氧化还原型离子方程式的书写策略研究

氧化还原型离子方程式的书写策略研究

张峻

（沧州市中捷高级中学 061108）

摘要：氧化还原型离子反应方程式（包括复杂的电极反应式）的书写有策略可循。用物质守恒的思想和方法，通过四步，简便快捷地书写，同时培养学生的变化观和守恒观，形成重要的化学学科核心素养。

关键词：氧化还原反应 离子方程式 物质守恒 核心素养

氧化还原反应和离子反应是化学学科的核心概念和最重要的反应类型。氧化还原反应涉及氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物、氧化还原反应的本质和判断特征等核心内容，离子反应涉及电解质、离子反应发生的条件和离子方程式等核心知识，二者同时又均能将化学理论和元素化合物知识紧密联系起来，在整个高中化学中的地位举足轻重。物质守恒思想包括质量守恒（原子守恒）、电荷守恒、电子得失守恒和能量守恒等，它是化学最重要的学科思想。而能“一箭三雕”，将最重要的两大反应和最重要的学科思想统一起来的技能就是氧化还原型离子方程式的书写。该技能使学生能够把握两大经典化学反应的本质特征，顺利地建立变化观和守恒观，发展学生的“变化观念和平衡思想”的核心素养。基于以上论述，氧化还原反应型离子方程式的书写是历年高考考查的热点和难点所在，如2012年全国新课标理综卷26题、2014年全国新课标理综卷27题、2016年全国新课标理综II卷26题等。而学生如果不谙书写技巧，则往往觉得无从下手，得分率很低。

其实，氧化还原型离子反应有自己的书写策略，下面将作出具体介绍：

首先，要熟悉常见氧化剂和还原剂以及它们对应的还原产物和氧化产物。这里用表1、表2总结如下：

表1 常见氧化剂与其还原产物

常见氧化剂	MnO4—	Cr2O72—	IO3—	ClO—	(H+)NO3—	NO2—	Fe3+	H2O2	PbO2	…
还原产物	Mn2+	Cr3+	I—或I2	Cl—	NO	NO	Fe2+	H2O	PbO	…

表2 常见还原剂与其氧化产物

常见氧化剂	Fe2+	SO32—（SO2）	S2—（H2S）	I—	C2O42—	S2O32—	S22—	Cl—	MnOOH	…
还原产物	Fe3+	SO42—	S	I2	CO2	SO42—	S或SO42—	Cl2	O2	…

其次，注意三大守恒定律的运用 ：一是用得失电子守恒配平发生氧化还原反应的物质，二是密切结合反应体系的酸碱性，从而通过添加H⁺或OH^—使电荷守恒，三是利用原子守恒配平其它物质，例如水等。

如2014年全国新课标理综卷第27题“PbO₂与浓盐酸共热生成黄绿色气体，写出反应的离子方程式”。首先，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物为：PbO₂+Cl^——Pb²⁺+Cl₂ ；再利用得失电子数守恒配平为：PbO₂+2Cl^——Pb²⁺+Cl₂ ；观察原子个数和电荷并不守恒，则返回题干找出溶液为酸性，则应添加H⁺以使电荷守恒，H⁺应加在哪一边，视哪一边缺少正电荷而定——本式中左边缺少4个正电荷，则在左边加上4个H⁺；根据原子守恒，右边生成2个H₂O即可得离子方程式为：PbO₂+2Cl^—+ 4H⁺=Pb²⁺+Cl₂+2H₂O。

再如2012年全国新课标理综卷第26题“高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料，FeCl₃与KClO在强碱性条件下反应可制取高铁酸钾，其反应的离子方程式为_____”。首先，找出发生氧化还原反应的反应物和生成物：ClO

^-+Fe(OH)₃—Cl^-+FeO₄^2—；使得失电子数守恒配平为：3ClO^-+2Fe(OH)₃—Cl^-+2FeO₄^2— ；由于原子个数和电荷不守恒，则找出溶液为”强碱性条件”，判断应添加OH^—使电荷守恒，OH^—应加在哪一边，视哪一边缺少负电荷而定——本式中左边缺少4个负电荷，则在左边添加4个OH^—；最后根据原子守恒，右边生成5个H₂O，得出离子方程式为：3ClO^-+2Fe(OH)₃+4OH^-=3Cl^-+2FeO₄^2—+5H₂O。

