有三种物质参与的氧化还原方程式的书写

在化学教学中不可避免地会遇到一类，除氧化剂与还原剂外，还有作为反应介质而参与的另一种物质，这样有三种反应物的氧化还原反应。也可以称之为有三种物质参与的氧化还原反应。

学生在写这类反应方程式时，常常会有错误。所以，在教学过程中教师有必要对这类方程式的书写方法对学生进行有效地指导。

一、书写有多物种参与的氧化还原反应方程式时常发生的错误及原因

学生之所以会把有三种物质参与的氧化还原反应方程式写错，往往都是由于对反应介质在氧化还原反应中的作用没有把握好而造成的。

例1：当实验室没有盐酸时，可以考虑用食盐、浓硫酸与二氧化锰共热来制取氯气。这个反应就属于有三种物质参与的氧化还原反应。

学生在书写这个反应的化学方程式时，通常会比照两个十分熟悉的反应方程式。一个是食盐与浓硫酸反应得到氯化氢，另一个是浓盐酸与二氧化锰共热得到氯气。按这个思维定式，多数学生都会习惯性地依次写出：

较高温度下有2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl……（1）

及4HCl + MnO₂ = MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂……（2）

并想当然地认为，这两个方程式经检查后既然都没有写错，那么把它们相加，结果自然也不会有任何错误。

将式（1）×2  + 式（2），再消去两端共有的4个HCl分子后，就会得到：

4NaCl + 2H₂SO₄ + MnO₂ = 2Na₂SO₄ + MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂……（3）

但仔细观察一下，就会发现反应（3）竟然是错误的。错在没有考虑反应介质的变化，错在反应方程式（3）中的产物MnCl₂是人为臆造出来的。

为什么反应（2）的产物端可以有MnCl₂出现，而在很相似的反应（3）中这就变成是错误的了呢？要能给理解能力相互间可能有不小差别的学生们解释清楚其错误的所在，教师最好能够从多个方面来给出证明。

解释一：反应（3）所给出的定量关系——即其化学计量数是荒谬的。

反应（3）清楚地显示出了，其中反应物NaCl晶体的两个作用、两个去向，及它们间的物质的量之比。也就是说，如果反应物NaCl晶体有4mol，那么它就要用2 mol（注意是严格地2 mol、差一点也不行）发生氧化还原反应，另外的2 mol NaCl晶体恰好还都要电离，以便生成MnCl₂。并且是在整个反应过程中，及整个反应结束后都要如此，当NaCl晶体的量不足、而MnO₂过量时还要如此。无论是谁，恐怕无论怎样想办法控制反应条件也无法阻止MnO₂与溶液中写为MnCl₂形式的Cl^-离子反应吧。

解释二：应考虑到反应介质不同所造成的影响。

反应（2）是在浓盐酸中进行的，这是一个含有大量能够自由移动的Cl^-离子的体系。Cl^-离子不但是失电子的物种、是还原剂，它还充当了中和阳离子电荷的作用，即产物端所有的阳离子都应以氯化物的形式来出现。这样在反应（2）中产生的Mn²⁺离子，只能是写为MnCl₂。

而反应（3）是在浓硫酸中进行的。它与反应（2）中的盐酸有两点最大的不同。一是，硫酸并不参与氧化还原反应。二是，充当中和阳离子电荷作用的是溶液中大量存在的SO₄^2-离子。原则上，产物端的盐应尽可能地写成硫酸盐。即反应（3）中的MnCl₂应改为MnSO₄。

解释三：从反应的本质来看。

从反应端可看出，反应（3）的本质是MnO₂氧化NaCl晶体中的Cl^-离子。H₂SO₄分子使部分Cl^-离子逐渐从晶体上游离下来，成为有自由移动能力的Cl^-离子，以便与固体MnO₂接触而发生氧化还原反应，这样反应体系中就始终不会有大量Cl^-离子的聚集。Cl^-离子的量要远小于SO₄^2-离子的量。所以在反应（3）中不应该写出MnCl₂，而要将其改写为MnSO₄。

