化学方程式配平是学习化学的重要基础,也是许多学生的难点,为了帮助学生更好地掌握这一技能,下面将详细介绍几种常用的配平口诀及其应用方法:
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最小公倍数法
- 适用条件:适用于反应前后各元素的原子数目变化明显,且某一元素在方程式两边只出现一次的情况。
- 步骤口诀:“一找元素见面多,二将奇数变成偶,三按连锁先配平,四用观察配其它”,首先找出左右两边各出现一次且原子个数差异较大的元素;然后求该元素原子个数的最小公倍数,并根据此数确定含该元素的化学式的化学计量数;最后根据已确定的系数依次配平其他元素的原子。
- 示例:以(P + O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} P_2O_5)为例,氧元素在两边各出现一次,最小公倍数为(2\times 5 = 10),所以在(O_2)前配(5),在(P_2O_5)前配(2),得到(P + 5O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} 2P_2O_5),再根据磷原子守恒,在(P)前配(4),最终配平为(4P + 5O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} 2P_2O_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的情况。
- 步骤口诀:“有氢找氢无氢找氧,奇数配偶变单成双”,首先找出方程式两边出现次数较多且原子个数有奇数也有偶数的元素;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;最后由已推得的系数,来确定其它物质的系数。
- 示例:对于(FeS_2 + O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} Fe_3O_4 + SO_2),氧元素在两边出现次数较多且有奇偶之分,先将(Fe_3O_4)前的系数配为(3),则右边氧原子数为(3\times 4 = 12),左边(O_2)的系数应为(6),此时左边共有(6\times 2 = 12)个氧原子,接着看铁原子,左边(FeS_2)的系数应为(4),使铁原子数相等,再根据硫原子守恒,右边(SO_2)的系数应为(8),最终配平为(4FeS_2 + 11O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} 2Fe_3O_4 + 8SO_2)。
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定一法
- 适用条件:适用于大多数碳氢化合物或含碳氢氧的化合物与氧气的反应,以及某些分解反应等。
- 步骤口诀:选择化学方程式中组成最复杂的化学式,设它的系数为(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。
- 示例:如(NH_3 + O_2 \stackrel{催化剂}{=!=!=} NO + H_2O),设(NH_3)的系数为(1),则反应中氮原子和氢原子分别转移到(NO)和(H_2O)中,根据氮原子守恒,(NO)的系数为(1);根据氢原子守恒,(H_2O)的系数为(\frac{3}{2}),此时氧原子在右边共有(1 + \frac{3}{2} = \frac{5}{2})个,O_2)的系数为(\frac{5}{4}),为了使系数为整数,将各系数同乘以(4),得到配平后的方程式为(4NH_3 + 5O_2 \stackrel{催化剂}{=!=!=} 4NO + 6H_2O)。
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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。
- 步骤口诀:“出现分数去掉分母,调整系数使支配平”,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(Fe + H_2O \stackrel{高温}{=!=!=} Fe_3O_4 + H_2),先配平化合物中的铁原子和氧原子,设(Fe_3O_4)的系数为(1),则铁原子数为(3),Fe)的系数为(3);再根据氢原子守恒,(H_2O)的系数为(4),(H_2)的系数为(\frac{4}{2}=2),此时氧原子已平衡,但出现了分数系数,将各系数同乘以(2),得到配平后的方程式为(3Fe + 4H_2O \stackrel{高温}{=!=!=} Fe_3O_4 + 4H_2↑)。
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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。
- 步骤口诀:设未知数,列方程,解方程,得系数,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,列出每种元素的原子数与化学式系数关系的代数式,联立成方程组;解方程组得到各未知数之间的倍数关系,令某未知数为某一正整数,使其他未知数成为最小正整数,将所得值代入原化学反应式的待定位置,完成配平。
- 示例:对于(Cu + HNO_3(稀) \stackrel{△}{=!=!=} Cu(NO_3)_2 + NO_2↑ + H_2O),设(Cu)的系数为(a),(HNO_3)的系数为(b),(Cu(NO_3)_2)的系数为(c),(NO_2)的系数为(d),(H_2O)的系数为(e),根据铜原子守恒,(a = c);根据氮原子守恒,(b = 2c + d);根据氧原子守恒,(3b = 6c + 2d + e);根据氢原子守恒,(b = 2e),通过解方程组,可令(a = 1),则(c = 1),进而求得(b = 4),(d = 2),(e = 2),所以配平后的方程式为(Cu + 4HNO_3(稀) \stackrel{△}{=!=!=} Cu(NO_3)_2 + 2NO_2↑ + 2H_2