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【摘要】氧化还原反应方程配平的方法与技巧很多,本文通过一些实例对氧化还原反应方程配平的方法与技巧进行说明。
【关键词】氧化还原反应;方程配平;基本步骤;常用技巧
【中图分类号】G633.8【文献标识码】B 【文章编号】1001-4128(2011)02-0103-02
1 基本步骤
以Cu + HNO3 —— Cu(NO3)2 + NO2 + H2O 为例:
1.1 标变价:根据化合价升降规律标出变价元素的化合价,不变价的元素不必标出。
0+5+2 +5+4
Cu + HNO3-Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
1.2求转移电子数:通常选用1mol的氧化剂和1mol的还原剂作标准,根据元素的变价求出1mol的氧化剂和1mol的还原剂中所有变价元素得失电子数。
0 +2
Cu →Cu :化合价升高2
+5 +4
N→ N:化合价降低1
说明:该步是化合价升降法配平氧化还原的关键,所谓的配平技巧主要就是不同情况下求取得失电子数的方法,例如,当氧化剂和还原剂是同一各物质,而氧化产物和还原产物是两种物质的氧化还原反应,如配平KClO3—KCl + O2时,初学者易以KClO3 为标准计算得失电子数,从而出现反应物系数不好确定的困难,此时若以产物KCl 和O2 为标准计算得失电子数则容易确定系数,这即所谓的逆向配平技巧。
1.3 根据得失电子数的最小公倍数求标准物的系数
1.4将所求得系数添加在标准物前,然后据此确定含有变价元素的产物系数,使变价元素的原子个数相等并满足得失电子守恒关系。
Cu + 2HNO3-Cu(NO3)2 +2 NO2 + H2O
说明:系数是1 时通常省略不写,但在题目中有时是填空式的方框,那么,1 也要填写。
1.5 利用观察法配平未参加反应的元素原子个数,使反应方程式满足质量守恒规律
Cu + 4HNO3 -Cu(NO3)2 +2 NO2 +2 H2O
说明:该反应中有2mol硝酸起了酸的作用,所以硝酸前的系数成了4 ;通常在配平未变价的原子时,先配平原子团(如该例中起酸作用的硝酸根),再配H ,然后配O。
1.6检查所配方程式将短线改为等号
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 +2 NO2 +2 H2O
说明:从理论上讲,检查所配方程式是否平衡要检查是否满足得失电子守恒、质量守恒和电荷守恒,一般说来,一个守恒成立其它大多也能成立,不必样样检查,若是离子反应检查电荷守恒最方便。
2 常用技巧
2.1 添加系数法——反应物和产物中变价原子数不同时,可以先添加系数,这是经常用的一个技巧;
例如:NH3 + O2- N2 + H2O
该反应配平时,若以1mol NH3和1molO2作标准求得失电子数,则配平后,出现分数系数,还需要调整系数为整数,比较方便的方法是先在NH3 前添加系数2(因产物N2为双原子分子,所以NH3 的系数至少也是2),然后以2 mol NH3和1mol O2 作标准求系数更方便。
答案:4 3 2 6
2.2 整体配平法——一种物质中有两种或多种元素变价时,将其作为一个整体看待,求1mol该物质得失电子的总数即可,即所谓的整体配平法;
例如:Cu2S + HNO3- Cu(NO3)2 + NO + H2SO4 + H2O
该反应的反应物Cu2S 中两种元素的化合价均升高,所以把Cu2S看作一个整体,求得1mol Cu2S所失电子的总数为10e-。
答案:3 22 6 10 3 8
2.3 逆向配平法——当氧化剂或还原剂是多种物质,或者氧化剂和还原剂是同一种物质,而氧化产物和还原产物是两种独立的物质时,选用氧化产物和还原产物为标准来计算得失电子数将更方便,此即是所谓的逆向配平技巧;
例如:P + CuSO4 + H2O - CU3P + H3PO4 + H2SO4
该反应的氧化剂是P、CuSO4,还原剂是P,以反应物作标准求得失电子数比较困难,但是氧化产物只H3PO4 、还原产物只CU3P,所以以1mol H3PO4 和1mol CU3P作标准物容易求得失电子数。
答案:11 15 24 5 6 15
2.4 拟价法——对无法用常规方法确定化合价的物质,可以用拟价法,即可以随便假定元素的化合价,只要整个化合物的价态满足代数和为零原则就可以,因为这样对该反应的电子得失数没有影响;
例如:Fe3C + HNO3 -Fe(NO3)3 + NO2 + CO2 + H2O
该反应的反应物中的Fe3C的价态不好确定,我们不防假设其中Fe的价态为+3价,那么C的价态就应是-9价,如此则成了一个普通氧化还原方程式的配平,选取1mol的Fe3C和1mol的HNO3为标准,即可求的得失电子数。
如果假设Fe3C中Fe为0价,那么C为0价,再将Fe3C看作一个整体,同样能配平。
答案:1 22 3 13 1 11
2.5一定系数关系的氧化还原方程式的配平法:
