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高中化学氧化还原反应的配平方法
2025-09-30 23:24:33 责编:小OO
文档
氧化还原反应的配平方法

配平,是化学考试中最重要的一环。

一、配平简介

化学反应方程式严格遵守质量守恒定律,书写化学反应方程式写出反应物和生成物后,往往左右两边各原子数目不相等,不满足质量守恒定律,这就需要通过配平来解决。

二、配平原则

1.质量守恒原则:反应前后各元素的原子个数相等。

2.化合价升降守恒原则:氧化剂化合价降低的总数值与还原剂化合价升高的总数值相等。

3.电子守恒原则:反应中还原剂失去电子的总数与氧化剂得到电子的总数相等 。

4.电荷守恒原则:若为离子反应,反应前后离子所带正负电荷总数相等。

三、配平步骤

1.一标:标明反应前后化合价有变化的元素的化合价 。

2.二等:通过求最小公倍数使化合价升降总值相等 。

3.三定:确定氧化剂与还原剂的化学计量数 。

氧化剂(还原剂)化学计量数=降(升)价的最小公倍数÷1mol氧化剂(还原剂)降(升)价总数 。

4.四平:用观察法配平其他物质的化学计量数 。

5.五查:检查质量与电荷、电子是否分别守恒 。

四、配平技巧

(一)正向配平    

此处我们使用氨的催化氧化的反应作为例子进行讲解:

① 写出反应物和生成物的化学式,并标出变价元素的化合价

②列出反应前后同种元素化合价的升降变化

N的化合价由-3价变至+2价,故上升5价

O的化合价由0价降至-2价,每个O2含2个O. 故下降2×2=4价

③根据升降价求最小公倍数,使化合价升降总数相等

④观察法,根据已配平的物质将其他物质配平

⑤根据原子守恒检查无误后完成配平

【练习】(2016·天津)配平反应方程式:

MnO(OH)2+I-+H+→Mn2++I2+H2O,其化学计量数依次为____________________。

【解析】根据化合价升降守恒,配平得MnO(OH)2+2I-+4H+=Mn2++I2+3H2O,故答案为:1,2,4,1,1,3;

(二)逆向配平    

若氧化剂(或还原剂)中某元素化合价只有部分改变,配平宜从氧化产物、还原产物开始,即先考虑生成物,逆向配平;自身氧化还原反应方程式(歧化反应),宜从生成物开始配平,即逆向配平,原理和正向配平完全一致。

例1: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:11P + 15CuSO4+24H2O - 5Cu3P + 6H3PO4+15H2SO4

例2:氯气和氢氧化钠的反应作为例子:

【练习】1.配平下列氧化还原反应方程式

(1) CuS+ HNO3(浓)— Cu(NO3)2+ H2SO4+ NO↑+ H2O 

(2) KMnO4+ HCl(浓) — KCl+ MnCl2+ Cl2↑+ H2O 

【答案】

(1)3CuS+ 14HNO3(浓)= 3Cu(NO3)2+ 3H2SO4+ 8NO↑+ 4H2O 

(2)2KMnO4+ 16HCl(浓) = 2KCl+ 2MnCl2+ 5Cl2↑+ 8H2O 

(三)双向配平(整体配平)    

当遇到一种物质中有两种元素变价时,可以进行整体配平。此处我们使用硫化亚铜和的反应作为例子:

①和正向配平一样,写出反应物和生成物的化学式,并标出变价元素的化合价;列出反应前后同种元素化合价的升降变化;根据升降价求最小公倍数,使化合价升降总数相等

②观察法,根据已配平的物质将其他物质配平

此处注意:由于产物铜的根直接来自于并未变价,故①中已配平的10个不含铜中的根。换言之,铜中的根需要额外增加来提供!于是配平如下:

③根据原子守恒检查无误后完成配平

(四)离子方程式缺项配平    

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,一般先确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量系数,再通过比较反应物与生成物,确定缺项(一般为H2O、H+或OH-),最后观察配平。

