配平氧化还原方程式的关键点
本文发表于北师大《高中数理化》杂志，是山东科技出版社即将出版的《用原子的眼睛看世界——中学化学关键知识解读》中的一篇，该书将于2021年底出版。
对于有很多种物质参与的复杂氧化还原反应来说，观察法很难直接配平。
这时，我们可以根据氧化还原反应中“氧化剂得电子数等于还原剂失电子数”，运用最小公倍数法则先行确定氧化剂和还原剂的化学计量数（或氧化产物与还原产物的），再以此为基础观察配平其它物质的化学计量数。
如此把配平操作分为2步或3步，使得配平过程变得有章可循，比较容易。
关键点1．以分子为单位计算得失去电子数
因为我们最终是给分子赋以化学计量数，故必须以分子为单位计算氧化剂和还原剂的得、失电子数，而不能只看一种元素、一个原子的化合价变了多少。
例1 配平方程式：As2S3 + HNO3 +H2O = H3AsO4+ NO↑+ H2SO4。
第一步，全面分析元素化合价变化的情况我们看到，As2S3 中两种元素的化合价均有升高，As2S3 是该反应的还原剂；HNO3中氮元素的化合价降低，HNO3是该反应的氧化剂；
第二步，以一个分子为单位分别计算氧化剂、还原剂的得失电子数；
这样，我们就可先给HNO3配以化学计量数28，而As2S3 配以化学计量数3。
3As2S3+ 28HNO3 +H2O = H3AsO4 + NO↑+ H2SO4。
第三步，观察法配平其他物质的化学计量数；先观察氧化产物H3AsO4和H2SO4，依照As、S原子守恒，它们的化学计量数应该分别为 6、9，由N原子守恒，还原产物NO的化学计量数为28；最后计算未参与氧化还原过程的H2O的化学计量数，根据H原子或O原子守恒关系可知，其化学计量数应该是4。
3As2S3+ 28HNO3 +4H2O = 6H3AsO4 +28NO↑+ 9H2SO4。
小结：以分子为单位计算得失电子数的策略，避免了只计算一种元素、一个原子造成的差错，切实符合配平方程式中分子（物质）的化学计量数的根本需求。
下边的两个方程式，供你练习用（答案见文章最后，下同）：
练习1：FeS2 + O2 = Fe2O3+ SO2
练习2：Fe(OH)3 + Cl2 + NaOH = Na2FeO4 + NaCl +H2O
关键点2．“身兼二职” 物质的化学计量数由两部分构成
有些物质参与反应时，一部分被氧化（还原）而另一部分没有被氧化（还原），只是起到了提供酸性（碱性）条件的作用，这些物质的化学计量数由两部分（参与氧化还原的部分和未参与氧化还原的部分）加和而成。
例2 配平方程式Cu2S + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO↑ + S↓ + H2O
第一步，以分子为单位计算得失电子数，给氧化剂、还原剂配上化学计量数：
Cu2S：2Cu +1→+2 失2e-，1S -2→0 失2e-，共失去4e-；
HNO3： 1N +5→+2，得 3e-。
故Cu2S的化学计量数为 3，而起氧化剂作用的HNO3 的化学计量数是4（或者说，NO的化学计量数为4，因为它是HNO3得到电子后变成的）。
3Cu2S + （4+x）HNO3 = Cu（NO3）2 +4NO↑ + S↓ + H2O
第二步，根据Cu2S的化学计量数判断产物Cu（NO3）2、S的化学计量数分别为6、3。
3Cu2S + （4+x）HNO3 = 6Cu（NO3）2 +4NO↑ + 3S↓ + H2O
第三步，计算HNO3的化学计量数：
HNO3 的化学计量数由两部分组成，它应该是4+6×2=16[式中“6×2”对应于Cu（NO3）2中NO3- 的量，它们未被还原，只是由酸变为盐，我们说这一部分硝酸只是表现了酸性]。
3Cu2S + 16HNO3= 6Cu（NO3）2 +4NO↑ + 3S↓ + H2O
第四步，计算未参与氧化还原的H2O的化学计量数。
3Cu2S + 16HNO3= 6Cu（NO3）2 +4NO↑ + 3S↓ + 8H2O。
小结：这类物质最为常见的不过是H2SO4（浓）、HNO3、HCl、NH3 等几种，只要我们善于分析，看透反应的本质，还是比较容易判断的。
练习3：FeO + HNO3 = Fe（NO3）3 + NO↑ + H2O
