“五步法”配平氧化还原反应方程式
2018-01-04刘朗辰
刘朗辰
摘 要：氧化还原反应的实质是电子的得失或电子对的偏移，其外在表现为化合价的升降，為高效地配平氧化还原反应方程式，文章通过对四大类反应规律的分析归纳，从大量实例总结出了简单易用的“五步法”，能够高效地配平中学阶段所有氧化还原反应方程式，在此基础上，可以很方便地分析解决电子转移关系、氧化还原数量关系等深层次难题。
古往今来，在世界各国人民心目中化学方程式不能主观臆造，必须符合客观规律。氧化还原反应是中学学习的重难点，反应方程式必须满足质量守恒、得失电子总数守恒、升降价守恒的配平原则。“五步法”是一种高效可靠的方法，能够满足中学阶段所有氧化还原反应的配平要求。
①标变价：标出变价元素的化合价。
②对变量：分别列出变价元素反应前后对应的升、降价关系及变化量。对应关系遵守不交叉原则：化合价能不变则不变，若非要变价则变化量最小。
③求公倍：用最小公倍法配平变价元素（系数配在价态多的物质前），使升降价相等。
④配系数：用观察法配平其他物质的系数，配平后，把单线改成等号。
⑤查守恒：检查方程式两边是否“质量守恒”和“电荷守恒”。
一、一种元素自身氧化还原
对于仅有一种元素参加的氧化还原反应，也称自身的氧化还原反应，可分为歧化反应和归中反应。若某个元素的化合价在反应中既有上升又有下降就是歧化反应（disproportionation reaction），此时氧化作用和还原作用发生在同一分子内部中处于同一氧化态的元素上，使该元素的原子（或离子）一部分被氧化，另一部分被还原。
例1，配平歧化反应：S+KOH—K2S+K2SO3+H2O
S+KOH—K2S+K2SO3+H2O（①标变价：标出变价元素反应前后的化合价）
S+KOH—K2S+K2SO3+H2O（②对变量：不交叉原则，确保化合价变化最小）
3S+KOH—2K2S+K2SO3+H2O（③求公倍：将变价物质系数配在价态多的前）
3S+6KOH—2K2S+K2SO3+3H2O（④配系数：配平其他元素）
3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O（⑤查守恒：核查验算）
归中反应（Comproportionation）指同种元素组成的不同物质（可以是单质和化合物，也可以是化合物和化合物）发生氧化还原反应，元素的两种化合价向中间靠拢的反应。即含不同价态同种元素的物质在发生氧化还原反应时，该元素价态的变化一定遵循“高价+低价→中间价”的规律，不会出现交错现象。归中反应与歧化反应相对。
例2，配平归中反应：H2S+H2SO4（浓）—S↓+H2O
H2S+H2SO4（浓）—S↓+H2O（①标变价：标出变价元素反应前后的化合价）
H2S+H2SO4（浓）—S↓+H2O（②对变量：不交叉原则，确保化合价变化最小）
3H2S+H2SO4（浓）=4S↓+4H2O（③求公倍：将变价物质系数配在价态多的前）
3H2S+H2SO4（浓）=4S↓+4H2O（④配系数、⑤查守恒）
练习1：H2S+3H2SO4（浓）= 4SO2+ 4H2O
练习2：3Cl2+6KOH=5KCl+ KClO3 +3H2O
练习3：KClO3+6HCl=KCl+ 3Cl2↑ +3H2O
二、两种元素相互氧化还原
1.氯气的制备
氯气的制备是高中阶段的重要考点，其中暗含了一个重要的知识点便是使用KMnO4、K2Cr2O7这两种强氧化剂时，除非是制备氯气，否则决不能使用盐酸酸化（因为会产生氯气，会消耗相当一部分氧化剂），只能用硫酸酸化。也不能用硝酸酸化，因为硝酸本身是强氧化剂，若用硝酸去酸化KMnO4、K2Cr2O7，此时反应的氧化剂便是硝酸了。
（1）实验室制氯气。
KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ Cl2↑ +H2O
KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+Cl2↑ +H2O（①标变价）
KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ Cl2↑ +H2O（②对变量：不交叉原则确保变价量最小，依据右下角标大的来确定升降价，否则会出现分数系数）
2KMnO4+HCl—KCl+MnCl2+ 5Cl2↑ +H2O（③求公倍：将变价物质系数配在价态多的前）
2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O（④配系数、⑤查守恒）
（2）无需加热制氯气。
K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+Cl2↑ + H2O（①标变价）
K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+Cl2↑ +H2O（②对变量：不交叉原则确保化合价变化最小，应依据右下角标大的来确定升降价系数）
K2Cr2O7+HCl—KCl+CrCl3+3Cl2↑ +H2O（③求公倍：将变价物质系数配在价态多的前）
K2Cr2O7+14HCl=2KCl+2CrCl3+3Cl2↑+7H2O（④配系数、⑤查守恒）
2.氮元素变价
（1）测铜相对原子质量。高中阶段能够还原CuO的主要有五种物质：H2、C、CO、NH3、CH3CH2OH。科学研究中常用NH3还原CuO来测定铜的近似相对原子质量，其反应方程式配平过程如下：
NH3+CuO—N2+Cu+H2O
2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O
（2）氯气管道泄漏。工业生产过程中常用浓氨水来检查氯气管道是否泄漏，其原理是同时利用了氨气的还原性和碱性，首先是氨气将泄漏的氯气还原为氯化氢（体现氨气的还原性），然后酸性的氯化氢再与碱性的氨气生成铵盐（白色烟雾，体现氨气的碱性），如果发现有白烟生成，则证明氯气管道泄漏。