例: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:5BiO3- +2Mn2+ +14H+ = 5Bi3+ +2MnO4-+7H2O

【练习】(2015·浙江)完成以下氧化还原反应的离子方程式:

( )MnO4-+( )C2O42-+______=( )Mn2++( )CO2↑+________

【解析】MnO4-→Mn2+,Mn的化合价降低5,C2O42-→2CO2,C的化合价升高2,根据化合价升降相等,变化可得:2MnO4-+ 5C2O42- == 2Mn2+ + 10CO2↑,该反应只能在酸性条件下进行(因为生成Mn2+),再根据原子数守恒可得完整的化学方程式:2MnO4-+ 5C2O42- + 16H+ == 2Mn2+ + 10CO2↑+ 8H2O

(五)设“1”配平法:    

设某一反应物或生成物(一般选用组成元素较多的物质作基准物)的化学计量数为1,其余各物质的化学计量数可根据原子守恒原理列方程求得。 

例:P4O+Cl2→POCl3+P2Cl6 

【解析】可令P4O前的系数为1,Cl2的系数为x,则 

1P4O+xCl2→POCl3+3/2P2Cl6 ,再由Cl原子守恒得2x=3+3/2×6 得x=6

即可配平:

2P4O+12Cl2→2POCl3+3P2Cl6。

(六)零价配平法:    

先令无法用常规方法确定化合价的物质中各元素均为零价,然后计算出各元素化合价的升降值,并使元素化合价升降总数相等,最后用观察法配平其他物质的化学计量数。

例:Fe3C+HNO3=Fe(NO3)3+CO2↑+NO2↑+H2O 

【解析】复杂化合物Fe3C按照常规方法分析,无法确定其Fe和C的具体化合价,此时可令组成物质的各元素化合价为零价,根据化合价升降法配平。

再用观察法确定物质的化学计量数:

Fe3C+22HNO3=3Fe(NO3)3+CO2↑+13NO2↑+11H2O。 

(七)整体标价法:    

当某元素的原子在某化合物中有数个时,可将它作为一个整体对待,根据化合物中元素化合价代数和为零原则予以整体标价。

例:S+Ca(OH)2→CaSx+CaS2O3+H2O 

【解析】生成物CaSx、Ca2S2O3中的Sx、S2作为一个整体标价为-2、+4价,则化合价升降关系为: 

Sx 0→-2 降2×2 

S2 0→+4 升4×1 

即可配平:2(x+1)S + 3Ca(OH)2 = 2CaSx + CaS2O3 + 3H2O。

(八)平均标价法    

当同一反应物中的同种元素的原子出现两次且价态不同时,可将它们同等对待,即假定它们的化合价相同,根据化合物中化合价代数和为零的原则予以平均标价,若方程式出现双原子分子时,有关原子个数要扩大2倍。

例:试配平

NH4NO3- HNO3+N2↑+H2O。

【解析】NH4NO3中N的平均化合价为+1价,元素化合价升降关系为:

NH4NO3 → HNO3:

+1→+5 升4×1价

NH4NO3 → N2: +1→0 降1×2价

易得 5NH4NO3 = 2HNO3 + 4N2↑ + 9H2O。

(九)有机氧化还原反应的配平:    

有机物中元素的化合价一般来讲,氢元素显+1价,氧元素显-2价,然后再根据化合价的代数和为零求酸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: 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:5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4 =10CO2↑+K2SO4+2MnSO4+8H2O

【练习】乙醇与重铬酸根离子在酸性溶液中能发生如下反应:C2H5OH+Cr2O72-+H+→CO2↑+Cr3++H2O,当这个方程式配平后,H+的化学计量数为( )

A.10 B.12 C.14 D.16

【答案】D

【解析】C2H5OH中C元素的化合价为-2价,根据得失电子守恒可得配平的离子方程式为:C2H5OH+2Cr2O72-+16H+=2CO2↑+4Cr3++11H2O。下载本文

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