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化学方程式的配平

2010-2-10 21:02:23  来源:高中化学网  作者:www.gzhxw.cn  【 】  浏览:

我们先来看一道最新高考题:

【例12008年全国 26.16分)

实验室可由软锰矿(主要成分为MnO2)制备KMnO4,方法如下:软锰矿和过量的固体KOHKClO3在高温下反应,生成锰酸钾(K2MnO4)和KCl;用水溶解,滤去残渣,滤液酸化后,K2MnO4转变为MnO2KMnO4;滤去MnO2沉淀,浓缩溶液,结晶得到深紫色的针状KMnO4。试回答:

软锰矿制备K2MnO4化学方程式是

                                                                

⑵K2MnO4制备KMnO4的离子方程式是

                                                        

若用2.5 g软锰矿(含MnO280%)进行上述实验,计算KMnO4的理论产量:

 

⑷KMnO4能与热的经硫酸酸化的Na2C2O4反应,生成Mn2+CO2,该反应的化学方程式是                                                      

上述制得的KMnO4产品0.165 g,恰好与0.335 gNa2C2O4反应。计算该KMnO4的纯度。

 

【解析】本题考查:氧化还原反应方程式的配平、离子方程式的书写、根据化学方程式进行的计算。

由题意可写出主要反应物和主要产物,再根据化合价升降总数相等,得出下式(方框中数字是根据化合价得出,带下划线数字是分别根据MnCl守恒得出):

↑2×3 ↓6×1

最后看HO,得出配平后的方程式应为:

3MnO2+KClO3+6KOH

 

 
3K2MnO4+KCl+3H2O.

 

根据化合价变化和电荷守恒可写出并配平该离子方程式:

 

 

根据中的两个方程式可以得到关系式:

3MnO2→3K2MnO4→2KMnO4

3×87               2×158

2.5  g×80%          m(KMnO4)

m(KMnO4)= =2.4 g

这又是一个氧化还原反应的配平的问题,可以根据题意,先写出主要反应物和产物,根据化合价的变化确定含MnC的物质的化学计量数之比:

2K+7MnO4+   H2SO4+5Na2+3C2O4 2+2MnSO4+ 10+4CO2↑+_____________

↓5×2                ↑2×5

然后根据原子守恒,确定还应有K2SO4Na2SO4H2O生成,最后可得出方程式如下:

2KMnO4+8H2SO4+5Na2C2O42MnSO4+K2SO4+10CO2↑+5Na2SO4+8H2O

可根据中的化学方程式来计算,设KMnO4的纯度为w

  2KMnO4   ~  5Na2C2O4

    2×158       5×134

  0.165g×w     0.335g

  w95.8%.

这道题中要求写出的化学方程式或离子方程式,都涉及氧化还原反应,而且化合价变化并不复杂,利用化合价的变化,然后再根据原子守恒,不难配平方程式。这也是氧化还原反应配平的一般方法,非常典型。是不是所有的氧化还原反应的配平都采用这种方法都能容易的完成呢?下面我们再来看两道例题:

 

【例2】配平KO2 + CO2 K2CO3 + O2

 

【解析】如果我们采用看化合价变化的方法,KO2O为- 1/2价,产物中有-2价和0价两种价态,变化值都是分数,容易弄错。有没有简单一点的方法呢?观察法可以吗?结果发现,观察法很容易配平:先定K2CO3前计量数为1,则KO22CO2 1O2 应为3/2,出现分数,所有计量数都乘以2,就是答案了。结果如下:

4KO2 + 2CO2 == 2K2CO3 +3O2

 

【例3】配平As2S3 + HNO3 +H2O H3AsO4 + H2SO4 + NO

 

【解析】这个化学方程式中,有三种元素的化合价发生了变化,所幸的是As2S3中两元素的化合价都是升高,分析也不难,可以将它们加起来,确定As2S3 HNO3的计量数之比,然后根据原子守恒配平。

有没有其他方法呢?观察法可以吗?我们发现,配平此方程式,关键是确定As2S3 HNO3的计量数之比,观察法显然难以实现。但可以设x,然后再根据原子(AsSNO)守恒配平,得出下式:

As2S3 + x HNO3 +(202x)H2O 2H3AsO4 + 3H2SO4 + x NO

 

最后根据H守恒,列出方程x2(202x)2×33×2,解出x=28/3,出现分数,将所有计量数均乘以3,变成整数,得出最终答案如下:

3As2S3 +28HNO3 +4H2O 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO↑

 

看了以上例题,我们自然会有这样一个印象:配平方程式,有两类情况:物质间两两均有相同元素,如【例2】和非氧化还原反应,均可直接根据原子守恒,用观察法配平;反应中有两元素,不存在于同一物质中,如【例3】中NS以及NAs,用观察法是无法配平的,只有确定了含有NSNAs的物质的化学计量数之比,才能配平。第类是我们研究的重点,关键是要确定在元素上没有关联的物质间的化学计量数之比。确定的方法,通常就可用【例3】中所介绍的直接设含有不关联的两物质的计量数之比为x,然后,根据根据原子守恒,列方程,解出x,就可配平了(为叙述方便,姑且称之为“1x”);如果是氧化还原反应,还可以利用化合价的变化确定(为叙述方便,姑且称之为化合价法”)。一般而言,两种方法差不多,无所谓优劣。化合价变化不太复杂时,优先采用化合价法,只有当化合价不易分析时,才采用“1x。为什么呢?下面我们再来看一个例子:

 

【例4】配平H2O2 + KMnO4 +  H2SO4 MnSO4 + O2↑+ K2SO4 + H2O

 

【解析】这个化学方程式中,只有OMn 两元素的化合价发生了变化,我们试用“1x,若设  ,根据原子守恒,可得下式:

2x H2O2+ 2KMnO4 + 3 H2SO4 2MnSO4 +O2↑+ K2SO4 + (2x +3)H2O

结果发现无法x可取任意正数,例如,x=1/2,配平后的方程式为:

H2O2+ 2KMnO4 + 3 H2SO4 == 2MnSO4 +3O2↑+ K2SO4 + 4H2O

 

x=3/2,配平后的方程式为:

3H2O2+ 2KMnO4 + 3 H2SO4 == 2MnSO4 +4O2↑+ K2SO4 + 6H2O

 

x=5/2,配平后的方程式为:

5H2O2+ 2KMnO4 + 3 H2SO4 == 2MnSO4 +5O2↑+ K2SO4 + 8H2O

我们还可以得出更多的不同化学计量数之比的化学方程式,这里就不举更多例子了。下面我们比较一下以上三个方程式,看看它们之间有何联系?结果不难发现,左边相差2nH2O2,右边相差2nH2OnO2。也就是说相当于方程式间加减了n2 H2O2== 2 H2O + O2

 

现在问题终于搞明白了,出现很多组解的原因是,我们把两个典型的反应加起来了:一个是酸性KMnO4 氧化H2O2,另一个是H2O2的分解。由于它们之间没有定量关系,因而得出很多答案。通常我们要写的,应是一个典型的反应,即酸性KMnO4 氧化H2O2的反应。根据化合价的变化,很快可以确定,也就是方程式

 

下面再来看一个例子,看看有什么特别之处。

 

【例5KMnO4 + KI + H2SO4MnSO4 + I2 + KIO3 + K2SO4 + H2O

 

【解析】这个化学方程式中,化合价变化情况为K+7MnO4+2MnSO4KI I2 , KI KIO3我们发现还原剂KI 被氧化成两种价态:I2 KIO3且它们之间没有定量关系,因而这个反应的化学计量数,并不唯一,像【例4】一样,可以把它看作是两个典型反应相加得到的:一个KI 全部被氧化成I2,另一个KI 全部被氧化成KIO3如果给出了I2 KIO3的计量数之比,就可以得出唯一答案。

 

化学方程式配平的基本原理是:各种元素的原子守恒。若是氧化还原反应,还可以应用化合价变化来配平。在配平时,一定要先分析一下,所给的反应是不是典型的反应,不要随便将两个不相干的反应相加,只有已知不相干的物质的计量数之比,才能相加。如果是离子方程式,配平时还要注意电荷守恒。


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