化学方程式配平的重要性
在初中化学学习中,化学方程式的书写是至关重要的一部分,而化学方程式配平则是确保化学反应按照正确的物质的量关系进行表达的关键环节,一个配平了的化学方程式不仅能准确地反映反应的实际情况,还能为后续的化学计算提供可靠的依据,在根据化学方程式进行反应物和生成物的质量和物质的量的计算时,如果方程式没有配平,计算结果就会错误,从而影响对化学反应的定量分析。
常见化学方程式配平口诀及解释
(一)“有氢先配氢,无氢先配氧”
这句口诀的含义是,当化学方程式中有氢元素参与时,优先考虑将含有氢元素的化学式进行配平;如果没有氢元素,则优先配平含有氧元素的化学式,这是因为氢和氧在许多化学反应中常常与其它元素结合,且它们的原子个数变化相对较有规律。
对于反应 $2H{2}O{2}$ $\xrightarrow{MnO{2}}$ $2H{2}O + O{2}\uparrow$,这个反应中有氢元素,按照口诀,先配氢,观察发现,反应物过氧化氢($H{2}O{2}$)中有2个氢原子,生成物水($H{2}O$)中也有2个氢原子,所以从氢原子的角度来看,只要保证过氧化氢和水的化学式系数相同即可初步满足氢原子的守恒,然后再看氧原子,反应物过氧化氢中有2个氧原子,生成物水中有1个氧原子,氧气($O_{2}$)中有2个氧原子,为了使氧原子守恒,需要调整化学式系数,将过氧化氢和水的系数都设为2,这样反应物中氧原子总数为 $2\times2 = 4$ 个,生成物中水中氧原子数为 $2\times1 = 2$ 个,氧气中氧原子数为 $1\times2 = 2$ 个,总共也是4个,从而实现了氧原子的守恒。
再看一个例子,如 $C + O{2} \xrightarrow{点燃} CO{2}$,这个反应中没有氢元素,所以按照口诀先配氧,反应物氧气($O{2}$)中有2个氧原子,生成物二氧化碳($CO{2}$)中有2个氧原子,从氧原子角度初步满足守恒,再考虑碳原子,反应物碳单质($C$)中有1个碳原子,生成物二氧化碳中有1个碳原子,所以直接将碳和二氧化碳的系数都设为1,就完成了整个方程式的配平。
(二)“奇数配偶法”
奇数配偶法是一种常用的配平方法,主要适用于一些反应式中某些元素的原子个数为奇数的情况,其核心思路是将奇数变为偶数,从而使化学方程式两边各种元素的原子个数相等。
以反应 $FeS{2} + O{2} \xrightarrow{高温} Fe{3}O{4} + SO{2}$ 为例,首先观察各元素的原子个数,铁($Fe$)原子在反应物中是1个,在生成物中是3个;硫($S$)原子在反应物中是2个,在生成物中是1个(因为每个$SO{2}$分子含1个硫原子);氧($O$)原子在反应物中是2个($O{2}$),在生成物中$Fe{3}O{4}$中有4个氧原子,$SO{2}$中有2个氧原子。
先看铁原子,生成物中铁原子个数是奇数3,我们可以将生成物$Fe{3}O{4}$的系数设为1,然后在反应物$FeS{2}$前配上系数3,使铁原子个数变为3,与生成物中的铁原子个数相等,此时反应物中的硫原子个数变为 $3\times2 = 6$ 个,为了使硫原子个数在两边相等,将生成物$SO{2}$的系数设为6,这样反应物中的氧原子个数为 $3\times2 = 6$ 个(来自3个$FeS{2}$不考虑氧原子,只考虑$O{2}$),生成物中氧原子个数为 $1\times4 + 6\times2 = 16$ 个,为了配平氧原子,将反应物$O{2}$的系数设为8,因为 $8\times2 = 16$ 个氧原子,最终得到配平后的方程式为 $3FeS{2} + 8O{2} \xrightarrow{高温} Fe{3}O{4} + 6SO{2}$。
(三)“观察法”
观察法是一种比较直观的配平方法,主要是通过观察化学方程式两边各元素的原子个数,直接确定化学式的系数,这种方法适用于一些简单的化学方程式或者有一定规律可循的反应。
