化学方程式的加减法

古田一中  胡嘉谋

利用化学反应的原理进行化学意义上的“加减”，从而达到分析和解决化学问题的目的。

一、应用盖斯定律计算焓变时的加减法

根据盖斯定律知：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变是一样的。也就是说，若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变就由这几个化学反应的焓变相加减而得到。对热化学方程式进行加减时，欲消去所求热化学方程式中未出现的物质，可将题设中给定的热化学方程式进行代数运算，运算时需注意：①欲消去物质的种类、状态必须相同；②欲消去的物质同在两个热化学方程式的左边则用减法，若分别在两个热化学方程式的左边和右边则用加法。

例1．（2009·山东高考）已知： O₂ (g)= O₂⁺(g)+e^-  △H₁= 1175.7 kJ·mol^-1，PtF₆(g)+e^-=PtF₆^-(g) △H₂=-771.1kJ·mol^-1，O₂⁺PtF₆^-(s)=O₂⁺(g)+PtF₆^-(g) △H₃=482.2 kJ·mol^-1，则反应O₂(g)+ PtF₆ (g) = O₂⁺PtF₆^- (s)的△H=_____________ kJ·mol^-1。

解析：欲得到题设的目标方程式O₂ (g) + PtF₆ (g) = O₂⁺PtF₆^- (s)，可将题设已知的三个热化学方程式进行加减法，即将①式减去③式消去目标方程式中未出现的O₂⁺(g)，得O₂(g)+PtF₆^-(g)=O₂⁺PtF₆^-(s)+e^-，然后将此式再与②式相加，消去目标方程式中未出现的PtF₆^-(g)和e^-，故△H=△H₁-△H₃+△H₂= 1175.7 kJ·mol^-1-482.2 kJ·mol^-1+(-771.1kJ·mol^-1)= -77.6kJ·mol^-1。

答案：△H=-77.6kJ·mol^-1

    例3．（2009·福建高考改编）在298K下，C、Al的单质各1mol完全燃烧，分别放出热量a kJ和b kJ。又知一定条件下，Al的单质能将C从它的最高价氧化物中置换出来，若此置换反应生成3molC的单质，则该反应在298K下的△H =________（注：题中所设单质均为最稳定单质）

解析：由两种单质完全燃烧可得已知热化学方程式：① C(s)+O₂(g)=CO₂(g) △H₁=-akJ·mol^-1, ②4Al(s)+3O₂(g)=2Al₂O₃(s) △H₂=-4b kJ·mol^-1；欲求的目标方程式为4Al(s)+3CO₂(g)=2Al₂O₃(s)+ 3C(s)，故由②式减去①式乘以3，消去目标方程式中未出现的O₂(g)，即△H=△H₂-3△H₁ =-4b kJ·mol^-1-(-3a kJ·mol^-1)=(3a-4b) kJ·mol^-1。

答案：△H=(3a-4b) kJ·mol^-1

二、书写电池反应和电极反应的加减法

电化学学习中电极反应的书写是一个重点，也是一个难点，尤其是书写燃料电池负极的电极方程式难度更大，根据电池总反应式是正、负电极两个半反应之和的原理，在书写时可以采取先写出较易写的电极反应，然后在转移电子数相同的前提下，用电池反应减去较易写的电极反应，即得另一电极反应。也可以通过写出两极上的电极反应，相加得到电池总反应式。

例1．   如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：

               
    ①电池的负极是    （填“a”或“b”）极，该极的电极反应式是             。

②电池工作一段时间后电解质溶液的pH      （填“增大”、“减小”或“不变”）。

解析：由于失去电子的一极为负极，故CH₄导入的一极（a极）为负极。因为CH₄被O₂氧化生成CO₂和H₂O，CO₂与电池中NaOH溶液反应生成Na₂CO₃，可得电池总反应式：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正极反应式（容易写）：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-，此时负极反应式可由电池总反应式减去正极反应式乘以2消去O₂得到：CH₄+10OH^-→CO₃^2-+7H₂O+8e^-。由总式知电池反应过程中消耗OH^-，pH减小。

答案：①a  CH₄+10OH^-→CO₃^2-+7H₂O+8e^-  ②减小

例2．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成下列有关的电池反应式：

负极反应式：2CO+2CO₃^2-→4CO₂+4e^-；正极反应式：                   ；电池反应式：                        。

解析：依题意CO在负极上发生氧化反应，则O₂在正极上发生还原反应，在Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物中，CO₃^2-的增减和移动保持两极电荷平衡，电池总反应式为：2CO+O₂=2CO₂，而正极反应式可通过总反应式减去负极反应式消去CO而得：O₂+2CO₂+4e^-→2CO₃^2-。

