复杂化学方程式的书写举隅说明

复杂化学方程式的书写举隅

宏观看现象，微观想结构，用符号表征，这是化学学习的基本方式。化学方程式是重要的化学符号，他是联系宏观与微观的桥梁，准确书写化学方程式是中学化学教学的主要任务之一，他也是高考考查的热点，现将教学中一些复杂、新颖方程式的书写归类说明。 

分析 先考虑SO2和Ba（ClO）2发生氧化还原反应①SO₂+H₂O+ClO→SO₂^-+2H⁺+Cl^-；再考虑沉淀反应②Ba₂+SO₂→4BaSO₄↓；若ClO-过量，还要考虑强酸制弱酸反应③ClO^-+H→HClO，我们可以认为①②反应一定发生，③反应是后续反应，受ClO^-量多少的影响。A显然错，BaSO₃与HClO要发生氧化还原反应；B是1 mol Ba（ClO）₂和1 mol SO₂反应，发生了①②③，正确；D是1.5 mol Ba（ClO）₂和1 mol SO₂反应，发生了①②③，正确；C是过量的SO₂和1 mol Ba（ClO）₂反应，只发生反应①②，综上述，本题答案选A。 

点评 某一体系若发生多个反应，应考虑优先发生的反应，再根据过量反应续写后步反应，最后加和得到总方程式，这是一种常用化难为易的技巧，很多学生对此掌握不好。常见具有先后顺序的反应：一种氧化剂和多种还原剂的反应（如Cl₂和Fe₂⁺、Br^-、I^-混合体系反应）、一种还原剂和多种氧化剂的反应（如Fe和Fe₃⁺、Cl₂、Cu₂⁺混合体系反应）、一种强酸和多种弱酸根反应（如H⁺和OH^-、CO₂^-、AlO₂^-混合体系反应）、一种强碱和多种阳离子反应（如OH^-和NH₄⁺、H⁺、Al₃⁺混合体系反应），它们遵循“强者优先反应”的规律。 

二、因果反应类型 

例2 有下列实验： 

①将少量Cu粉加入2mL 10% H₂O₂溶液，无现象； 

②将2滴CuSO₄加入2 mL 10% H₂O₂溶液，迅速产生大量气泡； 

③将少量Cu粉、稀硫酸加入2mL 10% H₂O₂溶液，迅速产生大量气泡，溶液慢慢由无色变成蓝色，写出③中发生的反应方程式。 

分析 ①实验说明H₂O₂与Cu不发生氧化还原反应，②说明Cu₂⁺是H₂O₂分解的催化剂，③说明H₂O₂在酸性环境中氧化Cu生成了Cu₂⁺，溶液显蓝色、Cu₂+催化H₂O₂分解生成O₂。本实验中产生气泡现象很剧烈，而溶液变蓝很缓慢，这极易让人产生Cu氧化H₂O₂的假象，在①②实验的对比下我们得出结论：H₂O₂先氧化Cu生成Cu₂⁺，接着发生Cu₂⁺催化H₂O₂分解反应，二者具有因果关系，反应方程式分别为： 

H₂O₂+2H+2Cu→2Cu₂⁺+2H₂O 

2H₂O₂+Cu₂⁺→2H₂O+O₂+Cu

点评 影响物质的性质（氧化性、还原性）因素有浓度、温度和溶液的酸碱性：如浓硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化性强、MnO₄^-在酸性中氧化性最强、浓硫酸在加热时可以氧化铜等，本题中加入的稀硫酸提高了H₂O₂的氧化性，从而氧化了Cu，产物Cu₂⁺是过氧化氢分解的高效催化剂，这些因果关联的作用导致上述现象的发生。学生容易形成定势思维，总认为一个实验现象仅仅对应一个方程式，其实一个实验现象背后往往发生多个反应，我们一般只写出了主要的反应方程式。 

三、竞争反应类型 

例3 将FeSO4溶液与稍过量的NH₄HCO₃溶液混合，有白色沉淀生成，写出离子反应方程式。 

分析 若白色沉淀是Fe（OH）₂，它在空气中不能稳定存在，将被氧化成Fe（OH）₃，颜色由白色迅速变成灰绿色、最终变成红褐色，故白色沉淀只能是FeCO₃，离子方程式为Fe₂+2HCO→3FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O”（配平技术：根据电荷守恒，HCO₃^-的系数是2，根据元素守恒判断还生成了H₂CO₃）。 

