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化学方程式配平历来是高考和化学竞赛考试的热点,也是难点之一.配平的关键原理:根据反应中氧化剂得电子总数和还原剂失去电子总数相等的原则,配平未参加电子转移的各项.常用的配平方法:观察法和最小公倍数法.对于复杂的化学方程式的配平,可采用以下几种方法.
一、设“1”配平法(待定系数法)
配平此类氧化还原反应式用常规法无能为力,如果完全按照教材中的待定系数法,通过设未知数求解比较麻烦.可以设某一反应物或生成物(一般选择用组成元素较多的物质作基准物)的化学计量数为1,其他与之无联系的物质可设未知数解方程.(根据原子守恒原理列方程)解得的数值可能是整数,也可能是分数,若是分数,则要将所得系数化简为整数.
例1配平氧化还原反应方程式:P4O Cl2—POCl3 P2Cl5.
解析:本题中,P4O中的P元素对应有两种产物,故设P4O的化学计量数为“1”,用待定系数法配平的关键是,选择准一种物质的化学计量数为1.令P4O aCl2—bPOCl3 cP2Cl5,由原子守恒得:4=b 2c;b=1;2a=3b 5c;解得:a=21/4,b=1,c=3/2.代入整理得:4P4O 21Cl2=4POCl3 6P2Cl5.
例2配平反应P4 P2I4 H2O—PH4I H3PO4.
解析:设H3PO4的系数为1,用守恒法依次配平.H2O、PH4、P2I4、P4的系数为4、4/5、5/16、13/32.则得(13/32)P4 (5/16)P2I4 4H2O=(5/4)PH4I H3PO4,式子两边同乘32消去分母得:13P4 10P2I4 128H2O=40PH4I 32H3PO4.
二、零价法
先令无法用常规方法确定化合价的物质中各元素的价态为零价,然后计算出各元素化合价的升降值,并使元素化合价升降值相等,最后用观察法配平其他物质的化学计量数.
例3配平下列方程式: Fe3C HNO3—Fe(NO3)3 NO2 CO2 H2O
解析:复杂物质Fe3C按常规化合价无法确定它们的具体化合价,此时可令组成该物质的元素化合价为零价,再根据化合价升降法配平.
3Fe(0— 3)升9
C(0— 4)升4共升13×1
N( 5— 4)降1×13
再用观察法,不难确定各物质的化学计量数为:1、22、3、13、1、11.故为Fe3C 2HNO3=3Fe(NO3)3 13NO2 CO2 11H2O.
三、平均标价法
当同一反应中的同种元素的原子出现两次时,不要将它们同等对待,而要根据化合物中化合价代数和等于零的原则予以平均标价.若化学方程式出现双原子分子时,有关原子个数要扩大2倍.
例4配平:NH4NO3—N2 HNO3 H2O.
解析:NH4NO3中N的平均化合价为 1价,则元素化合价升降关系为:
2N2( 1—0)降2×1
N 1— 5升4×1
用观察法调整确定各物质的化学计量数,故5NH4NO34N2 9HNO3 2H2O.
四、整体标价法
当某一元素的原子在某化合物中有数个时,可将它们作为一个整体对待,根據化合价中元素化合价代数和为零的原则进行整体标价.
例5配平下列方程式:S Ca(OH)2—CaSx CaS2O3 H2O
解析:生成物CaSx、CaS2O3中的“Sx”、“S2”作为一个整体标-2价、 4价.则化合价升降关系为:
Sx:0—-2降2×2
S2:0— 4升4×1
配平的方程式为:2(x 1)S 3Ca(OH)22CaSx CaS2O3 3H2O.
五、缺项配平法
所谓缺项化学方程式,即某些反应物或化学式未写出(一般为水、酸、碱),这类化学方程式的配平,不仅要配平化学计量数,还要写出未知物的化学式.配平的方法是,先配平含变价元素物质的化学计量数,再通过比较反应物与生成物,观察增减的原子或离子数确定未知物,并配平.
六、离子—电子法(半反应法)
先将氧化还原方程式改写为半反应式进行配平,然后将这些半反应式加合起来,消去反应式中的电子.需要指出的是:如果半反应式中反应物和生成物中氧原子不同,可依照反应是在酸性或碱性介质中进行的情况,在半反应中加H 或OH-,并利用水的电离平衡使两端的氧原子数均相等.
