化学方程式配平是学习化学的重要基础,也是许多学生感到棘手的环节,为了帮助大家更好地掌握这一技能,下面将详细介绍几种常用的配平方法及其口诀,并结合具体例子进行说明。
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,这种方法适合常见的难度不大的化学方程式。
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”。
具体步骤
- 找出出现次数少但原子个数差异大的元素:在(P + O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} P_2O_5)中,氧元素在反应物和生成物中各出现一次,且原子个数相差较大(左边2个,右边10个)。
- 求该元素原子个数的最小公倍数:如上述反应中,氧原子的最小公倍数为10。
- 根据最小公倍数确定含有该元素的化学式的化学计量数: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})。
- 再根据已确定的化学计量数,配平其他元素的原子:此时磷原子在(P{2}O{5})中有4个,所以在(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
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。
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”。
具体步骤
- 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:在(FeS_2 + O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} Fe_3O_4 + SO_2)中,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。
- 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:如上述反应中,右边(Fe_3O_4)中的氧原子个数为4,是偶数,而左边(O_2)中的氧原子个数为2,也是偶数,但整个方程式中氧原子的总数一边为奇数,一边为偶数,我们可以选择将左边或右边的某个化学式乘以一个系数,使得氧原子的总数变为偶数,这里我们选择将(FeS_2)乘以4,这样左边的氧原子总数就变成了8(因为每个(FeS_2)分子中含有2个硫原子,而硫原子与氧原子没有直接关系,所以这里只考虑氧原子的变化)。
- 由已推得的系数,来确定其它物质的系数:根据已经确定的系数,我们可以逐步推导出其他物质的系数,在上述反应中,由于我们将(FeS_2)乘以了4,所以右边的(Fe_3O_4)和(SO_2)的系数也需要相应地调整,通过计算可以得出,当(FeS_2)的系数为4时,(O_2)的系数应为11,(Fe_3O_4)的系数为3,(SO_2)的系数为8,最终配平后的方程式为(4FeS_2 + 11O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} 3Fe_3O_4 + 8SO_2)。
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。
配平口诀:无特定口诀,但核心思想是固定一个化学式的系数为1,然后根据质量守恒定律逐步推导其他化学式的系数。
具体步骤
- 选择化学方程式中组成最复杂的化学式,设它的系数为1:在(NH_3 + O_2 \stackrel{催化剂}{=!=!=} NO + H_2O)中,我们可以选择(NH_3)作为最复杂的化学式,并将其系数设为1。
- 根据关键化学式去配平其他化学式前的化学计量数:根据(NH_3)的系数为1,我们可以推导出其他化学式的系数,由于每个(NH_3)分子中含有1个氮原子和3个氢原子,而每个(NO)分子中含有1个氮原子和1个氧原子,每个(H_2O)分子中含有2个氢原子和1个氧原子,所以我们可以通过计算得出,当(NH_3)的系数为1时,(O_2)的系数应为(\frac{5}{4}),(NO)的系数应为1,(H_2O)的系数应为(\frac{3}{2}),由于化学计量数必须为整数,所以我们需要将所有系数都乘以4,得到最终的配平方程式:(4NH_3 + 5O_2 \stackrel{催化剂}{=!=!=} 4NO + 6H_2O)。
分数配平法
适用条件:此方法能配平有单质参加反应或有单质生成的化学反应。
配平口诀:无特定口诀,但通常按照“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”的顺序进行。
具体步骤
- 先配平化合物中各元素的原子:在(Fe + H_2O \stackrel{高温}{=!=!=} Fe_3O_4 + H_2)中,我们先配平铁和氧元素的原子,由于每个(Fe_3O_4)分子中含有3个铁原子和4个氧原子,而每个(H_2O)分子中含有2个氢原子和1个氧原子,所以我们可以通过计算得出,当(Fe_3O_4)的系数为1时,(H_2O)的系数应为4,同时生成3个铁原子和4个氧原子,由于铁是单质,我们需要用分数来配平它。
- 用分数配平单质元素的原子:根据上述计算结果,我们可以得出铁的系数为(\frac{3}{4})(因为每个(Fe_3O_4)分子中含有3个铁原子,而我们需要生成3个铁原子),同样地,由于每个(H_2O)分子中含有2个氢原子,而我们需要生成4个氢原子(因为每个(H_2)分子中含有2个氢原子),所以氢气的系数也为(\frac{3}{4})(因为我们需要生成3个氢气分子)。
- 去分母,使配平后的化学计量数为整数:为了消除分数系数,我们可以将所有系数都乘以4,得到最终的配平方程式:(3Fe + 4H_2O \stackrel{高温}{=!=!=} Fe_3O_4 + 4H_2)。
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。
配平口诀:无特定口诀,但通常按照“设未知数、列方程、解方程、化简系数”的顺序进行。
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:在(C_3H_8 + O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} CO_2 + H_2O)中,我们可以设(C_3H_8)的系数为a,(O_2)的系数为b,(CO_2)的系数为c,(H_2O)的系数为d。
- 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:根据上述设定和质量守恒定律,我们可以列出以下方程组:对于碳元素:(3a = c);对于氢元素:(8a = 2d);对于氧元素:(2b = 2c + d)。
- 解此待定方程组、就可求得各未知数之间的倍数关系:通过解上述方程组,我们可以得出a、b、c、d之间的关系,从第一个方程可以得出c = 3a;从第二个方程可以得出d = 4a;将c和d的值代入第三个方程中,可以得出b = (\frac{10}{3})a。
- 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:为了消除分数系数和使各系数成为最小的正整数且无公约数,我们可以令a = 3(因为如果令a = 1的话会出现分数系数),则c = 9,d = 12,b = 10,将这些值代入原方程式中,得到最终的配平方程式:(C_3H_8 + 10O_2 \stackrel{点燃}{=!=!=} 9CO_2 + 12H_2O