“电子守恒法”在氧化还原反应中的妙用

蒋雪平

氧化还原反应的实质是电子的转移，遵循电子得失守恒的原则，即同一反应中，物质失去（或吸引）电子的总数与物质得到（或偏离）电子的总数相等。根据氧化还原反应中蕴含的这一规律，可以高效快捷地解决有关氧化还原反应的相关问题，使学生透过现象看本质，灵活地做到融会贯通、举一反三。

一、“方程式配平”中的应用

氧化还原方程式配平可以利用五个字来描述：“标、等、定、平、查”。其中“等”和“查”都要用到得失电子守恒法。无论是正向配平、逆向配平还是综合配平，关键是要找准“研究对象”，然后结合“电子守恒法”就能简单、快捷地解决问题。

例1配平下列氧化还原方程式。

（1）NH3+O2→NO+H2O

分析标价NH3中N：-3→+2↑ NH3失5e-

O2中O： 0→-2↓ O2得2e-×2=4e-

根据“守恒法”，则NH3与O2的化学计量数之比为4∶5，再利用“观察法”进行配平，就可得：4NH3+5O24NO+6H2O

（2）P+CuSO4+H2O→Cu3P+H3PO4+H2SO4

分析标价即所选择的研究对象为Cu3P和H3PO4，则可以表示为：

Cu3P中，Cu：+2→+1↓得e-×3=3e-

P：0→-3↓得3e-

Cu3P共得3e-+3e-=6e-

H3PO4中P：0→+5↑ H3PO4失5e-

根据“守恒法”，则Cu3P和H3PO4的化学计量数之比为5∶6，再利用“观察法”进行配平，就可得：11P+15CuSO4+24H2O

5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4

（3）Cu+HNO3→Cu（NO3）2+NO↑+H2O

分析标价、观察可以发现，方程式中铜元素与氮元素的化合价发生了变化，但是氮元素为部分化合价改变，故可以选择Cu和NO为研究对象，则可以表示为：

Cu：0→+2↑2e-Cu失2e-

NO：+5→+2↓3e-NO得3e-

根据“电子守恒法”，2与3的最小公倍数为6，则Cu与NO的化学计量数之比为3∶2，再利用“观察法”进行配平，就可得：

3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

由此可见，氧化还原反应配平的根本就是得失电子的守恒，能够快捷地找出氧化剂（或者氧化产物）与还原剂（或者还原产物）之间的化学计量数之比，从而简化过程。

二、在“电化学”中的应用

电化学的实质就是电子的定向移动，这其中正负两极（或者阴阳两极）得失电子总数相等，据此原理就可以计算相关的问题。

例2石墨做电极，电解R（NO3）x溶液，阳极放出气体560 mL（标准状况下），阴极析出m g金属R，试求R的相对原子质量。

分析根据题意可得，电解池的电极反应：

阴极：Rx++xe-R

阳极：4OH--4e-O2↑+2H2O

根据“电子守恒法”，则有：m gM×x=560 mL×10-3L/mL22.4 L/mol×4，解得M=10mx g/mol，故R的相对原子质量为10mx。

三、“综合计算”中的应用

氧化还原计算需要与质量守恒、原子守恒、元素守恒和电荷守恒中的一种或几种来进行共同攻克，才能实现对问题的解决。

例3一定质量的由氧化铜、氧化铁和铁粉组成的混合粉末，与100 mL 4.4 mol/L的盐酸恰好完全反应，得到896 mL气体（标准状况下），假如反应后的溶液中只有HCl和FeCl2，还有1.28 g固体，将溶液加水稀释到320 mL，得出此时溶液中盐酸的物质的量浓度为0.25 mol/L，试求混合物中各物质的质量。

分析这是一道综合性的题，其中所涉及到的方程式比较多，需要学生审清题意，明确各个量之间的关系，从而找出问题解决的突破口。

因为溶液中有盐酸剩余，故溶液中的固体只能是金属铜，故可以得出：

m（CuO）=1.28 g64 g/mol×（64+16）=1.6 g

根据题意，总的盐酸：n（HCl）=100 mL×10-3×4.4 mol/L=0.44 mol

剩余的盐酸：n（HCl）=320 mL×10-3×0.25 mol/L=0.08 mol，

生成的氢气：n（H2）=896 mL×10-322.4 L/mol=0.04 mol

设混合物粉末中铁的物质的量为x mol，氧化铁的物质的量为y mol。

在此过程中有：Fe：0→+2↑失电子：2x mol

H2：+1→0↓得电子：0.04 mol×2=0.08 mol

CuO：+2→0↓得电子：1.28 g64 g/mol×2=0.04 mol

Fe2O3：+3→+2↓得电子：2y mol

根据“电子守恒法”可得：

2x=0.08+0.04+2y ①

根据“Cl-守恒”可得：

2x+4y+0.08=0.44 ②

联立①②可得：x=0.1 mol，y=0.04 mol

则有m（Fe）=0.1 mol×56g/mol=5.6g，

m（Fe2O3）=0.04 mol×（56×2+16×3）g/mol=6.4 g。

由此可见，“电子守恒法”的应用简化了过程，避免了对众多方程式之间的关系分析，使得过程变得清晰明了。

（收稿日期：2015-07-15）