+8H2SO42K2SO4+2Cr2(SO4)3+2CO2+10H2O(说明：公约数也可以在Δ1、Δ2值“交叉”前约去)。

类型2：只能用“两产”作首配物

反应特点：氧化剂、还原剂不止一种或者没有全部被还原(被氧化)而氧化产物、还原产物各只有一种。

例：配平CuSO4+P4+H2OCu3P+ H3PO4+H2SO4

解析：分析该反应知硫酸铜为氧化剂，白磷既是氧化剂又是还原剂，两剂中共有三种物质，而氧化产物是H3PO4、还原产物只有Cu3P，该反应属于第2类，故首配物可以是两产(也可以是氧化剂CuSO4)与氧化产物(H3PO4)，配平过程如下。

Cu+2SO4+P04+H2O——6H3P+5O4+5Cu+13P-1+H2SO4

化合价变化值并交叉书写：

6H3PO45-0 5Cu3P3(2-1)+{0-(-3)}=6

再配平两剂的计量数15CuSO4+114P4+H2O——6H3PO4+5Cu3P+H2SO4

最后配平其他物质计量数：15CuSO4+114P4+24H2O——6H3PO4+5Cu3P+15H2SO4

除掉分母：60CuSO4+11P4+96H2O24H3PO4+20Cu3P+60H2SO4

*Cu3P 中两元素的化合价均发生了变化，故求总数时直接求二者变化值的代数和(最后取正值)。

类型3：只能用氧化剂与氧化产物或者还原剂与还原产物作首配物

反应特点：氧化剂与氧化产物各只有一种物质且前者全部被还原；或者还原剂与还原产物各只有一种物质且前者全部被氧化。

例：配平方程式Cu2S+HNO3——Cu(NO3)2+NO↑+H2SO4+H2O

解析：分析该反应中各元素化合价变化知，本题的首配物应为NO与Cu2S

3Cu+12S-2+HN+5O3——C+2u(NO3)2+10N+2O↑+H2S+6O4+H2O

化合价变化值并交叉书写：

3Cu2S2×1+8=10________10NO3

再确定Cu(NO3)2、H2SO4、HNO3的计量数后得：3Cu2S+(10+2×6)HNO3——6Cu(NO3)2+10NO↑+3H2SO4，最后确定H2O的计量数：3Cu2S+22HNO36Cu(NO3)2+10NO↑+3H2SO4+8H2O。

类型4：缺项配平

反应特点：方程式中某些反应物或者生成物未给定。

例：配平C+K2Cr2O7+H2SO4——CO2↑+K2SO4+Cr2(SO4)3+

解析：配平过程中可先不考虑所缺物质的组成如何，待其他物质计量数确定后再依质量守恒定律确定所缺物质的组成及计量数。

6C+4K2Cr2O7+H2SO4——CO2↑+K2SO4+Cr2(SO4)3+

化合价变化值并交叉书写：

6C4________4K2Cr2O76

再配平其他物质得：6C+4K2Cr2O7+16H2SO4——6CO2↑+4K2SO4+4Cr2(SO4)3+________，依质量守恒生成物中应有16份的水，最后划简后得：3C+2K2Cr2O7+8H2SO43CO2↑+2K2SO4+2Cr2(SO4)3+8H2O。

类型5：特定物质组合型

反应特点：无法找出符合上述原则的两种物质作首配物，此时可通过分析反应式构成特点，利用某两种物质间的特定关系，将两种物质组合为一个整体。

例：配平KNO3+S+CCO2↑+K2S+N2↑

解析:由于K2S中钾、硫原子个数比为2∶1且反应中只有KNO3、单质硫中含有钾、硫元素，故KNO3的计量数一定是单质硫的计量数的2倍，因此可先将 KNO3与单质硫按物质的量之比为2∶1的比例组合成“一种物质”，然后求Δ值。

1(2KNO3+S) +3CCO2↑+K2S+N2↑

Δ1、Δ2值的求解(系数已约分处理)：

1(2KNO3+S)2×5+1×2=12________3C4

最后可得到：2KNO3+S+3C3CO2↑+K2S+N2↑

类型6：调整计量数类

反应特点：无法找出前述方法中的首配物，此时可先确定“两剂”“两产”的计量数，最后再添加上没有被氧化(被还原)的那一部分物质相应的数量。

例：配平KClO3+HClKCl+Cl2↑+H2O

解析：本题只能利用氧化剂、还原剂作首配物，首先确定被氧化、被还原的那一部分物质的计量数，然后调整计量数(即添加上没有被氧化或没有被还原的那一部分物质的数量)。

1KClO3+5HClKCl+Cl2↑+H2O

Δ1、Δ2值的求解:

1KClO35________5HCl1

再确定Cl2与KCl的计量数：1KClO3+5HCl1KCl+3Cl2↑+H2O

因有1份的-1价氯元素价态没有变化，故HCl的计量数应由5调整为6，最后依质量守恒原理得： KClO3+6HClKCl+3Cl2↑+3H2O (计量数中的“1”没有写出来)。

4.几类物质中元素化合价数值的确定技巧

(1)有机物：有机物中氢元素显+1价，氧元素一般显 -2价，碳元素的化合价则要利用化合价规则及分子的组成来确定，如C2H5OH中氧为-2价，氢为+1价，故碳为 -2价。

