化学方程式的配平是学习化学的重要环节,掌握有效的配平方法和口诀不仅能提高解题效率,还能加深对化学反应本质的理解,以下是几种常用的配平方法及其口诀:
最小公倍数法
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适用条件:适用于反应前后各元素的原子数目变化较为明显,且某一元素在反应物和生成物中只出现一次的情况。
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配平口诀:“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”,首先找出反应式两边各出现一次且原子个数相差较大的元素,求出它们的最小公倍数,然后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。
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示例:以磷与氧气反应生成五氧化二磷为例,反应式为$P + O{2} \stackrel{点燃}{=!=!=} P{2}O{5}$,氧元素在反应物和生成物中各出现一次,原子个数相差较大,其最小公倍数为$2\times5 = 10$,则在$O{2}$前配上5,在$P{2}O{5}$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$4P + 5O{2} \stackrel{点燃}{=!=!=} 2P{2}O{5}$。
奇数配偶数法
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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。
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配平口诀:“有氢找氢无氢找氧,奇数配偶变单成双,出现分数去掉分母,调整系数使支配平”,找出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,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。
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示例:如$4FeS{2} + 11O{2} = 2Fe{2}O{3} + 8SO{2}$,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,先选择含氧奇数原子的$Fe{2}O{3}$,在$Fe{2}O_{3}$前配系数2,使其氧原子数变为偶数,然后根据铁、硫原子的守恒依次确定其他物质的系数。
定一法
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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。
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配平口诀: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。
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示例:如$NH{3} + O{2} \stackrel{催化剂}{=!=!=} NO + H{2}O$,设$NH{3}$的系数为1,则反应中的N原子和H原子分别转移到NO和$H{2}O$中,根据氮、氢原子守恒可确定NO和$H{2}O$的系数,再由右端氧原子总数推出$O_{2}$的系数。
分数配平法
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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。
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配平口诀:先配平化合物中各元素的原子;用分数配平单质元素的原子;去分母,使配平后的化学计量数为整数。
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示例:对于$C{3}H{8} + O{2} \stackrel{点燃}{=!=!=} CO{2} + H{2}O$,先配平化合物中的碳、氢原子,得到$C{3}H{8} + O{2} \stackrel{点燃}{=!=!=} 3CO{2} + 4H{2}O$,再用分数配平氧原子,得到$C{3}H{8} + \frac{10}{3}O{2} \stackrel{点燃}{=!=!=} 3CO{2} + 4H{2}O$,最后去分母,将各计量数同乘以3,得到配平后的方程式$C{3}H{8} + 5O{2} \stackrel{点燃}{=!=!=} 3CO{2} + 4H{2}O$。
代数法(待定系数法)
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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。
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配平口诀: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,将所得的值代入原化学反应式的待定位置,配平即告完成。
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示例:对于$Fe + H{2}O \stackrel{\Delta}{=!=!=} Fe{3}O{4} + H{2}$,设$Fe$、$H{2}O$、$Fe{3}O{4}$、$H{2}$的系数分别为a、b、c、d,根据铁、氧、氢原子守恒可得方程组$\begin{cases} a = 3c \ b = 2d \ 4c = b \end{cases}$,解得$a = 3c$,$b = 4c$,$d = 2c$,令$c = 1$,则$a = 3$,$b = 4$,$d = 2$,所以配平后的方程式为$3Fe + 4H{2}O \stackrel{\Delta}{=!=!=} Fe{3}O{4} + 4H{2}$