关于复杂氧化还有方程式的书写
摘要:针对反应方程式书写这一薄弱环节,提出了方程式的书写首先在于判断产物,其次才是配平这一指导思想。对于复杂的氧化还原反应式,找到了便于操作的书写方法——“骨架填充法”。
关键词:方程式书写 方程式配平 骨架填充法
方程式的书写一直是教学重难点,平时教学投入的时间和精力非常大,可是高考中依然是最重灾区。如2012年全国新课标理综化学第26题的第(4)小题,2013年全国新课标理综化学第27题的第(3)(4)(5)小题,全省考生的考卷几乎都是空白。而“掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算”又是2012年高考理科综合考试大纲(新课标)的新增内容,估计在今后几年的高考中,相关考察也不会削弱。那么,如何改进教学,提高方程式的“书写”和“配平”能力呢?
在平时的教学中,师生对于方程式的配平注意过多,对产物的判断注意不够;死记太多,醒悟不够。其实,氧化还原反应中充满了必然和辩证关系,稍加考究,你就可以体会到其中的奥秘和乐趣。让我们一起来选摘赏析下面两道高考题。
例1. (2012全国新课标卷Ⅰ26题第⑷问)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________。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________,该电池总反应的离子方程式为________。
一.做中“悟道”
让我们来完成例1的第一空:反应微粒有“Fe3+ + ClO-”等,氧化产物为“FeO42-”,按化合价有升高必然有降低,则必有还原产物“Cl-”(为什么ClO-中的+1价Cl原子不被还原为Cl2呢?常有同学这样问,问得好!但是请注意反应环境——强碱中,而Cl2在强碱中是不存在的。当然,我们还可以这样想:在溶液中,Cl-是氯元素最稳定的微粒,而稳定的微粒容易生成,故还原微粒是Cl-)。这样,我们就找到了一个氧化还原反应中最关键的物质——“氧化剂和还原剂”,“还原产物和氧化产物”(以下简称“双剂”、“双产物”),一个反应式的骨架就有了:
ClO- + Fe3+ → Cl- +FeO42- ,由化合价升降必然相等,可得:
3ClO- + 2Fe3+ → Cl- + FeO42-;把变价原子配平,可得:3ClO- + 2Fe3+ → 3Cl- + 2FeO42-
再往下,次要的微粒就会被“逼出来”:在电子得失相等时,方程式两边的单位电荷数应该相等,考虑到是在强碱中进行的反应,故在方程式左边,自然应有“10OH-”被逼出来,得:
3ClO- + 2Fe3+ + 10OH- → 3Cl- + 2FeO42-
再把未变价的氢氧原子配平,右边应逼出“5H2O”,得:
3ClO- + 2Fe3+ + 10OH- = 3Cl- + 2FeO42- + 5H2O
由以上过程可见,恰当的方法和步骤,使陌生的较难的方程式的书写和配平,变得轻松愉快。骨架填充法的书写和配平步骤为:
(1)建骨架:即写出“双剂”、“双产物”(在判断产物时,一看价态变化,二看酸碱环境等,写出产物的合理化学式)。
(2)平升降:通过使化合价升降相等,优先配平变价原子。
(3)逼配角:由守恒原则(左右电荷守恒、原子守恒),把次要微粒“逼出来”。
二.检验“道法”
由以上方法,例1的第二空的书写步骤为:
FeO42- + 3e- → Fe3+ (这一步是“看价态变化”,即正确判断变价元素变到什么价态;为何+6价的Fe原子被还原为Fe3+而不是Fe2+?因为未反应的FeO42-和Fe2+会归中反应生成Fe3+)。
FeO42- + 3e- → Fe(OH)3(这一步是看“酸碱环境”,在碱性溶液中,+3价的铁应以Fe(OH)3存在)
FeO42- + 3e- → Fe(OH)3 + 5OH-(由电荷守恒和碱性溶液中,右边被逼出来“5OH-”)
FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-(由氢氧原子守恒,左边被逼出来“4H2O”,得到正确答案)
三.“道法普度”
上面例1的第三空是写出K2FeO4-Zn碱性电池总反应的离子方程式。步骤为:
K2FeO4 + Zn → Fe(OH)3 + Zn(OH)2(电池总反应式,就是一个完整的氧化还原方程式。写出“双剂”、“双产物”骨架,写产物时要注意铁和锌的价态以及合理的存在微粒)
2K2FeO4 + 3Zn → 2Fe(OH)3 + 3Zn(OH)2(由化合价升降相等配平变价原子)
2K2FeO4 + 3Zn + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3Zn(OH)2(把反应物中应有的“6H2O”逼出来)
例2.(2013全国新课标卷Ⅰ27题)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。