答案：O₂+2CO₂+4e^-→2CO₃^2-；2CO+O₂=2CO₂

例3．天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子的正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO₂），充电时LiCoO₂中Li被氧化，Li⁺迁移并以原子形式嵌入电池负极材料（C₆）中，以LiC₆表示。电池反应为：,下列说法正确的是（   ）。

A．充电时，电池的负极反应式为LiC₆→Li⁺+C₆+e^-

B．放电时，电池的正极反应式为CoO₂+Li⁺+e^-→LiCoO₂

C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质

D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低

解析：正向充电为电解池，逆向放电为原电池。由原电池总反应式：CoO₂+LiC₆= LiCoO₂+C₆知电池的负极反应为LiC₆→Li⁺+C₆+e^-，则正极反应式由电池反应减去负极反应式消去LiC₆ 和C₆得：CoO₂+Li⁺+e^-→LiCoO₂，故选项B正确。由于二次电池放电与充电正好反向，故电解池的阳极反应式为LiCoO₂→CoO₂+Li⁺+e^-，阴极反应式为Li⁺+C₆+e^-→LiC₆，故选项A错。醇类是非电解质，不可以用作锂离子电池的电解质，选项C错。锂离子电池的比能量高 ，否则不可能作为新型电池推广，选项D错。

答案：B

例4．银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了硫化银。有人设计用源电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为                       ；正极发生的反应为                        ；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为：                             。

解析：从题意看，硫化银被还原成单质银，起还原作用的肯定是铝制容器，负极铝失去电子被氧化，其电极反应式为：Al→Al³⁺+3e^-，正极硫化银得到电子，被还原为银，且有硫化氢气体放出，则溶液中水参与反应，其电极反应式为：Ag₂S+2H₂O+2e^-→2Ag+H₂S↑+2OH^-。将负极反应式乘以2加上正极反应式乘以3消去6e^-，就得到原电池中总反应方程式：2Al+3Ag₂S+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂S↑+6Ag。

答案：2Al→2Al³⁺+6e^-    3Ag₂S+6H₂O+6e^-→6Ag+3H₂S↑+6OH^-

2Al+3Ag₂S+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂S↑+6Ag。

三、书写化学平衡常数表达式的加减法

    答案：D

四、书写较复杂的化学方程式时的加减法

在书写较复杂的无机反应化学方程式时，若盲目书写会出现写不全或写不对等现象，可将复杂的反应拆分为若干个简单反应，写出其化学方程式，然后再相加得到总反应式。

例1．将氧气通入硫化钠溶液中有淡黄色浑浊现象，请写出有关化学方程式：             。

    答案：2Na₂S+2H₂O+O₂=4NaOH+2S↓

例2．在盛有二氧化硫气体的集气瓶中投入过氧化钠粉末，粉末的颜色由淡黄色转变为白色，该反应的化学方程式是：                      。

解析：模仿CO₂与Na₂O₂反应写出：2SO₂+2Na₂O₂=2Na₂SO₃+O₂，发现还原性较强的Na₂SO₃还会被O₂氧化：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；两式相加消去Na₂SO₃得总反应式：SO₂+Na₂O₂=Na₂SO₄。

答案：SO₂+Na₂O₂=Na₂SO₄

例3．（2009·北京高考改编）铁的重要化合物在生产生活中应用广泛。FeSO₄溶液与稍过量的NH₄HCO₃溶液混合，可得含FeCO₃的浊液。若FeCO₃浊液长时间暴露在空气中，固体表面会变为红褐色，写出由FeCO₃生成红褐色物质的反应的化学方程式：                            。

解析：红褐色物质为Fe(OH)₃，其来源可能是4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃…①，而Fe(OH)₂可由FeCO₃水解而得：FeCO₃+H₂O Fe(OH)₂+CO₂…②，由①式加上②式乘以4，消去Fe(OH)₂即得：4FeCO₃+O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃+4CO₂。

答案：4FeCO₃+O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃+4CO₂

例4．在硫酸亚铁溶液中加入与硫酸亚铁等物质的量的Na₂O₂，恰好使硫酸亚铁转化为红褐色沉淀。写出该反应的离子方程式：                        。

解析：红褐色沉淀是Fe(OH)₃，其来源可以是4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃…①，而Fe(OH)₂可以是Fe²⁺+2OH^-=Fe(OH)₂↓…②，OH^-则是由Na₂O₂与H₂O反应得到的：2Na₂O₂+2H₂O=4OH^-+4Na⁺+O₂↑…③，故该反应的离子方程式可由②式×4+③式×2+①式消去Fe(OH)₂、OH^-和部分O₂得：

4Fe²⁺+4Na₂O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃↓+8Na⁺+O₂↑。

答案：4Fe²⁺+4Na₂O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃↓+8Na⁺+O₂↑

2010、10、15