方程式的配平是初中化学学习中的一项重要技能,它不仅是对化学反应本质理解的体现,也是后续进行化学计算和定量分析的基础,为了帮助学生更好地掌握这一技能,化学教育者们总结了一系列配平口诀,这些口诀简洁明了、易于记忆,能够引导学生有序地完成配平任务,以下是对这些配平口诀的详细解读:
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最小公倍数法
- 适用条件:所配原子在方程式左右各只出现一次,适用于大多数简单的化学方程式,尤其是反应前后各元素原子数目变化较为明显,且存在某一元素原子在反应物和生成物中出现的次数相对较少,但原子个数差异较大的情况。
- 具体步骤:首先找出方程式两边各出现一次且原子个数相差较大的元素;然后求该元素原子个数的最小公倍数;接着根据最小公倍数确定含有该元素的化学式的化学计量数;最后再根据已确定的化学计量数,配平其他元素的原子。
- 示例:对于方程式$P+O_2\stackrel{点燃}{=!=!=}P_2O_5$,氧元素在反应物和生成物中各出现一次且相差较大,其最小公倍数为$2\times5 = 10$,所以在$O_2$前配上5,在$P_2O5$前配上2,此时方程式变为$P + 5O{2}\stackrel{点燃}{=!=!=}2P{2}O{5}$,再根据磷原子的守恒,在$P$前配上4,最终配平方程式为$4P + 5O{2}\stackrel{点燃}{=!=!=}2P{2}O_{5}$。
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奇数配偶数法
- 适用条件:适用于化学方程式两边某一元素多次出现,并且两边的该元素原子总数有一奇一偶。
- 具体步骤:先找出化学反应式左右两边出现次数较多的元素,且该元素的原子个数在反应式左右两边有奇数也有偶数;然后选定含该元素奇数个原子的化学式,作为配平起点,选配适当系数,使之偶数化;再由已推得的系数,来确定其它物质的系数;最后验证方程式是否正确。
- 示例:对于方程式$4FeS_2 + 11O_2\stackrel{高温}{=!=!=}2Fe_2O_3 + 8SO_2$,氧元素在两边出现的次数较多,且其原子个数在两边有奇数亦有偶数,先在$Fe_2O_3$前配2,使其中的氧原子数变为偶数,然后根据铁、硫原子的守恒依次确定其他物质的系数,最终完成配平。
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定一法
- 适用条件:如大多数碳氢化合物或含碳氢氧的化合物与氧气的反应,以及某些分解反应。
- 具体步骤:找到化学方程式中关键的化学式,定其化学式前计量数为1,然后根据关键化学式去配平其他化学式前的化学计量数,若出现计量数为分数,再将各计量数同乘以同一整数,化分数为整数。
- 示例:对于方程式$C_3H_8 + 5O_2\stackrel{点燃}{=!=!=}3CO_2 + 4H_2O$,可先将$C_3H_8$的系数定为1,然后根据碳、氢原子的守恒依次确定$CO_2$和$H_2O$的系数,最后根据氧原子的守恒确定$O_2$的系数,从而使方程式配平。
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分数配平法
- 适用条件:能配平有单质参加反应或有单质生成的化学反应。
- 具体步骤:先配平化合物中各元素的原子;再用分数配平单质元素的原子;最后去分母,使配平后的化学计量数为整数。
- 示例:对于方程式$3Fe + 2O_2\stackrel{点燃}{=!=!=}Fe_3O_4$,先配平铁和氧原子在化合物中的数目,得到$3Fe + 2O_2\stackrel{点燃}{=!=!=}Fe_3O_4$,此时单质的系数出现了分数,将各系数同乘以4,得到整数系数的配平方程式$16Fe + 11O_2\stackrel{点燃}{=!=!=}4Fe_3O_4$(这里只是举例,实际该反应的配平系数不同)。
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代数法(又叫待定系数法)
- 适用条件:反应物或生成物种类较多,配平不知从何下手的比较复杂的反应。
- 具体步骤:设a、b、c、d等未知数,分别作为待配平的化学方程式两端各项化学式的系数;根据质量守恒定律,反应前后各元素的原子种类和个数必须相等同的原则,列出每种元素的原子数与化学式系数a、b、c、d……关系的代数式,这些代数式可联立成一待定方程组;解此待定方程组、就可求得各未知数之间的倍数关系;令某未知数为某一正整数,使其它未知数成为最小正整数,将所得的a、b、c、d等值代入原化学反应式的待定位置,配平即告完成。
- 示例:对于方程式$aC_3H_8 + bO_2\stackrel{点燃}{=!=!=}cCO_2 + dH_2O$,根据碳、氢、氧原子的守恒列出方程组$\begin{cases}3a = c\8a = 2d\2b = 2c + d\end{cases}$,解方程组可得$a:b:c:d = 1:5:3:4$,即配平后的方程式为$C_3H_8 + 5O_2\stackrel{点燃}{=!=!=}3CO_2 + 4H_2O$。
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观察法配平
- 适用条件:有时方程式中会出现一种化学式比较复杂的物质,可通过这个复杂的分子去推其他化学式的系数。
- 具体步骤:仔细观察复杂的化学式,分析其中各元素的原子数目与其他物质中相应元素原子数目的关系,从而逐步确定各物质的化学计量数,使方程式配平。
- 示例:对于方程式$Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH = 2Al(OH)_3↓ + 3Na_2SO_4$,可先观察$Al_2(SO_4)_3$这种复杂的物质,根据铝、硫酸根离子的守恒,确定与之相关的$Al(OH)_3$和$Na_2SO_4$的系数,再根据钠、氢氧根离子等的守恒确定$NaOH$的系数,完成配平。
初中化学方程式配平有多种方法,每种方法都有其特定的适用条件和操作步骤,学生在学习过程中,应根据实际情况选择合适的配平方法,并通过大量的练习来熟练掌握这些方法,从而提高化学方程式配平的准确性和速度,为后续的化学学习打下