氧化还原反应方程式的配平技巧   

氧化还原反应方程式配平既是化学教学中的一个重点、也是一个难点。对此虽已有很多的研究和讨论，但是距替代化学教材中的有一定普遍意义的配平方法、要解决化学教学的难点，则还有相当距离。

氧化还原反应方程式的配平方法，应该是一个物理意义十分明确，并易于掌握的操作程序。

一、现有氧化还原反应方程式配平方法的不足

现有化学教材，就氧化还原反应方程式配平，给出了一个由4个步骤组成的配平程序。这个程序并不复杂。但由于过于简单，使用起来总让人觉得不那么得心应手。主要问题有两个方面。

一是以元素化合价变化作为配平根据。而化合价是一个与元素及原子团有关的抽象化学概念。如何把化合价变化数与具体的参与氧化还原反应物种的分子数联系起来，恰恰是深入理解氧化还原反应本质及把握其配平方法的关键。但教材和多数教师都没有指出这一点。

二是让学生用观察的方法来配平化合价未发生变化元素的原子。所谓观察的方法，多数学生把其理解为一个个物种地去看，而不知主次。在参与氧化还原反应物种的系数确定后，其余物种化学计量数的确定其实是有规律可循的。应该把抽象的“观察法”变成具体的“观察方法”，赋予具体的内涵。

二、氧化还原反应方程式的配平的关键点

氧化还原反应与非氧化还原反应的区别，在于反应中是否有电子的转移或得失。所谓氧化还原反应方程式配平，是在考虑电子迁移的前提下，来确定反应前后各物种的化学计量数。从本质上看，这类配平同样是依据物质不灭定律，来确定反应前后原子数和分子数的一个推断过程。在这一推断过程中，使用较为抽象的化合价作为分析问题的工具，肯定不会比直接考虑得失电子数及原子数更为简单。因为后者的物理意义更为清楚，更容易与分子数联系起来。

考虑电子及原子数的配平氧化还原反应的方法如下。

（1）在横线左端写出所有反应物的化学式，右端写出生成物化学式。

（2）标出反应前后几种元素的化合价变化。由化合价变化值找出该元素一个原子得失（或发生偏移）的电子数。通过计算得失电子数的公倍数，来确定参与氧化还原反应的元素的原子数。这一步可称为“确定电子及原子数”。

（3）由参与氧化还原反应的该元素的原子数，确定氧化还原反应前后含有该元素物种的分子数（至此,参与氧化还原反应元素的原子和分子数都已配平）。这一步可称为“确定氧还分子数”。

（4）用观察法配平其余未参与氧化还原反应的物种的系数。观察的次序为盐、酸（或碱）、水。即先定盐的系数、由盐的系数定酸（或碱）的系数、最后由酸（或碱）的系数定水的系数。

这一方法物理意义清晰、学生便于掌握，使一些较为复杂的氧化还原反应方程式配平中的困难迎刃而解。

当然，对有些人来说，某些情况下由原子数转化为分子数的步骤也可能会是较难的。为此可以另安排一些由易到难的练习。最后学生能清楚，要解决“取多少个SO_x分子才能让其中的O原子个数等于a”这样的问题，就是把a被x除、用（a/x）作系数。能达到这个程度就可以了。

例1.  配平铜与稀硝酸反应的化学方程式。

（1）写出反应中所有的反应物和生成物Cu + HNO₃ - Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

（2）标出化合价及其变化值（见下式），可知得失电子的公倍数为6（失电子数要乘3、得电子数乘2）

    特别要指出，其中乘数3为参与氧化还原反应的Cu⁰的原子数，乘数2为参与氧化还原反应的N⁺⁵的原子数。

（3）由于得电子过程的箭号与HNO₃及NO有关，而箭号上的标明的参与反应的原子数（乘数）为2。所以HNO₃及NO的前面都应该加系数2（分子中都只有1个N原子）。

    由失电子过程的箭号上的乘数可确定Cu 和Cu(NO₃)₂的系数都是3。

 

    （4）对其它未参与氧化还原反应的物种，按盐、酸、水的顺序来确定系数。

作为反应产物端唯一的盐，其系数已被确定（不得再变），即[Cu(NO₃)₂]中的3个Cu²⁺阳离子已经有了来源（在反应物端有3个Cu）。但还有6个NO₃^-阴离子,在反应物端还没有体现出来（可见所谓先观察“盐”实际是要确定未参与氧还反应的酸根的数目）。所以反应物端HNO₃化学式前的系数应再加上6，而成为8（其中2个酸分子参与氧化还原反应，6个酸分子仅提供产物端的NO₃^-离子）。

