0价法配平复杂氧化还原反应方程式及其拓展

刘先茂

【摘要】 氧化还原反应方程式的配平是学生在高中阶段必须掌握的一项化学技能。从配平的方法来看，有化合价升降法、待定系数法、偶数法、综合分析法等等。要求学生多加练习，灵活应用。其中化合价升降法最为关键，尤其是在不能准确确定元素化合价的情况下，可以选用0价法，其原理是：元素呈现一定的价态是物质内部元素间的内在矛盾，发生氧化还原反应时，化合价发生变化是外部矛盾，二者之间没有必然联系。单从配平来看，并不需要准确落实某物质中各元素的价态。

【关键词】 氧化还原反应方程式 拓展

【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2017）07-074-01

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例如：

Cu2S+HNO3——Cu（NO3）2+NO↑+H2SO4+H2O

Fe3C+HNO3——Fe（NO3）3+NO↑+CO2↑+H2O

这两个反应中的反应物Cu2S、Fe3C对于学生来讲陌生度较高，难以准确确定组成元素的准确化合价。此时，选用0价法配平很方便：

前者：令Cu2S中Cu与S均为0价，而且发生变化的Cu与S的原子个数按2：1的比例进行，那么升高的价态总和为2×2+6==10，降低的价态（N由+5价降为+2）为3，其最小公倍数为30，故Cu2S前的系数为3，NO前的系数为10，进而其他系数可一一确定得到相应的化学方程式：

3Cu2S+22HNO3==6Cu（NO3）2+10NO↑+3H2SO4+8H2O

事实上Cu2S中的化合价是可以准确确定的，Cu为+1，S为-2，那么同样可以知道升高的价态总和为1×2+8==10，两种算法得出的结论一致，这是因为内在矛盾与外部矛盾没有必然联系。甚而至于当我们错误地认为Cu为+2，S为-4，算出的结论也是正确的！这更进一步说明了0价法配平氧化还原反应的合理性。

对于后者，Fe3C中的化合价是确实不能准确认定了，那么用0价法就很方便了：令Fe3C中Fe与C均为0价，而且发生变化的Fe与C的原子个数按3：1的比例进行，那么升高的价态总和为3×3+4==13，降低的价态为3，其最小公倍数为39，故Fe3C前的系数为3，NO前的系数为13，进而其他系数可一一确定得到相应的化学方程式：

3Fe3C+40HNO3==9Fe（NO3）3+13NO↑+3CO2↑+20H2O

由此可见，采用适当的方法处理，对配平带来极大的方便。

但是我们发现，即便是如此，对于某些氧化还原反应，用0价法处理仍然较为困难——当反应过程中发生化合价变化的元素种类较多，除了一般性的氧化还原外，还存在有元素发生歧化、归中等变化。例如：

CuSO4+P4+H2O——Cu3P+H2SO4+H3PO4

反应过程中，有+2价的Cu化合价的降低，也有0价的P的歧化：既有降低为-3又有升高为+5。如果厘清关系，再注意调整方法，用0价法还是可以进行配平的：

逆向看，令Cu3P中Cu与P均为0价，那么发生变化的Cu原子个数为3，P的价态不变，那么升高的价态总和为2×3==6，降低的价态（H3PO4中P由+5价降为0）为5，其最小公倍数为30，故Cu3P前的系数为5，H3PO4前的系数为6，进而其他系数可一一确定再去分母得到相应的化学方程式：

60CuSO4+11P4+96H2O==20Cu3P+60H2SO4+24H3PO4

更进一步思考，加以拓展：既然我们可以运用0价法进行配平，表明不需要准确确定元素的化合价（前述错误的化合价认定也能够得到正确的结论），那么，我们是否可以通过适当的处理，避免该反应中0价的磷的歧化给我们带来困扰？答案是肯定的。

为方便计，令反应体系中所有的P均为0价（因为存在单质磷），H、S的化合价不变，于是只有Cu和O的化合价发生了变化。情况如下：

逆向看，化合价升高：Cu由0升高为+2，升高总数为2×3==6，化合价降低：O由-3/4降低为-2，降低总数为【-3/4-（-2）】×4==5，同樣可以获得正确结论：

60CuSO4+11P4+96H2O==20Cu3P+60H2SO4+24H3PO4

又如：

CuSO4+FeS2+H2O——Cu2S+H2SO4+FeSO4

为方便计，令反应体系中所有的S均为+6价，H、O化合价如常，则：

化合价变化情况为：FeS2中的Fe由-12升高为+2，升高总数为14，CuSO4中的Cu由+2降为-3，降低总数为5，故FeS2前的系数为5，CuSO4前的系数为14，进而其他系数可一一确定再去分母得到相应的化学方程式：

14CuSO4+5FeS2+12H2O==7Cu2S+12H2SO4+5FeSO4

再如：

NH4NO3——N2↑+HNO3↑+H2O

-3价、+5价的N在同一物质中，较难处理，为方便计，令反应体系中所有的N均为0价，H的价态仍为+1价。于是：

逆向看，化合价升高：H2O中O由-2升高为-4/3，升高总数为2/3，HNO3中O由-1/3降低为-4/3，降低总数为【-1/3-（-4/3）】×3==3，代入后调节系数可得：

5NH4NO3==4N2↑+2HNO3↑+9H2O

反思与总结：

在不涉及有关得失电子数目等的计算的情况下，仅仅只需要配平氧化还原反应时，我们可以通过拓展的0价法去除歧化、归中对配平的干扰，简化化合价变化情况，从而较为方便地把方程式配平。读者可以在平常的练习中运用一下，感受该方法带来的便利。而且，对于像Fe3C+HNO3——Fe（NO3）3+NO↑+CO2↑+H2O这样的反应，虽然存在对Fe3C的认知困难，但是我们把它配平以后，可以仅仅通过硝酸的变化确定该氧化还原反应过程中转移的电子数目，这是相当好的。