练习4：K2Cr2O7 + HCl= KCl + CrCl3 + Cl2↑ + H2O
练习5：NH3 + Cl2 = NH4Cl+ N2
关键点3．同一物质既做氧化剂又做还原剂时采用逆向配平法
当遇到同一物质既做氧化剂又做还原剂的情况时，计算它的得失电子数是无意义的。这时可看一看产物里的情况，因为氧化产物是失去了电子的物质，而还原产物则是得到了电子的物质，它们的得失电子数应该是相等的，我们可以先行配平它们的化学计量数，再据此观察配平其它物质的化学计量数。是为“逆向配平法”。
例3 配平下列方程式：S + NaOH = Na2S + Na2SO3 + H2O
这是硫在碱性溶液里的歧化反应，应该从产物入手配平。先计算氧化产物Na2SO3 和还原产物Na2S 的得失电子数并配平它们的化学计量数。
Na2SO3：1S 0→+4 失4e-；
Na2S：1S 0→-2 得 2e-。
故Na2SO3、Na2S的化学计量数分别为1和2，据此观察反应物中S的化学计量数应该是3，进而可观察配平其他物质的化学计量数：
3S + 6NaOH = 2Na2S+ Na2SO3 + 3H2O。
小结：逆向配平法适合于同一物质既是氧化剂、又是还原剂的反应，包括歧化反应。
练习6：Br2 + Na2CO3 =NaBr + NaBrO3 + CO2↑
练习7：P4 + CuSO4 + H2O= Cu3P + H2SO4 + H3PO4
关键点4．配平离子方程式时注意运用“电荷守恒原则”
例4 配平下列氧化还原离子方程式：NO2‑ + Cr2O72- +H+ = NO3- + Cr3+ + H2O
第一步，根据元素化合价变化分别计算Cr2O72-、NO2-的得失电子数：
Cr2O72-：2Cr +6 →+3 得 6e-；
NO2-：1N +3 →+5 失 2e-。
故Cr2O72-、NO2-的化学计量数分别为1和3。
3NO2‑+ 1Cr2O72- + H+ = NO3-+ Cr3+ + H2O
第二步，观察法配平氧化产物NO3-、还原产物Cr3+ 的化学计量数：
3NO2‑+ 1Cr2O72- + H+ = 3NO3-+ 2Cr3+ + H2O
第三步，根据离子方程式中“电荷守恒原则”，计算其它带电荷离子的化学计量数。本例中只有H+，要使电荷守恒，它的化学计量数应该是8。
3NO2‑+ 1Cr2O72- + 8H+ = 3NO3-+ 2Cr3+ + H2O
第四步，观察配平未参与氧化还原过程的H2O的化学计量数：
3NO2‑+ 1Cr2O72- + 8H+ = 3NO3-+ 2Cr3+ + 4H2O
小结：此类方程式配平过程中，一是注意分清楚化合价与离子所带电荷，不要受离子符号的影响；二是运用电荷守恒原则，观察配平未参与氧化还原的离子的化学计量数。
练习8：Fe2+ + NO3- +H+ = Fe3+ + NO↑ + H2O
练习9：MnO4- + SO32-+ H+ = Mn2+ + SO42- + H2O
参考答案：
练习1：4FeS2+ 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
练习2：2Fe（OH）3 + 3Cl2+ 10NaOH = 2Na2FeO4 + 6NaCl +8H2O
练习3：3FeO + 10HNO3= 3Fe（NO3）3 + NO↑ + 5H2O
练习4：K2Cr2O7+ 14HCl = 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2↑ + 7H2O
练习5：8NH3+ 3Cl2 = 6NH4Cl + N2
练习6：3Br2+ 3Na2CO3 = 5NaBr + NaBrO3 + 3CO2↑
练习7：11P4+ 60CuSO4 + 96H2O = 20Cu3P + 60H2SO4+ 24H3PO4
练习8：3Fe2++ NO3- + 4H+ = 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O
练习9：2MnO4-+ 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42-+ 3H2O