酸中的8个H⁺离子都要跑到水分子中去，所以产物端的水分子系数应为4。

在本例里，由于盐的系数在第（3）步中已经确定了，这样按定“盐、酸、水”的配平顺序中只要接着“定酸”和“定水”就可以。

最后配平的方程式为  3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O。

    例2.用高锰酸钾晶体与浓盐酸反应制氯气。

（1）写出KMnO₄ + HCl - KCl + MnCl₂ +Cl₂ + H₂O

（2）标出化合价有变化元素的价态、找出每个原子得失电子数，据此得到反应得失电子总数为5。

可见，参与反应的Mn原子数为1、Cl原子数为5。

（3）据原子数确定参与氧化还原反应的物种的分子数。

其中化学式KMnO₄、MnCl₂ 前的系数都是1。每个Cl₂分子有.2个Cl原子，所以分子的个数为（5/2）。

（4）依盐、酸、水的顺序来配平其它物种。

该反应式中有3种盐。其中的2种盐（KMnO₄、MnCl₂ ）的系数已由电子得失数所确定，只有产物端KCl的系数没有确定。而它的阳离子K⁺来源于系数已定为1的KMnO₄，所以KCl的系数也是1。

所有的盐的系数都确定以后，可见产物端两种盐中共有3个Cl^-阴离子在反应物端没有被体现出来。反应物端HCl的系数应该再加上3，以提供3个酸根离子。这样HCl的系数为8。

酸HCl的系数确定为8后，可以知道H₂O的系数应为4。从而有配平的化学方程式

     KMnO₄ + 8HCl = KCl + MnCl₂ + （5/2）Cl₂ + 4H₂O

考虑到应把分数系数变为整数，上面的方程式要通乘以2（得失电子数也同时扩大1倍），而得   2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O。

三、原子数受化学式的制约的情况

在氧化还原反应方程式配平的过程中，原子数与得失电子的总数有关，但原子数有时还要受化学式制约。对这类反应，用一般的方法来配平是较难被学生理解并接受的。用上面程序来配平，则也能够化难为易。

这类变化的特点是，几个得电子过程（或失电子过程）与某一化合物有关。此时，该化合物的化学式对参与氧化还原反应的几种元素的原子数也有限定的作用。这样，在配平时就应该把与该化合物有关的几个过程合并为一个过程的组合（既是原子种类和数目的组合、又是得失电子过程的组合）来看待。然后考虑这个组合体（即分子）的得失电子数与另一过程失得电子数的关系，从而找出其得失电子的公倍数。

例3.          硫化亚铜与稀硝酸的反应

步骤（1）与（2）合并写出

其中Cu⁺¹失电子的过程用线1来表示，线上小括号内的失电子数1，即为一个Cu⁺¹在反应中失去的电子数。S^-2的失电子过程用线2来表示，线上小括号内的失电子数2，即为一个S^-2在反应中失去的电子数。

由于反应物Cu⁺¹和S^-2的个数，受到化学式Cu₂S的限制，它们一定要按2：1的个数比来参加反应。所以小括号内的失电子数要分别乘以原子数2和1。把它们相加，得到的方括号内等号后的综合失电子数4，就是1个Cu₂S失电子的数目。

把代表线1和线2的综合失电子数4，与线3表示的得电子数3相比较，最小公倍数为12。综合失电子数4要乘以3，即Cu₂S的个数为3（由此可以确定Cu和S的原子数分别是6和3）。线3的得电子数要乘以4，即应有4个N⁺⁵参与氧化还原反应。

（3）由参与氧化还原反应的Cu原子数是6、S原子数是3、N原子数是4，可以得到由得失电子数配平的结果

3Cu₂S + 4HNO₃ - 3S + 6Cu(NO₃)₂ + 4NO + H₂O。

（4）注意到产物端的盐Cu(NO₃)₂ 的系数为6，可直接以此推断反应物端酸分子的系数要多加12个HNO₃以提供NO₃^-离子，所以HNO₃的系数是16（4加12的结果）。

酸的系数确定了以后，很容易确定H₂O的系数为8。配平的结果为

    3Cu₂S + 16HNO₃ = 3S + 6Cu(NO₃)₂ + 4NO + 8H₂O

整个反应的电子转移数为12。

总之，用物理意义十分明确的电子及原子数来配平参与氧化还原反应的物种，给观察法以确定的“盐-酸-水”观察顺序，会更有利于学生掌握氧化还原反应方程式配平。

参考书目

[1].人民教育出版社化学室编著. 高级中学课本.化学（必修）第一册. 人民教育出版社. 1995