解释四：从产物端各种物质的存在形式来看。

反应（3）产物端的Na₂SO₄ 与MnCl₂都是强电解质，可将它们改写成离子的形式，得“4Na⁺ + 2SO₄^2- + Mn²⁺ + 2Cl^-”。这意味着，式（3）中处于游离状态的Mn²⁺离子实际上既没有与Cl^-阴离子结合，也没有与阴离子SO₄^2-结合。在式（3）中写出的MnCl₂完全是人为的臆造出来的。如果在一个有着相当量硫酸的体系中，一定要找出一种能平衡Mn²⁺离子正电荷的阴离子（保持溶液的电中性），让它以化合物的形式出现，首选的也应该是SO₄^2-离子。也就是说，如果要将反应产物端的“4Na⁺ + 2SO₄^2- + Mn²⁺ + 2Cl^-”，改写为化学式的形式，也只能是写为“2NaCl + Na₂SO₄ + MnSO₄”。这意味着，反应物端的“4NaCl”中有“2NaCl”根本就没有未参与化学反应的，理应被减去。这样总反应就应该是

2NaCl + 2H₂SO₄ + MnO₂ = Na₂SO₄ + MnSO₄ + 2H₂O + Cl₂……（4）

对照反应（4），还可以从另一个角度来证明反应（3）是错误的：

解释五：从反应（3）与反应（4）的关系来看。

反应（4）与如下的反应（5）简单加和，消去MnSO₄后，才能得到反应（3）。

2NaCl + MnSO₄ = Na₂SO₄+ MnCl₂……（5）

而反应（5）表示的是，在Cl^-离子本来就不多，而H₂SO₄很多的溶液体系中，要将MnSO₄代换为MnCl₂。反应（5）根本就是不可能发生，没有这样的反应存在。所以，反应（4）不应该与不存在的反应（5）相加，也无从得出反应（3）。

上面的几种解释都说明，反应方程式（3）是不合理的，也是无法实现的，有太多的臆造成分。

二、对书写错误的多物种氧化还原反应方程式的改正方法

对在化学教学中可能会遇到的多物种氧化还原反应方程式，仅告诉学生如何判断其书写结果的对错显然还是不够的。教师还应该归纳出怎样才能把这种错误改正过来，使其成为一个正确反应方程式的方法。

从上面对反应（3）错误的分析过程中，针对产物端MnCl₂存在的种种不合理性，实际上已经给出了一系列的改错方法。为能较为清楚地说明这些方法的来源与过程，且有一个对照，还是先写出有错误的反应（3）为好：

4NaCl + 2H₂SO₄ + MnO₂ = 2Na₂SO₄ + MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂……（3）

改错法一：依据解释五，反应（3）减去反应（5）（即与反应（5）的逆反应相加），就可以得到正确的反应（4）。

这样只要将反应Na₂SO₄+ MnCl₂=2NaCl + MnSO₄，与反应（3）相加就可以得到反应（4）。

改错法二：依据解释四，只考虑产物端的“2Na₂SO₄ + MnCl₂”这两种电解质，改写为电离后的真实存在形式“4Na⁺ + 2SO₄^2- + Mn²⁺ + 2Cl^-”，再重新组合为“2NaCl + Na₂SO₄ + MnSO₄”。就可在方程式两端都消去原来就有的“2NaCl”。

改错法三：依据解释三，既然Cl^-离子不应该在产物端存在，将它从方程式两端都减掉就可以了。但同时还要考虑到溶液要保持电中性，所以在减掉阴离子的同时，还要减掉荷有相同电荷的阳离子。在产物端有两个Cl^-离子要去掉，同时只能是搭配两个Na⁺离子，这样在反应物端只要也减掉两个NaCl，方程式剩余的部分就应该是正确的了。

三、直接写出有多物种参与的氧化还原反应方程式的方法

“改错”作为一种补救的方法虽然有用，但如果能保证反应方程式书写出来就不会错，不是就不用再作这些“改错”的“无用功”了吗？给出正确写出“多物种参与的氧化还原反应方程式的方法”，才应该是这部分内容的教学核心。

直接写出“多物种参与的氧化还原反应方程式”的方法有以下三个：

写法一：用离子方程式来改写成化学方程式。

对例1这个在酸性介质中，Cl^-离子被MnO₂氧化成Cl₂的离子方程式，可以很容易地写出为：

2Cl^- + 4H⁺ + MnO₂ = Mn²⁺+ 2H₂O + Cl₂。

对用食盐、浓硫酸与二氧化锰共热来制取氯气。由于食盐是一种反应物，是Cl^-离子的来源，所以在离子方程式的两端都要补充两个Na⁺离子。此时是硫酸为反应介质，为使反应物端的“4H⁺”，及产物端的“2Na⁺+ Mn²⁺”的电性能被中和，要在两端再补充2个SO₄^2--离子。这样马上就可以得到反应（4）。

而对浓盐酸与MnO₂反应，考虑到盐酸为介质，只要在离子方程式两端再补充2个Cl^-离子就有：4HCl + MnO₂ = MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂。

