氧化還原化學與電化學

用半反應配平氧化還原方程

靠試錯去配平一個亂糟糟的氧化還原方程,簡直讓人抓狂。半反應法把它馴服了:先把反應拆成兩個獨立的故事——氧化半反應和還原半反應——各自完整地配平,最後再把它們縫合起來,使一邊失去的電子恰好等於另一邊得到的電子。這是一份食譜,像所有好食譜一樣,你要按順序照做。

在每個半反應內部,步驟是:先配平主元素;用加 H2O 來配平氧;用加 H+ 來配平氫;再用加電子(e-)來配平電荷。這樣你就得到,比如酸性中高錳酸根的還原半反應為 MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn2+ + 4 H2O。然後把兩個半反應按比例放大,使它們的電子數相等,相加,再把兩邊都出現的東西約掉。若反應在鹼性而非酸性中進行,最後再在兩邊加 OH- 把 H+ 中和成水即可——這是個小小的附加步驟。

這種方法是分析化學和無機化學的主力,每一次滴定計算、每一個電池半電池、每一次電解的背後都有它。它最大的優點是電子計數一目了然:你能實實在在地看到有多少電子在移動,而這正是化學計量和能斯特方程所需要的數字。要老實說一句:配平好的方程只告訴你守恆的算術——它對反應到底會不會發生、發生有多快隻字未提。要問「會不會」,就得去看電池電位。

還原半反應:MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn2+ + 4 H2O。氧化半反應:Fe2+ -> Fe3+ + e-。把鐵的半反應放大 5 倍後相加:MnO4- + 8 H+ + 5 Fe2+ -> Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O。

五個電子必須對齊:1 個高錳酸根氧化 5 個亞鐵離子。

酸性條件下加 H+ 和 H2O;鹼性條件下先按酸性配平,最後再在兩邊加 OH-。忘記讓電子相消是最常見的錯誤。

又稱
half-reaction methodion-electron method半反应法离子-电子法