又如“在淀粉碘化钾溶液中滴加少量次氯酸钾溶液，立即会看到溶液变为蓝色，这是因为______（用离子方程式表示）”。分析可知氧化还原行为是：ClO^-+2I^-—I₂+Cl^-，由于原子和电荷不守恒，则要寻找溶液的酸碱性，本题中没有明显的酸碱性，则在左边添加H₂O，右边添加H⁺或OH^-使电荷守恒，添加H⁺还是OH^-，视缺少正电荷还是负电荷而定——本式中右边缺少2个负电荷，则在右边添加2个OH^-，再根据原子守恒，定H₂O的计量数为1，即得出离子方程式为：ClO^-+2I^-+H₂O=I₂+Cl^-+2OH^-。

综上所述，书写氧化还原型离子方程式的策略为：

第一步，根据氧化还原反应知识确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物；

第二步，利用得失电子守恒初步配平以上物质；

第三步，保障电荷守恒，则结合溶液的酸碱性，添加H⁺或OH^-；

第四步，根据原子守恒确定H₂O的计量数。

其中，第三、四步的一般规律如下：

酸性条件：方程式等号的一边加H⁺，另一边加H₂O——关键看哪一边缺少正电荷

碱性条件：方程式等号的一边加OH^-，另一边加H₂O——关键看哪一边缺少负电荷

中性条件：方程式等号的左边加H₂O，右边加H⁺或OH^-——关键看右边缺少正电荷还是负电荷

但是，以上规律不能盲目地机械套用，解题必须因地制宜，机动灵活。如“用PbO与NaClO反应制PbO₂”，由第一、二步得：PbO+ ClO^-= PbO₂+Cl^-，反应前后的原子和电荷均已相等，则该离子方程式完成。

近年来，氧化还原型离子方程式的书写的应用和考查越来越广泛。电化学中电极反应式实质上也是半个氧化还原反应，又是以离子方程式的形式呈现，故也可归为氧化还原型离子反应。如果用上文所述策略去直接书写，无论多么复杂的电极反应式，均能快捷、准确地写出。如甲烷燃料电池（KOH做电解质溶液）的负极电极反应式。

第一步，写出负极还原剂和氧化产物：CH₄→CO₃^2—；

第二步，分析得失电子数，碳元素化合价由-4升高到+4，失去8个电子，写出：CH₄—8e^—→CO₃^2—

第三步，考虑电荷守恒，左边缺少10个负电荷，而电解质溶液为碱性， 则左边添加10个OH^—；

第四步，根据原子守恒，右边添加7个H₂O，负极电极反应式即得出：CH₄—8e^—+10OH^—=CO₃^2—+7H₂O

再如，2012年新课标理综卷26题“与MnO₂—Zn电池类似，K₂FeO₄—Zn也可以组成碱性电池，K₂FeO₄

在电池中作为正极材料，其电极反应式为______，该电池总反应的离子方程式为______。”由题述可知，总反应方程式不但没给出，反而要借助正负极电极反应式来求，故正极电极反应式只能直接写出。

第一步，写出正极氧化剂和还原产物：FeO₄^2—→Fe(OH)₃；

第二步，分析得失电子数，铁元素化合价由+6降低到+3，得到3个电子，写出：FeO₄^2—+3e^—→Fe(OH)₃

第三步，考虑电荷守恒，右边缺少5个负电荷，而电解质溶液为碱性， 则右边添加5个OH^—；

第四步，根据原子守恒，左边添加4个H₂O，正极电极反应式即得出：

FeO₄^2—+3e^—+4 H₂O = Fe(OH)₃+5OH^—

氧化还原型离子方程式的书写策略的建立，不仅让学生在考场上快速解题，使学生形成良好的思维模式和解题方法。更重要的是，学生能熟练掌握氧化还原反应和离子反应这两大核心反应的规律，深度理解物质守恒思想，对培养化学学科的核心素养起了至关重要的作用。

参考文献

[1] 2017年普通高等学校招生全国统一考试大纲

[2] 吴明好.基于高考对学科核心素养的考查谈高中化学教学.中国考试，2017（3）