例如:S+KNO3+C-K2S+N2+CO2 虽然该反应中得电子的一方不止一种物质,而是有S 和KNO3 两种物质,但由于两者的还原产物K2S的制约,实际上限制了S与KNO3的物质的量比为1:2,所以我们可以把1mol S和2mol KNO3作为 一个整体来看,从而求得氧化剂得电子总数,进而配平整个反应。
答案:1 2 3 1 1 3
2.6 不定系数的氧化还原反应方程式的配平法:
例如:FeS2 + C + O2- Fe3O4 + CO + S
在该反应中,氧化剂O2 是夺取电子的一方; 而另一方除C失去电子外,FeS2作为整体也表现为失去电子,象这种特殊类型的氧化还原反应,可看成为FeS2,C分别与O2的两个彼此独立反应的加和。假设题目没有给出FeS2与C的物质的量之比这个限制条件,那么这种方程式的配平将是不确定的。换言之,其系数可能有无数套:
① 2C + O2 = 2CO
② 3FeS2 + 2 O2 =Fe3O4 + 6S
即①•X + ②•y ,得:
3y FeS2 +2xC + (2y+x)O2= y Fe3O4 + 2xCO +6y S(其中x,y均为自然数)
2.7有机反应的配平法——有机物参入的氧化还原反应,通常首先规定有机物中H为+1价,O为-2价,并以此确定碳元素的平均化合價。再根据还原剂化合价升高总数与氧化剂化合价降低总数相等原则,结合观察法配平。
例如: H2C2O4 + KMnO4 +H2SO4 - CO2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
解析:H2C2O4中,令H 为+1价,O为-2价,则C的平均化合价为+3价。1个H2C2O4 化合价升高数为2,1个 KMnO4 化合价降低数为5,最小公倍数为10,故H2C2O4的系数为5,KMnO4的系数为2。配平的方程式为:
5 H2C2O4 + 2KMnO4 +3H2SO4 = 10CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 +8 H2O
2.8 缺项方程式的配平:如果所给的化学方程式中有反应物或生成物没有写出来,在配平时,如果所空缺的物质不发生电子的得失,仅仅是提供一种发生反应的酸、碱、中性的环境,可先把有化合价升降的元素配平,再确定出所缺的物质,把系数填上即可。
例如:BiO3- + Mn2+ +- Bi3+ + MnO4-+ H2O
解析:首先根据化合价的升降配平有变价元素的有关物质:
5BiO3- +2 Mn2+ +-5 Bi3+ +2 MnO4-+H2O
根据氧原子守恒,可以确定H2O 的系数为7,根据质量守恒和电荷守恒规律可以确定反应物所缺的是氢离子H+。
答案:5 2 14H+ 5 2 7
【关键词】氧化还原反应;方程配平;基本步骤;常用技巧
【中图分类号】G633.8【文献标识码】B 【文章编号】1001-4128(2011)02-0103-02
1 基本步骤
以Cu + HNO3 —— Cu(NO3)2 + NO2 + H2O 为例:
1.1 标变价:根据化合价升降规律标出变价元素的化合价,不变价的元素不必标出。
0+5+2 +5+4
Cu + HNO3-Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
1.2求转移电子数:通常选用1mol的氧化剂和1mol的还原剂作标准,根据元素的变价求出1mol的氧化剂和1mol的还原剂中所有变价元素得失电子数。
0 +2
Cu →Cu :化合价升高2
+5 +4
N→ N:化合价降低1
说明:该步是化合价升降法配平氧化还原的关键,所谓的配平技巧主要就是不同情况下求取得失电子数的方法,例如,当氧化剂和还原剂是同一各物质,而氧化产物和还原产物是两种物质的氧化还原反应,如配平KClO3—KCl + O2时,初学者易以KClO3 为标准计算得失电子数,从而出现反应物系数不好确定的困难,此时若以产物KCl 和O2 为标准计算得失电子数则容易确定系数,这即所谓的逆向配平技巧。
1.3 根据得失电子数的最小公倍数求标准物的系数
1.4将所求得系数添加在标准物前,然后据此确定含有变价元素的产物系数,使变价元素的原子个数相等并满足得失电子守恒关系。
Cu + 2HNO3-Cu(NO3)2 +2 NO2 + H2O
说明:系数是1 时通常省略不写,但在题目中有时是填空式的方框,那么,1 也要填写。
1.5 利用观察法配平未参加反应的元素原子个数,使反应方程式满足质量守恒规律
Cu + 4HNO3 -Cu(NO3)2 +2 NO2 +2 H2O
说明:该反应中有2mol硝酸起了酸的作用,所以硝酸前的系数成了4 ;通常在配平未变价的原子时,先配平原子团(如该例中起酸作用的硝酸根),再配H ,然后配O。
1.6检查所配方程式将短线改为等号
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 +2 NO2 +2 H2O
说明:从理论上讲,检查所配方程式是否平衡要检查是否满足得失电子守恒、质量守恒和电荷守恒,一般说来,一个守恒成立其它大多也能成立,不必样样检查,若是离子反应检查电荷守恒最方便。