可见，上述两个反应的离子方程式相同，反应本质相同。但是产生Cl^-离子的物种不同，反应的介质不同，所以化学反应方程式有别。

写法二：将反应作为一个整体来考虑，直接写出反应产物，然后再配平。

如对例1，写出“NaCl + H₂SO₄ + MnO₂→”后，确认出其中的Cl^-离子是还原剂，MnO₂是氧化剂后。最为重要的还是要根据反应介质H₂SO₄来确定，产物端的盐应尽可能地写成硫酸盐。

这样将MnO₂被还原后成Mn²⁺盐，NaCl失去Cl^-离子后所成的Na⁺盐，都只能是硫酸盐。可以顺利地写出所有的产物为：

NaCl + H₂SO₄ + MnO₂→Na₂SO₄ + MnSO₄+ H₂O + Cl₂。

在此基础上，考虑反应中电子转移的数目是2，就很容易确定4个物种的系数（用红色表示），有

2NaCl + H₂SO₄ + MnO₂→Na₂SO₄ + MnSO₄+ H₂O + Cl₂。

再按“盐-酸-水”的顺序来配平其余的无电子得失的3个物种：

其中化学计量数未定的盐仅有一种，就是Na₂SO₄，由产物端的“2NaCl”可知，Na₂SO₄化学计量数为1。

从MnSO₄及Na₂SO₄的化学计量数都是1，可以确定H₂SO₄的系数2。

由于H₂SO₄的系数2，所以水的系数也是2。

这样整个配平的反应方程式就是：

2NaCl +2H₂SO₄ + MnO₂ = Na₂SO₄ + MnSO₄+ 2H₂O + Cl₂。

如果学生一定要用较为熟悉的、及比较简单的反应来加和，以写出总的反应方程式，可以考虑用如下的方法。

写法三：按习惯的方法分步来写。

在使用这个方法时，还是特别要注意介质的类别，以用其来甄别产物端的化学物种是否合理，以便及时地“改错”。

对例1，一般都会先写出NaCl晶体与硫酸的反应为

    2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl……（6）

        然后再比照盐酸制取氯气的反应写出

            4HCl + MnO₂ = MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂……（7）   

    由于这个氧化还原反应（7）中产物端不能出现MnCl₂，不合理，要改错。所以在反应（7）的两端要再加上一个H₂SO₄。成

    4HCl + H₂SO₄ + MnO₂ = H₂SO₄ + MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂，

        其中，产物端的“H₂SO₄ + MnCl₂”还可以改写为“2HCl + MnSO₄”。这样反应（7）就变成了

2HCl + H₂SO₄ + MnO₂ = MnSO₄ + 2H₂O + Cl₂，……（8）

将反应（6）与（8）相加，也得反应（4）。

四、几个有多物种参与的氧化还原反应

在化学教学中还有可能会遇到其它一些有多物种参与的氧化还原反应。如：

例2，溴化钠晶体、浓盐酸与二氧化锰共热来制取单质溴。

如果认为，可以将溴化钠晶体与浓盐酸共存看做是体系中有一定量的氢溴酸。而写出反应方程式：

NaBr + HCl = NaCl + HBr。

然后，比照浓盐酸在与二氧化锰反应制的氯气的反应，写出用溴化氢制取单质溴的反应：

4 HBr + MnO₂ = MnBr₂ + 2H₂O + Br₂。

再将前一反应乘以4后与后一反应相加。就会得到总反应

4NaBr + 4 HCl + MnO₂= 4NaCl + MnBr₂ + 2H₂O + Br₂。

用前面的标准来衡量，这个反应方程式无疑也是错的。因为上式的产物端不应该再有反应端已有的还原剂Br^-离子。

例3，用浓硫酸、铜屑共热，来鉴别固体硝酸盐的反应。

如果反应物是硝酸钠，学生一般都会先写出硝酸钠晶体与浓硫酸的反应方程式：

2NaNO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HNO₃。

然后，比照浓硝酸与铜的反应，写出：

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃) ₂ + 2NO₂ + 2H₂O。

再将前一反应乘以2后与后一反应相加。就会得到总反应

Cu +4NaNO₃ + 2H₂SO₄ = Cu(NO₃) ₂ + 2Na₂SO₄ +2NO₂ + 2H₂O。

用前面的标准来衡量，这个反应方程式无疑也是错的。因为上式的产物端不应该再写出反应端已有的氧化剂NO₃^-离子。