点评 本题是2009年北京高考题26节选，很多学生认为，Fe₃⁺（Al₃⁺）与HCO₃^-（CO₂^-）发生双水解，生成氢氧化物沉淀和二氧化碳气体，Fe₂⁺与HCO₃^-也应该发生双水解反应，生成氢氧化亚铁沉淀和二氧化碳气体，怎么会生成FeCO₃沉淀？教师演示实验：向分别盛有1 mL的0.5mol/L、1 mol/L的碳酸氢钠溶液各加入1滴、1mol/L FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃溶液，前者马上出现白色沉淀，没有出现灰绿色→红褐色的颜色变化，说明沉淀是FeCO₃而非Fe（OH）₂，后者生成红褐色沉淀和气体，说明产物是Fe（0H）₃和CO₂。教师给出Fe₂+2HCO→3FeCO₃+H₂O+CO₂的K1为7.8×107、Fe₂+2HCO₃^-==Fe（OH）₂+2CO₂的K2为7.8×103，前者K1K2，所以Fe₂⁺与HCO₃^-反应主要生成FeCO₃。教师给出反应Fe₃+3HCO₃→3Fe（OH）₃+3CO₂， K3为6.6×1019，K值大（Fe₃⁺的极化能力强，溶液中不存在Fe₂（CO₃）₃），故Fe₃+与HCO-₃主要生成氢氧化物沉淀和二氧化碳气体。常见金属阳离子和碳酸氢根（碳酸根）可能发生双水解生成氢氧化物的沉淀（如Al₃⁺、Fe₃⁺）、碳酸盐沉淀（如Ca₂⁺、Fe₂⁺）、碱式碳酸盐沉淀（如Mg₂⁺、Cu₂⁺），实质是水解反应和沉淀反应的竞争，K大反应的趋势更大，产物应根据题目信息进行判断。 

四、可逆反应类型 

例4 一定条件下，气体甲（CO₂）与固体（CaO、FeO）中的某种成分可能发生氧化还原反应，写出一个可能的化学反应方程式 

________________________________________，并设计实验方案验证该反应的产物。 

分析 CO2中碳显+4价，有氧化性，FeO中铁显+2价，有还原性，二者可以发生氧化还原反应：+4价的碳可以被还原成CO、C，+2价的铁可以被氧化成Fe₂O₃、Fe₃O₄，如2FeO+CO₂△Fe₂O₃+CO，设计的实验方案只要检验相应的产物即可：取样品于试管中，加盐酸溶解，再加KSCN溶液，若显红色，则证明产物中有Fe₂O₃；将生成的气体点燃后通入澄清石灰水，若变浑浊，证明有CO。 

点评 本题是2014年浙江高考题26节选，很多学生受炼铁反应Fe₂O₃+3CO==2Fe+3CO₂干扰，认为FeO与CO₂不能反应，显然学生对于可逆反应的认识不深刻。其实任何反应都是可视为可逆反应，对某一具体反应仅仅是正向、逆向反应的程度不同。大学教材有这样规定：298K，K≥104的反应进行彻底，称为“完全反应”，方程式用等号连接；K≤10^-4的反应限度小，认为“不能反应”；10^-4≤K≤10⁴的反应称为“可逆反应”，方程式用可逆符号连接。这是某大学教材介绍炼铁反应中存在的多个可逆反应（高价态元素呈现逐次降价还原）： 

Fe₂O₃+CO△2FeO+CO₂ 

FeO+CO△Fe+CO₂ 

五、多物质放电类型 

例5 用FeCl₃酸性溶液脱除H₂S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压（x）下电解pH=1的0.1 mol/L FeCl₂溶液，研究废液再生机理。记录如下（a、b、c代表电压值：） 

（2）Ⅰ中，Fe₂⁺产生的原因可能是Cl^-在阳极放电，生成的Cl₂将Fe₂⁺氧化。写出有关反应的方程式________________________________。 

点评 高中教材几乎都这样强调：活性电极或阴离子在阳极发生氧化反应失去电子；阳离子在阴极发生还原反应得到电子。如何理解阴阳极的放电反应？物理化学告诉我们，阳极发生氧化反应失去电子、阴极发生还原反应得到电子，以维持回路的电子迁移。在特定反应条件下，阴极附近离子的析出电势高，越容易先获得电子被还原；任何放出电子的氧化反应都能在阳极进行，离子的析出电势越低，越容易在阳极放出电子被氧化。物质的析出电势不仅要考虑离子的平衡电极电势（与金属活动性有关），还要考虑一定电流密度下的超电势。我们要向学生说明：活泼电极、阴离子、阳离子，甚至气体分子都可以在阳极失去电子，阳离子、阴离子和中性气体分子也可在阴极得到电子，有时甚至出现多种物质同时放电的情况，应打破定势，要接受离子放电发生变化的事实。