AP化学 4.3 反应的表示方式

方程式和粒子图说的是同一件事

化学方程式 $\ce{2H2 + O2 ->[\text{点燃}] 2H2O}$ 可以读成：每 2 个 H₂ 分子和 1 个 O₂ 分子反应，生成 2 个 H₂O 分子。也就是说，化学计量数coefficient表示参加反应和生成的粒子个数之比，同样也是物质的量之比，不是质量之比。

把方程式画成粒子图particulate diagram时，要满足：

原子守恒： 反应前后每种原子的个数相等。化学变化只是原子重新组合，原子既不增加也不减少（质量守恒的原因）。
个数比和系数一致： 用掉的反应物和生成的产物的个数之比等于系数之比。
状态一致： 气体分子分得很开；液体、固体中的粒子挨得很近；溶液中的离子分散在水中，沉淀聚在底部。

剩下的分子不写进方程式

实际的粒子图中，反应物常常不是正好按系数之比给出的。反应结束后，过量的反应物会剩下一些。读粒子图时：

数变化量：每种物质反应前后的个数之差；
只有变化量才对应系数，剩下的分子没有参加反应，不写进方程式；
把变化量之比化成最简整数比。

看粒子图，给每种物质填系数，点“检查”：

动手试试：看粒子图，写出配平的化学方程式

情境：

反应前

反应后

1H₂+1O₂→1H₂O

物质	反应前	反应后	变化
H₂	5	1	−4
O₂	4	2	−2
H₂O	0	4	+4

物质	反应前	反应后	变化
N₂	3	1	−2
H₂	6	0	−6
NH₃	0	4	+4

物质	反应前	反应后	变化
CO	4	0	−4
O₂	3	1	−2
CO₂	0	4	+4

物质	反应前	反应后	变化
H₂	3	1	−2
Cl₂	2	0	−2
HCl	0	4	+4

物质	反应前	反应后	变化
CH₄	2	0	−2
O₂	5	1	−4
CO₂	0	2	+2
H₂O	0	4	+4

物质	反应前	反应后	变化
NO	6	2	−4
O₂	2	0	−2
NO₂	0	4	+4

物质	反应前	反应后	变化
H₂O₂	4	0	−4
H₂O	0	4	+4
O₂	0	2	+2

HONCCl

气体分子数和压强

温度不变时：

在容积不变的容器中，气体的压强和气体的物质的量成正比：反应后气体分子变少，压强变小；变多，压强变大。
在压强不变、活塞可以自由移动的容器中，气体的体积和气体的物质的量成正比：气体分子变少，活塞下降；变多，活塞上升。

例如 $\ce{2CO(g) + O2(g) -> 2CO2(g)}$ 中，3 个气体分子变成 2 个，容积不变时压强变为原来的 2/3。数气体分子时要看状态：125 °C 时 $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ 生成的是水蒸气，要算进去；常温下生成的是液态水，就不算。

压强变化的原因是气体粒子的数目变了，不是生成物的分子“更小”，也和质量无关：反应前后的质量总是相等的。

例题 1：由粒子图写方程式

反应前的方框里有 6 个 NO 分子和 4 个 O₂ 分子；反应后的方框里有 6 个 NO₂ 分子和 1 个 O₂ 分子。写出这个反应的化学方程式。

分步解析

数每种分子的变化量。 化学计量数之比等于参加反应的粒子数之比，所以看的是变化量，不是反应前后的总数：
$\begin{aligned} \ce{NO} &: 6 \to 0,\ \text{减少 } 6 \\ \ce{O2} &: 4 \to 1,\ \text{减少 } 3 \\ \ce{NO2} &: 0 \to 6,\ \text{增加 } 6 \end{aligned}$
剩下的不算。 剩下的 1 个 $\ce{O2}$ 分子没有参加反应（ $\ce{O2}$ 过量），不写进化学计量数。
化成最简整数比。
$6 : 3 : 6 = 2 : 1 : 2$
化学方程式是 $\boxed{\ce{2NO + O2 -> 2NO2}}$ 。
检查原子守恒。
$\begin{aligned} \text{N} &: 2 = 2 \\ \text{O} &: 2 + 2 = 2 \times 2 \end{aligned}$
两边 N、O 原子数都相等。

