· 所以,氧化半反应 × 3: 3Cu → 3Cu2? + 6e?
· 还原半反应 × 2: 2NO?? + 6e? + ... → 2NO + ...
3. 补全环境(介质)并平衡原子: 这是最考验侦探推理能力的一步。需要根据产物和溶液环境(酸性/碱性/中性),添加H?, OH?或H?O来平衡电荷和原子。
· 本案在稀硝酸(酸性)中进行。
· 还原半反应左边:2NO?? + 6e? + ...
· 右边:2NO + ...
· 先平衡O原子:左边比右边多6个O,在酸性环境中,加H?来结合多出的O,生成H?O。需要加 8H? (因为2NO??有6O,生成2NO有2O,多出4O,需要8H?生成4H?O)。
· 所以还原半反应补全为:2NO?? + 6e? + 8H? → 2NO + 4H?O
· 检查电荷平衡:左边:2(-1) + 6(-1) + 8*(+1) = -2 -6 +8 = 0;右边:0。平衡!
4. 合并半反应,消去电子:
· 氧化:3Cu → 3Cu2? + 6e?
· 还原:2NO?? + 6e? + 8H? → 2NO + 4H?O
· 两式相加,消去6e?: 3Cu + 2NO?? + 8H? → 3Cu2? + 2NO + 4H?O
5. 转化为分子方程式:
· 考虑到溶液环境是HNO?,将NO??和H?改回HNO?。2个NO??和8个H?需要8个HNO?提供,但其中2个HNO?的N被还原了(提供了2NO??),另外6个HNO?是作为酸提供H?和NO??。
· 所以左边写为:3Cu + 8HNO?
· 右边3Cu2?需要6个NO??结合成3O?)?,加上2NO和4H?O。
· 最终案情还原: 3Cu + 8HNO?(稀) = 3O?)? + 2NO↑ + 4H?O 与课本完全一致!
当凌凡独立地通过这套“侦探流程”推导出完整的方程式时,一种巨大的成就感取代了之前的困惑。他不再是机械地记忆方程式,而是在重现和理解一个完整的电子转移事件!
他将这套方法应用到其他反应中:
· 实验室制氯气:MnO? + 4HCl(浓) =Δ= MnCl? + Cl?↑ + 2H?O
· 勘察: Mn从+4→+2(降,得电子,氧化剂);Cl从-1→0(升,失电子,还原剂)。
· 追踪: Mn得2e?,Cl失1e?,最小公倍数2e?,所以需要2个Cl?被氧化。
· 重构: 顺利配平。他理解了为什么浓盐酸和加热是必要条件。
· 高锰酸钾在酸性条件下氧化Fe2?:
· 勘察: MnO??中Mn从+7→+2(得5e?),Fe2?从+2→+3(失1e?)。
· 重构: 运用半反应法,在酸性介质(加H?)下,能完美配平出:MnO?? + 5Fe2? + 8H? = Mn2? + 5Fe3? + 4H?O。
每一次成功的“破案”,都让他对氧化还原反应的理解加深一层。他开始能初步判断物质的氧化性、还原性强弱(比如知道KMnO?在酸性条件下是强氧化剂,Fe2?具有还原性),并能理解一些现实生活中的现象,如金属的腐蚀(铁被氧气氧化)、电池的原理(自发氧化还原反应转移电子形成电流)等。
氧化还原反应,这本曾经晦涩难懂的“侦探小说集”,终于在他自创的“侦探法则”下,被一页页地解读开来。电子,这个神秘的“主角”,其转移的轨迹,在他眼中变得越来越清晰。
他的化学宇宙,因此增添了关于能量与电子流动的、动态而深刻的一维。
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(逆袭法典·化学篇·笔记五)
· 核心模型: 将氧化还原反应视为追踪电子转移的“侦探破案”过程。
· 破案四步法:
1. 现场勘察: 标注所有元素化合价,锁定价态变化者。
2. 锁定疑犯: 根据“升失氧,降得还”识别氧化剂(得电子)与还原剂(失电子)。
3. 追踪赃物: 计算得失电子总数,确保守恒。
4. 重构案情: 利用半反应法,在考虑环境介质(H?/OH?/H?O)下,配平方程式,重现完整反应。
· 理解升华: 通过此过程,深刻理解反应本质,而非记忆方程式。能初步分析氧化性/还原性强弱。
· 应用广泛: 此法适用于绝大多数无机氧化还原反应,是解决复杂配平问题的利器。
· 能力提升: 培养从微观电子角度分析宏观化学变化的能力。
· 警句: 氧化还原非乱局,实为电子转移之精密戏剧。为侦探,察价态之变,辨得失之主,追电子之踪,复方程之原。明此道,则万千氧化还原谜题,皆可迎刃而解。