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化合价升降法配平氧化还原反应的基本步骤与技巧

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  • 化合价升降法配平氧化还原反应的根本方法与常用技巧

                      山东省济南市历城第二中学  

    一、基本步骤

    以Cu ＋ HNO3 --- Cu(NO3)2 + NO2 + H2O 为例：

    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

    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。

    3、  根据得失电子数的最小公倍数求标准物的系数

    0

    +2
     


     

    Cu →  Cu   ：化合价升高 2   ×1

    +5

    +4
     


     

    N →   N    ：化合价降低1  ×2

     

    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。

    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。

    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。

    二、常用技巧

    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、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

    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

    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

    6、  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   

    7、  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)

    8、  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价。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

    9、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

     三、考题今昔

         1、（92年上海）配平下列氧化还原反应的化学方程式：

    （  ）Fe（OH）3＋（  ）NaOH＋（ ）Cl2＝（ ）Na2FeO4＋（ ）NaCl＋（  ）H2O

      电子转移的总数为           

        ［答案］  2   10  3   ——  2   6   8      6e-

    2、（03年上海）实验室为监测空气中汞蒸气的含量，往往悬挂涂有CuI的滤纸，根据滤纸是否变色或颜色发生变化所用去的时间来判断空气中的含汞量，其反应为：4CuI+Hg→Cu2HgI4+2Cu

    （1）上述反应产物Cu2HgI4中，Cu元素显              价。

    （2）以上反应中的氧化剂为          ，当有1molCuI参与反应时，转移电子          mol。
    （3）CuI可由Cu2+与I-直接反应制得，请配平下列反应的离子方程式。

     

     

    ［答案］（1）+1           （2

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