例题 2：由方程式画粒子图

反应 $\ce{2SO2 + O2 -> 2SO3}$ 。反应前的方框里有 4 个 SO₂ 分子和 4 个 O₂ 分子。描述反应完全后的方框里有什么。

分步解析

找出先用完的反应物。 按方程式，SO₂ 和 O₂ 按 2 : 1 反应。4 个 SO₂ 需要的 O₂：
$4 \times \frac{1}{2} = 2 < 4$
O₂ 足够，SO₂ 先用完（限量反应物）。
求生成物。 SO₂ 和 SO₃ 是 2 : 2 = 1 : 1，4 个 SO₂ 生成 4 个 SO₃。
求剩下的反应物。
$\text{O}_2\ \text{剩余} = 4 - 2 = 2$
描述反应后的方框。 方框里有 $\boxed{4\ \text{个 SO}_3\ \text{和}\ 2\ \text{个 O}_2}$ ，没有 SO₂。
检查原子守恒。
$\begin{aligned} \text{S（前）} &: 4 \\ \text{S（后）} &: 4 \\ \text{O（前）} &: 4 \times 2 + 4 \times 2 = 16 \\ \text{O（后）} &: 4 \times 3 + 2 \times 2 = 16 \end{aligned}$

练一练：由粒子图的变化量求系数（化成最简整数比）

N₂ 由 3 个变成 1 个，H₂ 由 6 个变成 0 个，NH₃ 由 0 个变成 4 个。N₂ 的系数是？
同上，H₂ 的系数是？
同上，NH₃ 的系数是？
CO 由 4 个变成 0 个，O₂ 由 3 个变成 1 个，CO₂ 由 0 个变成 4 个。O₂ 的系数是？
同上，CO₂ 的系数是？
H₂ 由 3 个变成 1 个，Cl₂ 由 2 个变成 0 个，HCl 由 0 个变成 4 个。HCl 的系数是？
CH₄ 由 2 个变成 0 个，O₂ 由 5 个变成 1 个，H₂O 由 0 个变成 4 个。O₂ 的系数是？
同上，H₂O 的系数是？
SO₂ 由 4 个变成 0 个，O₂ 由 4 个变成 2 个，SO₃ 由 0 个变成 4 个。O₂ 的系数是？
NO 由 6 个变成 2 个，O₂ 由 2 个变成 0 个，NO₂ 由 0 个变成 4 个。NO 的系数是？

常见误区

误区 1：“系数就是方框里每种分子的个数。” 方框里常有过量的、没反应的分子。系数对应的是变化量（用掉的和生成的），还要化成最简整数比。

误区 2：“系数之比就是质量之比。” 系数是粒子个数之比，也是物质的量之比。2H₂ + O₂ → 2H₂O 中，H₂ 和 O₂ 的质量之比是 4 : 32，不是 2 : 1。

误区 3：“配不平时，可以改化学式的下标。” 改下标就改变了物质：H₂O 改成 H₂O₂ 就成了过氧化氢。配平只能改系数。

即时小测

反应前的方框里有 5 个 H₂ 分子和 4 个 O₂ 分子；反应后有 4 个 H₂O 分子、1 个 H₂ 分子和 2 个 O₂ 分子。下列方程式中，哪一个正确表示这个反应？

反应 $\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$ 的反应前方框里有 2 个 N₂ 分子和 9 个 H₂ 分子。反应完全后，方框里有什么？

