配平下列反应式： FeSO4+HNO3+H2SO4＝ Fe2(SO4)3+NO↑+H2O，下列答案中系数自左到右正确的是()

这是一道典型的氧化还原反应配平题。我们可以使用**化合价升降法（电子得失守恒）**结合**原子守恒**来进行推导。 ### 1. 标出变价元素的化合价 首先找出反应前后化合价发生变化的元素： * **Fe (铁)**：在 $\text{FeSO}_4$ 中为 **$+2$** 价，在 $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ 中为 **$+3$** 价。 * 变化：$+2 \rightarrow +3$，升高 $1$ 价，失去 $1$ 个电子。 * **N (氮)**：在 $\text{HNO}_3$ 中为 **$+5$** 价，在 $\text{NO}$ 中为 **$+2$** 价。 * 变化：$+5 \rightarrow +2$，降低 $3$ 价，得到 $3$ 个电子。 ### 2. 根据电子得失守恒确定最小公倍数 为了使失去的电子总数等于得到的电子总数，我们需要找到 $1$ 和 $3$ 的最小公倍数，即 **$3$**。 * **Fe 的变化**：需要乘以系数 **$3$**（因为每个 Fe 失 1e⁻，总共需失 3e⁻）。 * 注意：生成物 $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ 中含有 2 个 Fe 原子。为了配平 Fe 原子，如果左边 Fe 的系数总和是 6（见下文推导），右边 $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ 的系数应为 3。 * 让我们先定基准：假设 $\text{NO}$ 的系数为 **$2$**（对应得 $2 \times 3 = 6$ 个电子），那么 $\text{Fe}^{2+}$ 就需要失去 6 个电子，即需要 **$6$** 个 $\text{FeSO}_4$。 * 或者更简单地： * 升价总数：$1 \times 6 = 6$ （设 $\text{FeSO}_4$ 系数为 6） * 降价总数：$3 \times 2 = 6$ （设 $\text{HNO}_3$ 中被还原的 N 对应的系数为 2，即 $\text{NO}$ 系数为 2） 由此初步确定主要物质的系数： * $\text{FeSO}_4$ 系数：**$6$** * $\text{NO}$ 系数：**$2$** * $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ 系数：根据 Fe 原子守恒，左边 6 个 Fe，右边每个分子含 2 个 Fe，所以系数为 $6 / 2 =$ **$3$**。 * 参与氧化还原的 $\text{HNO}_3$：生成 2 个 $\text{NO}$，说明有 **$2$** 个 $\text{HNO}_3$ 分子参与了氧化还原反应（作为氧化剂）。 此时方程式雏形为： $$6\text{FeSO}_4 + x\text{HNO}_3 + y\text{H}_2\text{SO}_4 = 3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 2\text{NO}\uparrow + z\text{H}_2\text{O}$$ ### 3. 利用原子守恒配平其他物质 **A. 配平硫酸根 ($\text{SO}_4^{2-}$)** * 右边：$3 \times \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ 含有 $3 \times 3 = 9$ 个 $\text{SO}_4^{2-}$。 * 左边：$6 \times \text{FeSO}_4$ 含有 $6$ 个 $\text{SO}_4^{2-}$。 * 缺少的 $\text{SO}_4^{2-}$ 必须由 $\text{H}_2\text{SO}_4$ 提供。 * 所需 $\text{H}_2\text{SO}_4$ 数量 = $9 - 6 = 3$。 * 所以，$\text{H}_2\text{SO}_4$ 的系数 $y =$ **$3$**。 **B. 配平氢原子 (H)** * 左边： * $\text{HNO}_3$ 中的 H：目前已知作为氧化剂的 $\text{HNO}_3$ 是 2 个，但我们需要确定 $\text{HNO}_3$ 的总系数 $x$。等等，这里有一个陷阱。$\text{HNO}_3$ 既做氧化剂又提供酸性环境吗？在这个反应中，硝酸根全部变成了 NO 吗？ * 让我们先看右边的水。 * 通常我们先配平非氧化还原部分的酸。让我们重新审视 $\text{HNO}_3$。 * 在离子方程式中：$3\text{Fe}^{2+} + \text{NO}_3^- + 4\text{H}^+ \rightarrow 3\text{Fe}^{3+} + \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O}$。 * 扩大 2 倍以匹配之前的电子守恒（6e⁻）： $6\text{Fe}^{2+} + 2\text{NO}_3^- + 8\text{H}^+ \rightarrow 6\text{Fe}^{3+} + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}$ * 这意味着需要 **$2$** 个 $\text{NO}_3^-$（来自 $\text{HNO}_3$）和 **$8$** 个 $\text{H}^+$。 * 这 $8$ 个 $\text{H}^+$ 来自哪里？ * 来自 $\text{H}_2\text{SO}_4$：我们刚才算出 $\text{H}_2\text{SO}_4$ 系数为 3，提供 $3 \times 2 = 6$ 个 $\text{H}^+$。 * 还需要 $8 - 6 = 2$ 个 $\text{H}^+$。 * 这 2 个 $\text{H}^+$ 必须来自 $\text{HNO}_3$。 * 因此，$\text{HNO}_3$ 的总系数 = 作为氧化剂的 2 个 + 提供质子的... 等等，$\text{HNO}_3$ 分子本身就含有一个 H。 * 让我们直接看分子式配平更稳妥。 **重新通过分子式原子守恒计算：** 目前已确定： $$6\text{FeSO}_4 + x\text{HNO}_3 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 = 3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 2\text{NO}\uparrow + z\text{H}_2\text{O}$$ * **N 原子守恒**： 右边有 2 个 N (在 2NO 中)。 所以左边 $\text{HNO}_3$ 的系数 $x$ 必须为 **$2$**。 *(注：这说明所有的硝酸都参与了氧化还原反应生成了 NO，没有剩余的硝酸根以盐的形式存在，因为铁已经全部结合硫酸根了)* * **H 原子守恒**： 左边 H 总数 = ($x$ 个 $\text{HNO}_3$) + ($3 \times 2$ 个 $\text{H}_2\text{SO}_4$) $= 2 + 6 = 8$ 个 H。 右边 H 都在 $\text{H}_2\text{O}$ 中。 所以 $2z = 8 \Rightarrow z =$ **$4$**。 * **O 原子守恒检查**： 左边 O： $6 \times 4 (\text{FeSO}_4) + 2 \times 3 (\text{HNO}_3) + 3 \times 4 (\text{H}_2\text{SO}_4)$ $= 24 + 6 + 12 = 42$ 右边 O： $3 \times 12 (\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3) + 2 \times 1 (\text{NO}) + 4 \times 1 (\text{H}_2\text{O})$ $= 36 + 2 + 4 = 42$ 氧原子守恒成立。 ### 4. 最终系数汇总 自左到右各物质的系数为： 1. $\text{FeSO}_4$: **6** 2. $\text{HNO}_3$: **2** 3. $\text{H}_2\text{SO}_4$: **3** 4. $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$: **3** 5. $\text{NO}$: **2** 6. $\text{H}_2\text{O}$: **4** 即：**6, 2, 3, 3, 2, 4** ### 5. 选项对比 * A. 6，2，2，3，2，4 （$\text{H}_2\text{SO}_4$ 系数错误） * **B. 6，2，3，3，2，4 （完全匹配）** * C. 6，2，1，3，2，1 （$\text{H}_2\text{SO}_4$ 和 $\text{H}_2\text{O}$ 系数错误） * D. 6，2，3，3，2，9 （$\text{H}_2\text{O}$ 系数错误） 故正确答案为 **B**。