(2)不常见物质：非金属性强的元素一定显负价，如BrCl3中，氯的非金属强于溴，故氯显-1价，溴为+3价。

(3)组成较复杂的物质，分析时应先确定无变价的金属元素及非金属性强的元素的价态，然后利用化合价规则确定具有变价元素的价态，如KCNO中价态的确定，氧非金属性最强，为-2价，钾为+1价，C、N两元素中，氮非金属性较强为-3价，最后确定碳为+4价；若组成元素全部为非金属元素，则非金属性最弱的元素显正价。

(4)组成不合常规的物质：如Na2Sx、Fe3C等物质，可认为该物质中的各元素化合价均为0(简称为0价标价法)，在配平中，依0价为起点计算元素化合价的变化值。

例：配平 Fe3P+HNO3——Fe(NO3)3+NO↑+H3P4+H2O

解析：令Fe3P中各元素的化合价均为0，其首配物是还原剂Fe3P与还原产物NO2。

3Fe03P0+HN+5O3——Fe+3(NO3)3+14N+4O+H3P+5O4+H2O

化合价变化值并交叉书写：

3Fe3P3×3+5=14________14NO3

再确定含有价态变化的其他物质的计量数：3Fe3P+41HNO3——9Fe(NO3)3+14NO↑+3H3PO4+H2O

最后确定H2O的计量数：3Fe3P +41HNO39Fe(NO3)3+14NO↑+3H3PO4+16H2O。

针对练习

1.实验室中可用氯仿(CHCl3)与双氧水直接反应制备光气(COCl2)的反应方程式为

。

解析： 氯仿与双氧水反应时，后者是氧化剂被还原，前者是还原剂被氧化为光气，可先写出CHCl3+H2O2COCl2+H2O，当得失电子相等时有如下结果：CHCl3+H2O2COCl2+H2O，再结合质量守恒可得到最后的方程式。

答案：CHCl3+H2O2COCl2+H2O+HCl

2.在碱性条件下向绿色的K2MnO4溶液中通入CO2后可得到紫色溶液和一种黑褐色固体，该反应的离子方程式为________________。在弱酸性条件下，向FeSO4溶液中加入KMnO4溶液可得到一种有特殊颜色的难溶性碱及一种难溶性氧化物，写出相应离子方程式：

。

解析：形成紫色溶液说明有MnO-4生成，黑褐色固体是MnO2，由此可先写出CO2+3MnO2-42MnO-4+MnO2↓，再结合溶液显碱性及质量守恒定律可得到最后的方程式。

由题目涉及的元素知难溶性碱是Fe(OH)3，氧化物是MnO2，故可先写出3Fe2++MnO-4MnO2↓+3Fe(OH)3↓。再结合质量守恒、电荷守恒可得到3Fe2++7H2O+MnO-4MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+。

答案：2CO2+3MnO2-42MnO-4+MnO2↓+2CO2-3，3Fe2++7H2O+MnO-4MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+

3.二氧化氯(ClO2)气体是一种常用的高效自来水消毒剂。

(1)KClO3和浓盐酸在一定温度下反应会生成ClO2，同时还得到一种黄绿色气体，写出反应的化学方程式：________________________，浓盐酸在该反应中表现出的性质是________ 。

(2)实验室常用KClO3、草酸(H2C2O4)和稀硫酸制备ClO2，该反应中氧化产物与还原产物物质的量之比为________。

(3)将ClO2通入到硫化氢溶液中，然后加入少量的稀盐酸酸化的氯化钡溶液，发现有白色沉淀生成。写出二氧化氯与硫化氢溶液反应的离子方程式：

。

(4) ClO2和Cl2在消毒时自身均被还原为Cl-，则常温常压下，等体积的ClO2的消毒能力是Cl2的________倍。

(5)自来水厂用ClO2处理后的水中，要求ClO2的浓度在0.1～0.8 mg/L之间。碘量法可以检测水中ClO2的浓度(不同pH环境中粒子种类如图所示)，步骤如下：

Ⅰ.取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再将反应后溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝。

Ⅱ.加入一定量的Na2S2O3溶液。(已知2S2O2-3+I2S4O2-6+2I-)

Ⅲ.加硫酸调节水样pH至1 ～3。请回答：

①操作Ⅰ中反应的离子方程式是

。

②在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是

。

③若水样的体积为1.0 L,在操作Ⅱ时消耗了1.0×10-3mol·L-1的Na2S2O3溶液10 mL则水样中ClO2的浓度是________mg/L。

解析：(1)黄绿色气体是Cl2，故可先写出：KClO3+HCl(浓)2ClO2↑+Cl2↑，由价态变化规律知，ClO2是KClO3的还原产物，Cl2是HCl的氧化产物，依得失电子守恒配平后得：2KClO3+2HCl(浓)2ClO2↑+Cl2↑，再根据质量守恒知还有KCl及水生成，添加此两种物质后配平即可。(2)KClO3的还原产物是ClO2、H2C2O4的氧化产物是CO2，由元素化合价变化知，反应中每生成1 mol ClO2可得到1 mol电子、每生成1 mol CO2失去1 mol电子，故生成氧化产物与还原产物物质的量之比为1∶1。(3)由题给信息可判断H2S被氧化为SO2-4，ClO2的还原产物是Cl-，由此可写出对应的离子方程式。(4)1 mol ClO2可得到 5 mol 电子、1 mol Cl2可得到2 mol电子，故等物质的量的两种消毒剂的消毒能力ClO2是Cl2的2.5倍。