配平化学方程式Balancing Chemical Equations

大思想 · 转化(TRA)AP 衔接 · Unit 4约 20 分钟

学习目标

  • 说出化学方程式为什么必须配平
  • 会用“数原子”判断一个方程式是否配平
  • 用观察法和最小公倍数法配平简单的方程式

前置知识

  • 化学式的意义(1.5.1)
  • 质量守恒定律(1.6.1)

为什么要配平?

化学反应中,原子不会凭空出现,也不会凭空消失,只是重新组合成新的物质,这就是质量守恒定律。所以一个正确的化学方程式,左边(反应物reactants)和右边(生成物products)每种原子的数目必须相等。

比如氢气燃烧生成水,如果只写出化学式:

HX2+OX2→HX2O\ce{H2 + O2 -> H2O}

左边有 2 个氧原子,右边只有 1 个,一个氧原子“凭空消失”了。这个方程式还没有配平。

核心规则:只改系数,不改下标

写在哪里例子配平时能改吗
下标subscript元素符号右下角HX2O\ce{H2O} 里的 2不能,改了就变成别的物质
系数coefficient化学式前面2 HX2O\ce{2H2O} 里的 2能,配平只改它

2 HX2O\ce{2H2O} 表示 2 个水分子,一共有 2 × 2 = 4 个 H 原子、2 × 1 = 2 个 O 原子。

配平的基本流程:

  1. 写出反应物和生成物的化学式
  2. 数一数两边每种原子各有多少个
  3. 在化学式前面加系数,让每种原子两边相等
  4. 检查系数是不是最简整数比

例题 1:氢气燃烧

HX2+OX2→HX2O\ce{H2 + O2 -> H2O}

先用下面的工具自己试一试,再看分步解析。每个圆点代表一个原子,数一数就能看出哪里不平。

动手试试:用 − / + 调整系数
元素左边(反应物)右边(生成物)

分步解析
  1. 数原子。 左边 H = 2,O = 2;右边 H = 2,O = 1。O 不相等。
  2. 配 O。 在 HX2O\ce{H2O} 前写 2,右边 O 变成 2,和左边相等。但右边的 H 也跟着变成了 4。
  3. 配 H。 在 HX2\ce{H2} 前写 2,左边 H 也变成 4。
  4. 检查。 H:4 = 4,O:2 = 2,系数 2、1、2 已经是最简整数比。答案:2 HX2+OX2→2 HX2O\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}

例题 2:甲烷燃烧

天然气的主要成分是甲烷,它燃烧生成二氧化碳和水:

CHX4+OX2→COX2+HX2O\ce{CH4 + O2 -> CO2 + H2O}

技巧: 先配在左右两边都只出现在一种物质里的元素(这里是 C 和 H);像 OX2\ce{O2} 这样的单质留到最后配,因为改它的系数不会影响其他元素。

动手试试:用 − / + 调整系数
元素左边(反应物)右边(生成物)

分步解析
  1. 配 C。 左边 C = 1,右边 C = 1,已经相等。
  2. 配 H。 左边 H = 4,右边 HX2O\ce{H2O} 只有 2 个 H,所以在 HX2O\ce{H2O} 前写 2,右边 H 变成 4。
  3. 最后配 O。 右边 O = 2(来自 COX2\ce{CO2})+ 2 × 1(来自 2 HX2O\ce{2H2O})= 4。每个 OX2\ce{O2} 有 2 个 O,所以 OX2\ce{O2} 前写 2。
  4. 检查。 C:1 = 1,H:4 = 4,O:4 = 4。答案:CHX4+2 OX2→COX2+2 HX2O\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}

例题 3:铝的氧化

铝在空气中和氧气反应,表面生成一层致密的氧化铝:

Al+OX2→AlX2OX3\ce{Al + O2 -> Al2O3}

这次 O 在左边是 2 个一组,在右边是 3 个一组,光靠观察不好凑,可以用最小公倍数法。

动手试试:用 − / + 调整系数
元素左边(反应物)右边(生成物)

分步解析
  1. 找最难配的元素。 O 在左边 2 个一组,在右边 3 个一组。
  2. 求最小公倍数。 2 和 3 的最小公倍数是 6,让两边都有 6 个 O:OX2\ce{O2} 前写 6 ÷ 2 = 3,AlX2OX3\ce{Al2O3} 前写 6 ÷ 3 = 2。
  3. 配 Al。 右边 Al = 2 × 2 = 4,所以 Al\ce{Al} 前写 4。
  4. 检查。 Al:4 = 4,O:6 = 6。答案:4 Al+3 OX2→2 AlX2OX3\ce{4Al + 3O2 -> 2Al2O3}

常见误区

误区 1:改下标。 把 HX2+OX2→HX2O\ce{H2 + O2 -> H2O} 改成 HX2+OX2→HX2OX2\ce{H2 + O2 -> H2O2},原子数确实相等了,但 HX2OX2\ce{H2O2} 是过氧化氢,不是水,整个反应都变了。

误区 2:系数不是最简。 4 HX2+2 OX2→4 HX2O\ce{4H2 + 2O2 -> 4H2O} 原子数相等,但系数都能除以 2,应该写成 2 HX2+OX2→2 HX2O\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}。

误区 3:忘了系数要乘下标。 3 OX2\ce{3O2} 里有 3 × 2 = 6 个 O 原子,不是 3 个,也不是 5 个。

即时小测

下面哪一个是氢气燃烧正确且最简的配平结果?

配平 NX2+HX2→NHX3\ce{N2 + H2 -> NH3} 后,HX2\ce{H2} 前面的系数是多少?

小结

  • 配平的依据是质量守恒:反应前后每种原子的数目不变。
  • 只改系数,不改下标。
  • 简单的用观察法,单质最后配;凑不上时用最小公倍数法。
  • 最后检查系数是不是最简整数比。
通往 AP(以后再看)

在 AP Unit 4(化学反应)里,配平是所有化学计量计算的第一步。之后你还会学习配平净离子方程式和氧化还原方程式。

练一练这一章:模块 6 · 化学方程式 · 12 道题

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