对于反应 $KClO{3} \xrightarrow{\Delta} KCl + O{2}\uparrow$,我们观察发现,反应物氯酸钾($KClO{3}$)中有1个钾原子、1个氯原子和3个氧原子,生成物氯化钾($KCl$)中有1个钾原子和1个氯原子,氧气($O{2}$)中有2个氧原子,为了使钾原子守恒,将氯化钾的系数设为1,然后看氯原子,已经满足守恒,再看氧原子,反应物中有3个氧原子,生成物中氧气有2个氧原子,为了使氧原子守恒,将氯酸钾的系数设为2,氧气的系数设为3,这样反应物中的氧原子个数为 $2\times3 = 6$ 个,生成物中的氧原子个数为 $3\times2 = 6$ 个,从而实现了氧原子的守恒,最终配平后的方程式为 $2KClO{3} \xrightarrow{\Delta} 2KCl + 3O{2}\uparrow$。
再如,对于反应 $Mg + HCl \rightarrow MgCl{2} + H{2}\uparrow$,观察可知,反应物镁($Mg$)中有1个镁原子,盐酸($HCl$)中有1个氢原子和1个氯原子,生成物氯化镁($MgCl{2}$)中有1个镁原子和2个氯原子,氢气($H{2}$)中有2个氢原子,为了使镁原子守恒,将镁的系数设为1,氯化镁的系数也设为1,然后看氯原子,反应物盐酸中有1个氯原子,生成物氯化镁中有2个氯原子,所以将盐酸的系数设为2,接着看氢原子,反应物盐酸中有2个氢原子(因为系数为2),生成物氢气中有2个氢原子,满足守恒,最终配平后的方程式为 $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl{2} + H{2}\uparrow$。
配平口诀的综合运用
在实际的化学方程式配平中,往往需要综合运用这些口诀和方法,对于反应 $Cu + HNO{3}($稀) $\rightarrow Cu(NO{3}){2} + NO\uparrow + H{2}O$,这个反应既涉及到多种元素的原子个数变化,又有不同物质之间的反应。
首先观察氢元素,反应物硝酸($HNO{3}$)中有1个氢原子,生成物水($H{2}O$)中有2个氢原子,按照“有氢先配氢”的原则,将水的系数设为2,那么硝酸的系数也应设为2(因为每个硝酸分子含1个氢原子),此时反应式变为 $Cu + 2HNO{3}($稀) $\rightarrow Cu(NO{3}){2} + NO\uparrow + 2H{2}O$。
接下来看氮元素,反应物硝酸中有2个氮原子(系数为2),生成物硝酸铜($Cu(NO{3}){2}$)中有2个氮原子(每个硝酸根含1个氮原子,共2个硝酸根),一氧化氮($NO$)中有1个氮原子,为了使氮原子守恒,将一氧化氮的系数设为2,这样生成物中氮原子总数为 $2 + 2\times1 = 4$ 个,与反应物中氮原子个数相等,此时反应式变为 $Cu + 2HNO{3}($稀) $\rightarrow Cu(NO{3}){2} + 2NO\uparrow + 2H{2}O$。
最后看氧元素和铜元素,反应物硝酸中有 $2\times3 = 6$ 个氧原子(每个硝酸分子含3个氧原子),生成物硝酸铜中有 $2\times3 = 6$ 个氧原子(每个硝酸根含3个氧原子,共2个硝酸根),一氧化氮中有 $2\times1 = 2$ 个氧原子,水中有 $2\times1 = 2$ 个氧原子,生成物中氧原子总数为 $6 + 2 + 2 = 10$ 个,为了使氧原子守恒,将硝酸的系数设为8(因为 $8\div2 = 4$,原来系数为2,乘以4后为8),同时将硝酸铜的系数设为3(因为 $8\div2 = 4$,原来硝酸铜系数为1,乘以4后为4,但考虑到铜元素守恒,铜的系数也应相应调整),经过调整后,最终配平后的方程式为 $3Cu + 8HNO{3}($稀) $\rightarrow 3Cu(NO{3}){2} + 2NO\uparrow + 4H{2}O$。
初中化学方程式配平口诀是帮助我们快速、准确配平化学方程式的重要工具,通过理解并熟练运用这些口诀和方法,如“有氢先配氢,无氢先配氧”、“奇数配偶法”、“观察法”等,以及它们之间的综合运用,我们可以更好地掌握化学方程式的书写和配平技巧,这不仅有助于我们在化学学习中准确地描述化学反应,还能为后续的化学计算和深入学习化学知识打下坚实的基础。