一、设“1”配平法(待定系数法)
配平此类氧化还原反应式用常规法无能为力,如果完全按照教材中的待定系数法,通过设未知数求解比较麻烦.可以设某一反应物或生成物(一般选择用组成元素较多的物质作基准物)的化学计量数为1,其他与之无联系的物质可设未知数解方程.(根据原子守恒原理列方程)解得的数值可能是整数,也可能是分数,若是分数,则要将所得系数化简为整数.
例1配平氧化还原反应方程式:P4O Cl2—POCl3 P2Cl5.
解析:本题中,P4O中的P元素对应有两种产物,故设P4O的化学计量数为“1”,用待定系数法配平的关键是,选择准一种物质的化学计量数为1.令P4O aCl2—bPOCl3 cP2Cl5,由原子守恒得:4=b 2c;b=1;2a=3b 5c;解得:a=21/4,b=1,c=3/2.代入整理得:4P4O 21Cl2=4POCl3 6P2Cl5.
例2配平反应P4 P2I4 H2O—PH4I H3PO4.
解析:设H3PO4的系数为1,用守恒法依次配平.H2O、PH4、P2I4、P4的系数为4、4/5、5/16、13/32.则得(13/32)P4 (5/16)P2I4 4H2O=(5/4)PH4I H3PO4,式子两边同乘32消去分母得:13P4 10P2I4 128H2O=40PH4I 32H3PO4.
二、零价法
先令无法用常规方法确定化合价的物质中各元素的价态为零价,然后计算出各元素化合价的升降值,并使元素化合价升降值相等,最后用观察法配平其他物质的化学计量数.
例3配平下列方程式: Fe3C HNO3—Fe(NO3)3 NO2 CO2 H2O
解析:复杂物质Fe3C按常规化合价无法确定它们的具体化合价,此时可令组成该物质的元素化合价为零价,再根据化合价升降法配平.
3Fe(0— 3)升9
C(0— 4)升4共升13×1
N( 5— 4)降1×13
再用观察法,不难确定各物质的化学计量数为:1、22、3、13、1、11.故为Fe3C 2HNO3=3Fe(NO3)3 13NO2 CO2 11H2O.
三、平均标价法
当同一反应中的同种元素的原子出现两次时,不要将它们同等对待,而要根据化合物中化合价代数和等于零的原则予以平均标价.若化学方程式出现双原子分子时,有关原子个数要扩大2倍.
例4配平:NH4NO3—N2 HNO3 H2O.
解析:NH4NO3中N的平均化合价为 1价,则元素化合价升降关系为:
2N2( 1—0)降2×1
N 1— 5升4×1
用观察法调整确定各物质的化学计量数,故5NH4NO34N2 9HNO3 2H2O.
四、整体标价法
当某一元素的原子在某化合物中有数个时,可将它们作为一个整体对待,根據化合价中元素化合价代数和为零的原则进行整体标价.
例5配平下列方程式:S Ca(OH)2—CaSx CaS2O3 H2O
解析:生成物CaSx、CaS2O3中的“Sx”、“S2”作为一个整体标-2价、 4价.则化合价升降关系为:
Sx:0—-2降2×2
S2:0— 4升4×1
配平的方程式为:2(x 1)S 3Ca(OH)22CaSx CaS2O3 3H2O.
五、缺项配平法
所谓缺项化学方程式,即某些反应物或化学式未写出(一般为水、酸、碱),这类化学方程式的配平,不仅要配平化学计量数,还要写出未知物的化学式.配平的方法是,先配平含变价元素物质的化学计量数,再通过比较反应物与生成物,观察增减的原子或离子数确定未知物,并配平.
六、离子—电子法(半反应法)
先将氧化还原方程式改写为半反应式进行配平,然后将这些半反应式加合起来,消去反应式中的电子.需要指出的是:如果半反应式中反应物和生成物中氧原子不同,可依照反应是在酸性或碱性介质中进行的情况,在半反应中加H 或OH-,并利用水的电离平衡使两端的氧原子数均相等.