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谈如何书写化学反应方程式

 论文栏目:化学反应论文     更新时间:2017/5/3 10:31:35   

摘要:研究近几年高考试题以及带高三的实践经验,书写一些比较简单的反应,重在培养学生分析产物的能力和应用电子守恒、原子守恒、得失电子守恒的能力。这样做不仅可以减轻学生的负担,而且还可以帮助学生写出除了这些反应以外的许多反应的化学反应方程式。

关键词:产物分析;电子守恒;原子守恒;得失电子守恒;氧化还原反应;非氧化还原反应电化学

元素化合物知识是高中化学非常重要的一部分知识,也是教师比较难教、学生比较难学的一部分知识。之所以难,某一方面的体现是化学反应方程式书写的问题,尤其到了高三,没有见过的反应暂且不说,只是那些让学生要掌握的反应就有一百多个。面对这么多的反应方程式,许多教师陷入了一个极大的误区:让学生背化学反应方程式。为了让学生记住这些常见的反应,有些教师将这些反应整理出来让学生背,有些教师则采用罚抄反应方程式的方法督促学生背。这样做可能对平时考试有帮助,但是对高考并没有什么帮助。纵观近几年高考,让学生填写的反应方程式几乎没有一个是学生记住的反应方程式。

笔者一直在反思,既然高考不填写这些反应方程式,那么为什么要书写和记忆它们呢?书写和记忆这些反应的作用到底是什么?通过研究近几年高考试题以及带高三的实践经验告诉笔者,其实书写这些方程式重在培养学生两个能力:分析产物的能力和应用电荷守恒、原子守恒以及得失电子守恒完成反应的能力。如果学生有了这两个能力,不论是见过还是没有见过的反应,笔者相信学生都能写出来。笔者从氧化还原反应和非氧化还原反应角度简单谈一谈如何培养这方面的能力不论是书写哪一个反应,首先必须要准确的分析出产物是什么,如果产物分析错误,那么整个反应就会写错。在非氧化还原反应中,书写过量问题时的化学反应方程式难度较大,可以让学生记住产物。例如:Al3+与少量OH-反应生成Al(OH)3,与过量OH-则生成AlO2-;AlO2-与少量H+反应生成Al(OH)3,与过量H+则生成Al3+;CO2与少量OH-反应生成CO32-,与过量OH-则生成HCO3-;在氧化还原反应中,分析产物时则需要用到化合价升降的方法对产物进行判断,化合价变化的规律一般是元素化合价向着相邻或稳定的价态在转化。例如Cu和HNO3反应,Cu从0价升高为+2价转化为Cu2+,HNO3中+5价的N化合价降低为+2价转化为NO。对于非氧化还原反应,准确的分析出产物以后,再利用电荷守恒和原子守恒就能完成反应方程式的书写。例如:AlO2-与过量H+反应:AlO2-+H+→Al3+,观察方程式两边,会发现左边整体不带电,而右边带3个单位正电荷。为了保证方程式两边电荷守恒,在方程式左边需要再添3个H+(一般情况下,配平电荷守恒时溶液显酸性就添H+,溶液显碱性就添OH-)。反应就可以写成AlO2-+4H+→Al3+。最后再观察方程式,发现右边缺4个H原子和两个O原子,组成2个H2O填入方程式右边。该反应的反应方程式最终为AlO2-+4H+=Al3++2H2O;AlO2-与Al3+反应;AlO2-+Al3+→Al(OH)3↓,观察方程式两边,会发现右边整体不带电,而左边带2个单位正电荷。为了保证方程式两边电荷守恒,在方程式左边需要再添2个AlO2-。反应就可以写成3AlO2-+Al3+→Al(OH)3→。再观察方程式右边发现缺3个Al原子,反应就可以写成3AlO2-+Al3+→4Al(OH)3↓。最后观察方程式两边,发现左边缺12个H原子和6个O原子,组成6个H2O填入方程式左边边。该反应的反应方程式最终为3AlO2-+Al3++6H2O=4Al(OH)3↓。对于氧化还原反应,准确的分析出产物以后,除了应用电荷守恒和原子守恒外,还必须应用得失电子守恒才能完成反应方程式的书写。一般来说,对于氧化还原反应首先要保证得失电子守恒,然后在电荷守恒,最后原子守恒。例如Cu和HNO3反应,Cu+NO3-→Cu2++NO↑,Cu的化合价从0升高为+2,失2个电子,HNO3中N的化合价从+5降低为+2,得3个电子,利用配平氧化还原反应的方法---化合价升降法可使得失电子数相等,因此反应可进一步写为:3Cu+2NO3-→3Cu2++2NO↑。接下来利用电荷守恒和原子守恒的方法完成反应方程式的书写,该反应最终可写为3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO+4H2O↑。电极反应方程式的书写是原电池、电解池学习的重点内容,新课标高考下考察的原电池反应并不是简单的锌铜原电池,而是一些新型化学电源。这些新型化学电源不仅反应原理较难分析,而且电池反应书写起来难度较大。

