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配平氧化还原反应的方法

2022.6.22
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zhaoqisun

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配平氧化还原反应的方法有很多种,其中最主要的方法都是根据电子的得失或氧化数的升降来计算的。[9]

得失电子守恒法

1.配平原理

发生氧化还原反应时,还原剂失去电子、氧化剂得到电子,得失电子数守恒[9][13]。

2.方法和步骤[9]

标出发生变化的元素的氧化数,并确定氧化还原反应的配平方向。在配平时,需要确定先写方程式那边物质的计量数。有时先写出方程式左边反应物的计量数,有时先写出方程式右边生成物的计量数。一般遵循这样的原则:自身氧化还原反应→ 先配平反应物的计量数;部分氧化还原反应 → 先配平生成物的计量数;一般的氧化还原反应→既可先配平生成物的计量数,也可先配平反应物的计量数。

列出氧化数升降的变化情况。当升高或降低的元素不止一种时,需要根据不同元素的原子个数比,将氧化数变化的数值进行叠加。

根据电子守恒配平氧化数变化的物质的计量数。

根据质量守恒配平剩余物质的计量数。最终并根据质量守恒检查配平无误。

氧化数升降法

基本原则

质量守恒、电子守恒、氧化数升降守恒[9]。

基本步骤

标变价:写出反应物和生成物的化学式,标出变价元素的氧化数。

列升降:列出反应前后元素氧化数的升降变化值。

求总数:使氧化数升高和降低的总数相等。

配系数:用观察的方法配平其他物质的化学计量数,配平后,把单线改成等号。

查守恒:检查方程式两边是否“质量守恒”、“电荷守恒”和“元素守恒”。

在配平时,是先考虑反应物,还是先考虑生成物,一般有如下规律:

若氧化剂/ 还原剂中某元素的氧化数全部改变,配平宜从氧化剂、还原剂开始,即先考虑反应物。(正向配平);若氧化剂/ 还原剂中某元素氧化数只有部分改变,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,宜从生成物开始配平。(逆向配平)

同一反应物中有多种元素变价,可将该物质作为一个整体考虑,即求该物质的一个分子中各变价元素的氧化数升、降值的代数和。

【例】试配平C + HNO3→ NO2+ CO2+ H2O:

写出反应物和生成物的化学式:C + HNO3→ NO2+ CO2+ H2O;

列出元素的氧化数的变化:

image.png

3.使氧化数的升高和降低的总数相等:C + 4HNO3→ 4NO2+ CO2+ H2O;

4.配平其它物质的系数:。

在一些特殊的方程式中,可以用以下三种处理方式,以配平常规方法难以配平甚至无法配平的方程式:

零价法

先令无法用常规方法确定氧化数的物质中各元素均为零价,然后计算出各元素氧化数的升降值,并使元素氧化数升降值相等,最后用观察法配平其他物质的化学计量数。

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,即假定它们的氧化数相同,根据化合物中氧化数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两倍。

整体标价法

当某一元素的原子或原子团(多见于有机反应配平)在某化合物中有数个时,可将它作为一个整体对待,根据化合物中元素氧化数代数和为零的原则予以整体标价。

离子电子法

在水溶液中进行的氧化还原反应,可以用常用离子/电子法配平(又叫半反应法[5])。这种配平方法的优点是简单易行,且能判断出方程式中所缺少的一些物质。其配平原则是:反应过程中,氧化剂获得的电子总数等于还原剂失去的电子总数。现结合以下实例说明其配平步骤[3]。

【例】在酸性介质中,KMnO4与K2SO3反应生成MnSO4和K2SO4,完成并配平方程式。

配平的具体步骤如下:

根据反应写出未配平的离子方程式MnO4-+ SO32-→ Mn2++ SO42-①

写出两个半反应式,一个表示还原剂被氧化的反应,另一个表示氧化剂被还原的反应:氧化反应 SO32-→ SO42-式中产物的氧原子数较反应物中的多,反应又在酸性介质中进行,所以可在上式反应物中加H2O,生成物中加H,然后进行各元素原子数及电荷数的配平,可得:SO32-+ H2O → SO42-+ 2H++ 2e-②还原反应 MnO4-→ Mn2+式中产物中的氧原子数减少,应加足够多的氢离子(氧原子减少数的2倍),使它结合为水,配平后得:MnO4-+ 8H++ 5e-→ Mn2++ 4H2O ③

根据氧化剂和还原剂得失电子数相等的原则,在两个半反应式中各乘以适当的系数,即以②×5,③×2,然后相加得到一个配平的离子方程式。

写出完全的反应方程式:

待定系数法

1.配平原理

质量守恒定律说明,在发生化学反应时,反应体系的各个物质的每一种元素的原子在反应前后个数相等。通过设出未知数(如x、y、z等均大于零)把所有物质的计量数配平,再根据每一种元素的原子个数前后相等列出方程式,解方程式(组)。计量数有相同的未知数,可以通过约分化简[9]。

2.方法和步骤

对于氧化还原反应,先把元素氧化数变化较多的物质的计量数用未知数表示出来,再利用质量守恒把其他物质的计量数也配平出来,最终每一个物质的计量数都配平出来后,根据某些元素的守恒,列方程解答。


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