2 常用技巧
2.1 添加系数法——反应物和产物中变价原子数不同时,可以先添加系数,这是经常用的一个技巧;
例如:NH3 + O2- N2 + H2O
该反应配平时,若以1mol NH3和1molO2作标准求得失电子数,则配平后,出现分数系数,还需要调整系数为整数,比较方便的方法是先在NH3 前添加系数2(因产物N2为双原子分子,所以NH3 的系数至少也是2),然后以2 mol NH3和1mol O2 作标准求系数更方便。
答案:4 3 2 6
2.2 整体配平法——一种物质中有两种或多种元素变价时,将其作为一个整体看待,求1mol该物质得失电子的总数即可,即所谓的整体配平法;
例如:Cu2S + HNO3- Cu(NO3)2 + NO + H2SO4 + H2O
该反应的反应物Cu2S 中两种元素的化合价均升高,所以把Cu2S看作一个整体,求得1mol Cu2S所失电子的总数为10e-。
答案:3 22 6 10 3 8
2.3 逆向配平法——当氧化剂或还原剂是多种物质,或者氧化剂和还原剂是同一种物质,而氧化产物和还原产物是两种独立的物质时,选用氧化产物和还原产物为标准来计算得失电子数将更方便,此即是所谓的逆向配平技巧;
例如:P + CuSO4 + H2O - CU3P + H3PO4 + H2SO4
该反应的氧化剂是P、CuSO4,还原剂是P,以反应物作标准求得失电子数比较困难,但是氧化产物只H3PO4 、还原产物只CU3P,所以以1mol H3PO4 和1mol CU3P作标准物容易求得失电子数。
答案:11 15 24 5 6 15
2.4 拟价法——对无法用常规方法确定化合价的物质,可以用拟价法,即可以随便假定元素的化合价,只要整个化合物的价态满足代数和为零原则就可以,因为这样对该反应的电子得失数没有影响;
例如:Fe3C + HNO3 -Fe(NO3)3 + NO2 + CO2 + H2O
该反应的反应物中的Fe3C的价态不好确定,我们不防假设其中Fe的价态为+3价,那么C的价态就应是-9价,如此则成了一个普通氧化还原方程式的配平,选取1mol的Fe3C和1mol的HNO3为标准,即可求的得失电子数。
如果假设Fe3C中Fe为0价,那么C为0价,再将Fe3C看作一个整体,同样能配平。
答案:1 22 3 13 1 11
2.5一定系数关系的氧化还原方程式的配平法:
例如:S+KNO3+C-K2S+N2+CO2 虽然该反应中得电子的一方不止一种物质,而是有S 和KNO3 两种物质,但由于两者的还原产物K2S的制约,实际上限制了S与KNO3的物质的量比为1:2,所以我们可以把1mol S和2mol KNO3作为 一个整体来看,从而求得氧化剂得电子总数,进而配平整个反应。
答案:1 2 3 1 1 3
2.6 不定系数的氧化还原反应方程式的配平法:
例如:FeS2 + C + O2- Fe3O4 + CO + S
在该反应中,氧化剂O2 是夺取电子的一方; 而另一方除C失去电子外,FeS2作为整体也表现为失去电子,象这种特殊类型的氧化还原反应,可看成为FeS2,C分别与O2的两个彼此独立反应的加和。假设题目没有给出FeS2与C的物质的量之比这个限制条件,那么这种方程式的配平将是不确定的。换言之,其系数可能有无数套:
① 2C + O2 = 2CO
② 3FeS2 + 2 O2 =Fe3O4 + 6S
即①•X + ②•y ,得:
3y FeS2 +2xC + (2y+x)O2= y Fe3O4 + 2xCO +6y S(其中x,y均为自然数)
2.7有机反应的配平法——有机物参入的氧化还原反应,通常首先规定有机物中H为+1价,O为-2价,并以此确定碳元素的平均化合價。再根据还原剂化合价升高总数与氧化剂化合价降低总数相等原则,结合观察法配平。
例如: H2C2O4 + KMnO4 +H2SO4 - CO2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
解析:H2C2O4中,令H 为+1价,O为-2价,则C的平均化合价为+3价。1个H2C2O4 化合价升高数为2,1个 KMnO4 化合价降低数为5,最小公倍数为10,故H2C2O4的系数为5,KMnO4的系数为2。配平的方程式为:
5 H2C2O4 + 2KMnO4 +3H2SO4 = 10CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 +8 H2O
2.8 缺项方程式的配平:如果所给的化学方程式中有反应物或生成物没有写出来,在配平时,如果所空缺的物质不发生电子的得失,仅仅是提供一种发生反应的酸、碱、中性的环境,可先把有化合价升降的元素配平,再确定出所缺的物质,把系数填上即可。
例如:BiO3- + Mn2+ +- Bi3+ + MnO4-+ H2O
解析:首先根据化合价的升降配平有变价元素的有关物质:
5BiO3- +2 Mn2+ +-5 Bi3+ +2 MnO4-+H2O
根据氧原子守恒,可以确定H2O 的系数为7,根据质量守恒和电荷守恒规律可以确定反应物所缺的是氢离子H+。
答案:5 2 14H+ 5 2 7