通过书写这些比较简单的反应,培养学生分析产物的能力和应用电子守恒、原子守恒、得失电子守恒的能力,可以帮助学生解决这一类反应方程式的书写。如何应用这两个能力书写电极反应方程式?下面举例说明:参加电极反应的物质都是离子,不论书写哪一类电极反应方程式都必须遵守离子反应方程式的书写要求。例1:甲烷在碱性介质中的燃料电池的负极电极反应方程式第一步:分析负极及其在介质中的产物,简单写出电极反应方程式的反应物与产物。甲烷燃烧生成CO2,CO2在碱性介质中转变成CO32-,因此可将电极反应方程式简写为:CH4—CO32-第二步:利用得失电子守恒、离子守恒和原子守恒完成电极反应方程式。首先利用得失电子守恒,根据化合价升降算出得失电子数CH4的C为-4价,CO32-的C为+4价,CH4的C从-4价升高到+4价,化合价升高8,因此失去8个电子可将电极反应方程式进一步简写为CH4-8e-—CO32-,然后再根据电荷守恒,在方程式一边补上H+或OH-(如果溶液为酸性,就在方程式一边补H+,如果溶液为碱性,就在方程式一边补OH-),并计算出个数。从CH4-8e-—CO32-可看出,方程式左边失8个电子,可视为带8个单位正电荷,方程式右边CO32-带两个单位负电荷。因为溶液为碱性,所以应该在方程式左边补上OH-。

要让方程式两边电荷守恒,必须补上10个OH-。这是左右两边都带两个单位负电荷。电极反应方程式进一步简写为CH4-8e-+10OH-—CO32-最后根据原子守恒,在方程式一边补上H2O。从上式可看出,方程式左边多了14个H,7个O。因此要在方程式右边补7个H2O,才能让方程是两边原子守恒。电极反应方程式最后写为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O例2:(2015年•课标•全国Ⅱ卷,26)锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2、和NH4Cl等组成的糊状物质。该电池放电过程中产生MnOOH。(1)该电池正极电极反应式为______,电池反应的离子反应方程式为______。分析电池可知,MnO2为正极,放电过程生成MnOOH,电极反应方程式可简写为MnO2—MnOOH;MnO2转变为MnOOH得e-,电极反应方程式可写为MnO2+e-—MnOOH;介质为酸性,方程式左边带1个单位负电荷,右边带不带电荷,应在方程式左边补上1个H+,电极反应方程式可进一步写为MnO2+e-+H+—MnOOH;观察方程式两边会发现原子已经守恒,因此电极反应方程式最后写为MnO2+e-+H+=MnOOH。Zn为负极,放电过程生成Zn2+,电极反应方程式为Zn-2e-=Zn2+,正极方程式乘以2两式相加最后可得电池反应的离子反应方程式为Zn+2MnO2-+2H+=Zn2++MnOOH例3:写出用惰性材料作电极,电解NaCl溶液的的阴极电极反应方程式:阴极,H2O水中H+得电子,反应生成H2,电极反应方程式可简写为H2O—H2↑;H2O转变为H2得2e-,电极反应方程式可写为H2O+2e-—H2↑;,方程式左边带2个单位负电荷,右边不带电荷,应在方程式右边补上2个OH-,电极反应方程式可进一步写为H2O+2e-—H2↑+2OH-;最后,方程式右边多2个H、1个O,应在方程式左边补上1个H2O,电极反应方程式最后写为2H2O+2e-=H2↑+2OH-。

例4:(2014年•课标•全国Ⅱ卷,27)(3)PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为__________,阳极,Pb2+放电生成PbO2,电极反应方程式可简写为Pb2+—PbO2;Pb2+转变为PbO2失2e-,电极反应方程式可写为Pb2+-2e-—PbO2;,方程式左边带4个单位正电荷电荷,左边不带电荷,应在方程式右边补上4个H+,电极反应方程式可进一步写为Pb2+-2e-—PbO2+4H+;最后,方程式右边多4个H、2个O,应在方程式左边补上2个H2O,电极反应方程式最后写为Pb2+-2e-+2H2O=PbO2+4H+。自新课改以来,对学生能力要求越来越高,如果仅仅局限在书写反应方程式层面上,是无法达到新课标要求的。在高三复习的时候一定要注意培养学生分析产物的能力和应用电子守恒、原子守恒、得失电子守恒去书写化学反应方程式的能力,这样既可以减轻学生的负担,而且还可以提升学生书写方程式的能力,学生就不会仅仅局限在一些简单的反应方程式上。这也正符合新课标关于培养学生能力的要求。

作者:陈银山 单位:甘肃省嘉峪关市第二中学

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