下列关于化学方程式 $\ce{2CO + O2 -> 2CO2}$ 的说法，正确的是？

某反应的粒子图中，反应前有 6 个 A₂ 分子，反应后有 4 个 A₃ 分子。下列方程式正确的是？

下列哪个粒子图最能表示 $\ce{NaCl(aq)}$ ？

配平 Fe + O₂ → Fe₂O₃ 时，一位学生写成 Fe + O₂ → FeO₂。错在哪里？

一个容积不变的容器中有 4 个 CO 分子和 3 个 O₂ 分子，反应 2CO + O₂ → 2CO₂ 尽可能完全地进行。哪张图最能表示反应后容器里的粒子？

一个容积不变的容器中有 4 个 H₂ 分子和 3 个 O₂ 分子，在 125 °C 下反应 2H₂ + O₂ → 2H₂O 尽可能完全地进行，温度保持 125 °C。哪张图最能表示反应后容器里的粒子？

在一个容积不变的容器中，2 mol H₂ 和 1 mol O₂ 在 125 °C 下完全反应生成水蒸气，温度保持 125 °C。反应后的压强是反应前的多少？理由是什么？

恒温恒压下（活塞可以自由移动），2NH₃(g) → N₂(g) + 3H₂(g) 完全进行。气体的体积变为原来的多少？

粒子图中有 4 个 H₂O₂ 分子，按 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ 全部分解。反应后的方框里应该有？

含 4 个 Ag⁺ 和 4 个 NO₃⁻ 的溶液和含 3 个 Na⁺ 和 3 个 Cl⁻ 的溶液混合，生成 AgCl 沉淀。反应后溶液中（不算沉淀）有哪些离子？

AP 自由作答题

AP 风格自由作答题

氢气和氯气反应生成氯化氢： $\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}$ 。反应前的方框里有 5 个 H₂ 分子和 3 个 Cl₂ 分子。

(a) 画出（或描述）反应完全后方框里的粒子，写出每种分子的个数。

(b) 用原子个数说明你的图符合质量守恒定律。

(c) 一位学生根据反应后的方框写出 $\ce{2H2 + 3Cl2 -> 6HCl}$ 。指出这个方程式的两个错误。

(d) 如果反应前改为 4 个 H₂ 分子和 4 个 Cl₂ 分子，反应完全后方框里有什么？这时有没有过量的反应物？

参考答案与评分要点

(a) 3 个 Cl₂ 需要 3 个 H₂，H₂ 有 5 个，Cl₂ 先用完。反应后有 6 个 HCl 分子和 2 个 H₂ 分子，没有 Cl₂。

(b) 反应前 H 原子 5 × 2 = 10 个、Cl 原子 3 × 2 = 6 个；反应后 H 原子 6 + 2 × 2 = 10 个、Cl 原子 6 个。每种原子的个数都没有变，所以质量守恒。

(c) 一是原子不守恒：左边 H 4 个、Cl 6 个，右边 H 6 个、Cl 6 个。二是系数应该对应变化量的最简整数比（H₂ : Cl₂ : HCl = 3 : 3 : 6 = 1 : 1 : 2），不能照抄方框里的分子个数；正确的是 $\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}$ 。

(d) 4 个 H₂ 和 4 个 Cl₂ 恰好完全反应，生成 8 个 HCl 分子，没有过量的反应物。

评分要点： (a) 6 个 HCl 和 2 个 H₂；(b) 两种原子的个数都核对；(c) 指出原子不守恒，并指出系数不能照抄方框；(d) 8 个 HCl，没有剩余。

小结

系数是粒子个数之比（也是物质的量之比），不是质量之比；配平只能改系数。
粒子图要满足原子守恒、个数比和系数一致、状态一致。
由粒子图写方程式：数每种物质的变化量，剩下的分子不算，化成最简整数比。
由方程式画粒子图：先找出先用完的反应物，再算生成物和剩下的反应物。

AP 提示： 粒子图题常把过量的反应物画在反应后的方框里，专门考你会不会把它写进方程式。先列出每种物质反应前、反应后的个数和变化量，再写方程式。

反应的表示方式Representations of Reactions

学习目标

前置知识

方程式和粒子图说的是同一件事

剩下的分子不写进方程式

气体分子数和压强

例题 1：由粒子图写方程式

例题 2：由方程式画粒子图

常见误区

即时小测

AP 自由作答题

小结

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