巧解氧化还原反应中电子转移数

氧化—还原反应是中学化学学习的主线, 也是高考必考内容之一。我们常用电子守恒定律解决化学问题, 在氧化—还原反应中遵循电子守恒定律, 即氧化剂得到的电子的物质的量 (或个数) 等于还原剂失去的电子的物质的量 (或个数) , 可以大大简化我们的计算过程, 收到事半功倍的效果。所以, 我们掌握计算氧化还原反应中电子转移数目的方法将成为高中学生学习的重中之重。

1 计算氧化还原反应中电子转移数的总体原则

在氧化还原反应中, 电子有得必有失, 转移电子数目就等于失电子数目或者得电子数目。因此, 计算氧化还原反应中电子转移的数目, 只需算出得电子数目或者失电子数目。而在任何化学反应中, 不管是得电子数目还是失电子数目, 我们从直观上都不可能直接判断, 所以这时候就需要借助化合价法来帮助我们判断, 即找出该反应中化合价发生改变的元素, 根据该元素前后化合价的变化情况以及参与该化合价变化的元素对应的原子个数算出化合价改变的总数目。但是我们发现在很多的反应中, 利用这种方法去解决问题, 并不能很准确的或很迅速的计算出化合价改变的情况, 所以这又涉及到不同的反应可以利用不同的方法来计算。下面我们就来介绍几类特殊反应中可以采用的方法。

2 氧化还原反应中电子转移数的几种计算方法

2.1 正向思维法

正向思维法可以适用与很多类型的反应, 最常规的就是在这样的反应中只有一种元素的化合价发生升高并且也只有一种元素的化合价发生下降, 甚至于该元素对应的所有原子都参与这种变化。当然对于这样的反应我们下面讲的任意方法对它都适用, 所以我们这儿也不深究。如:H2+C u O=H2O+C u。

正向思维法主要适用于归中反应。归中反应就是指同种元素的不同化合物发生氧化还原反应, 该元素的化合价向中间靠拢。

例1:2H2S+SO2===3S↓+2H2O

解析:此反应中, H2S中的S是-2价, SO2中的S是+4价, 它们两者发生归中反应均生成0价的硫, 这时候如果我们由反应物向产物直接分析就显得特别方便。我们不难发现, 参加反应的2个H2S中的S原子化合价都从-2价升高为0价, 同样参加反应的1个SO2中的S原子化合价都从+4价降低为0价, 也就是说化合价升高和降低的数目均为4, 换句话说, 电子转移的数目均为4。

对于这样的归中反应, 我们如果直接根据产物的系数, 就很容易在计算电子转移的数目时出错, 因为我们并不能一眼看出该产物中到底几分子为氧化产物又有几分子为还原产物。所以这时候我们就必须借助反应物的系数, 确定同一元素的原子几分子被氧化几分子被还原。

2.2 逆向思维法

逆向思维法主要适用于歧化反应。所谓歧化反应是指同一物质中同一价态的同一元素间发生的氧化还原反应 (发生歧化的元素会部分升价、部分降价) 。

例2:氯气与氢氧化钠溶液反应, 生成氯化钠、氯酸钠和水。其离子方程式为:

3Cl2+6OH-=5Cl-+ClO3-+3H2O

解析:氯气中氯的化合价为0。氯化钠中氯的化合价下降到-1;而氯酸钠中氯的化合价则上升到+5。如若我们直接从产物向反应物分析, 根据Cl-和ClO3-前的系数, 就不难发现参加反应的6个Cl, 其中有5个Cl化合价从0价降为-1价, 1个Cl化合价从0价升高为+5价, 所以这时, 我们不管从化合价升高的角度还是化合价降低的角度都很容易计算出转移的电子数为5。

我们结合刚才的这道例题将会发现Cl-和ClO3-之前的系数对于解这道题目起着至关重要的作用, 而在这道题目中Cl-和ClO3-又是这个离子反应中对应的产物, 所以这时采用由产物向反应物分析, 即所谓的逆向分析法就显得尤为简单。

2.3 前后统筹兼顾法

方法1和方法2对于解决仅有一种元素的化合价改变的反应有很大的帮助, 但事实上我们遇到的很多反应既不是归中反应也不是歧化反应, 这时这两种方法就显得心有余而力不足, 所以我们就必须采用第三种方法。前后统筹兼顾法顾名思义就是既要考虑反应物的变化情况又要考虑生成物的生成情况。

例3:3Cu+8HNO3 (稀) =3Cu (NO3) 2+2NO↑+4 H2O

解析:这道题目属于有两种元素的化合价发生改变的氧化还原反应。其中Cu的化合价从0价上升为+2价, 硝酸中部分N的化合价从+5价下降为+2价, 部分N的化合价没有改变, 这时我们仅从化合价升高的角度就很容易计算出转移的电子数为6, 但如果我们从化合价降低的情况计算转移的电数, 就要注意前后兼顾, 反应中不难看出, 参加反应的8个硝酸分子中, 有6个硝酸根离子N的化合价未改变, 仅有2个硝酸根离子中N的化合价从+5价下降为+2价, 同样我们也能迅速求出转移的电子数为6。

从以上分析大家可以看出, 一道具体的氧化还原反应, 不管是从失电子角度还是从得电子角度都能计算出转移的电子数。我们在具体运算时可根据题目的实际情况, 如果得电子数容易, 就根据得电子情况计算转移的电子数, 如果失电子数容易, 就根据失电子情况计算转移的电子数。

方法是死的, 人是活的, 人的因素占主导地位, 所以我们在遇到氧化还原反应中求算电子时还是要根据题目的具体情况具体分析, 从我们掌握的方法选择最适合自己的方法, 迅速而有效的获得自己满意的答案。

摘要：氧化—还原反应是中学化学学习的主线, 在氧化—还原反应中遵循电子守恒定律, 即氧化剂得到的电子的物质的量 (或个数) 等于还原剂失去的电子的物质的量 (或个数) , 可以大大简化计算过程, 收到事半功倍的效果。所以, 我们掌握计算氧化还原反应中电子转移数目的方法将成为高中学生学习的重中之重。

关键词：氧化—还原反应,电子守恒定律,歧化反应,正向思维法