像莫耳的概念一樣
方程式 是大家在第一年的化學課程裏
要學到的知識之一
這個知識點讓很多同學很糾結
盡管它是一個相當直接而簡單的概念
我覺得使它變得困難的一個原因是
配平它要求一定的技巧
所以在我們討論守恒的化學反應式前
要明白 什麽是化學反應式？
這裡是一些例子
在這個影片裏還會再出現幾個
化學平衡 本質上描述的是化學反應式
假設有一些鋁(Al)
還有一些氧氣(O2) 或者說雙原子的氧分子
你最後得到的產物是氧化鋁(Al2O3)
然後你就想當然的覺得 對！ 這就是方程式了
貌似是對的
這裡是反應物 就是參與反應的物質
就是這些
然後我得到了反應產物
然後還有什麽要做？
我們在這還有一個問題
我現在把方程式寫在這的方式
我有一個鋁原子(Al) 加兩個氧原子(O) 對吧？
他們相互結合了
但是這裡有兩個氧原子
一分子的雙原子氧 或者說
一分子氧氣有兩個氧原子
當它們反應完全時
產物卻由兩個鋁原子及三個氧原子組成
所以方程式兩邊鋁的數目是不同的
這邊 我有一個鋁
而這邊我有兩個鋁
而且氧的數目也是不同的
這邊 我有兩個
而這邊 我有三個氧
所以配平方程式就是爲了解決這個問題
使得在方程式兩邊
有相同數目的鋁
以及相同數目的氧原子
讓我們來試著做一做
我用橙色來表示
假設有一個鋁(Al)
和兩個氧(O)
所以顯然這裡要寫一個2
那麽我兩邊都有了兩個鋁(Al)
這些鋁達到了和諧的狀態
接下來看看氧(O)
方程式的左邊有兩個氧(O)
而在右邊
則有3個氧(O)
那該怎麽辦？
如果我想象有半個分子的存在
那麽這裡可以乘上1.5
是1.5
1.5乘以2等於3
那麽我現在在兩邊都是3個氧原子了
還有 兩個鋁原子
完事了嗎？
嗯…… 沒有 因爲實際上不存在半個分子
或者1.5個分子
這看上去很不爽
所以你要做的是把所有係數都乘以2
那麽你就可以得到全部是整數
那麽就讓我們來把兩邊都加倍
最後我們得到了4個鋁原子加3個氧原子
我們把整個式子的所有係數都乘以了2
――兩分子的氧化鋁
現在 你可能會對
這道題的一些地方産生疑問 比如
爲什麽不“委屈”氧化鋁？
爲什麽不加一個2/3在氧氣的前面？
你不能這麽做
方程式反映的是化學過程
氧化鋁分子就是氧化鋁
你不能改變氧化鋁分子中
鋁與氧的相對比例
你只能以分子爲一個整體改變它的數目
而這個例子中 變成了2
那麽我們怎麽解這種問題？
我們先觀察鋁(Al)
嗯 沒問題 我們每邊需要兩個鋁
我們每邊需要兩個鋁
然後我們看到氧(O) 我們說 嗯…
我乘上1.5
就成了3個氧(O)
因爲1.52個氧原子
最終得三個氧原子
然後我們有知道了 額
這裡是不可以出現半個分子的
所以全部係數都要乘2
最後我得到的是4個鋁加3個氧
或者說6個氧原子
產物爲兩分子氧化鋁
來看看我們是不是能做一些拓展
這是乙烯(C2H4) 【口誤：methane是甲烷CH4】
我希望你們能了解
後面附加上的“g”
這意味著這個物質是氣體
所以整個式子是乙烯(C2H4) 加氧氣(O2)
得到二氧化碳(CO2) 與水(H2O)
這裡有一個“l” 意即得到了液態水
那這個式子怎麽配？
一般來說是
先考慮複雜的分子
最後再來爲單質分子擔憂
因爲單質非常容易配平
這樣做的原因是
無論何時你改變這裡的一個數字
――比如我們在平衡方程式兩邊的
碳原子的數目
――若我在這裡放一個數
那麽同時也改變了氫原子的數目
然後我就得來配平氫原子的數目
最後 我得 確定氧的數目
我得把這個數湊出來
所以說我們從碳開始
這看上去很複雜 但當你一步一步做來
有點像玩一樣
整個過程其實很流暢
那麽這裡有兩個碳
兩個碳
而右邊呢
僅有兩個
我希望 方程式兩邊都有兩個碳
讓我把2寫在這裡
看 我的碳就和諧了
現在兩個碳對兩個碳了
現在 我們來關注氫
記住 最後才去處理氧氣
因爲我可以 在不擾亂其他原子的情況下
去任意處理它
在方程式這邊
我有4個氫原子
那在另一邊呢？
4個氫原子 在這
而這邊呢？
嗯 就是兩個
所以在這邊也應該是4個
所以在水的前面要有一個2
那麽就有了4個氫
多和諧啊
最後 氧(O)
方程式左邊有兩個氧原子
右邊呢？
我有2乘1個氧
所以總的是兩個 對吧？
兩個水
每個水分子有1個氧原子
但我有兩個水分子
所以有兩個氧原子
然後每個二氧化碳有兩個氧原子
而我總共有兩個二氧化碳 是吧？
我用紅色在前面寫出2
那麽我總共有幾個氧？
2乘以2
我有4個氧
而左手邊有兩個氧
在右邊是6個氧
兩個在水裏
4個在二氧化碳裏
那我該如何讓這裡變成6？
我在這邊要有6個氧的
我想在左手邊也有6個氧
我只要寫一個3
我就有了6個氧
我們的方程式就配平了
在這邊有兩個碳
那邊也是
4個氫在這邊
6個氫在這邊
那邊是――2加4――6個氧
下一個要配的方程式
一旦你們找到了訣竅
這個過程會變得很爽
乙烷與氧氣反應
產物是二氧化碳與水
這是一個氧化反應
首先考慮碳
這有兩個
這有一個
所以我在這裡寫個2
所以我得到了兩個碳
非常好
記住 最後再去考慮氧
這個問題與上一個相比
沒什麽太不一樣的地方
我這裡有6個氫
而水分子裏僅有兩個
所以總共要有3個水分子
現在氫配平了
方程式的兩邊都有6個氫
然後我們來處理水
寫在右手邊
我會用橙色
在每個二氧化碳中 有兩個氧
有兩分子二氧化碳 所以我有4個氧
然後在每個水分子中 有1個氧
總共的有3分子 則在這我有3個氧
對吧？
右手邊有3個氧
對 3個水分子
在二氧化碳裏有4個氧原子
好的
所以我有7個氧原子
在這邊我有7個氧原子
而這邊僅有兩個
所以我要把2湊成7
我可以配一個3.5
是吧？
記住 我想讓每邊都是7
如果我有3.5個雙原子的氧分子
3.5乘以2等於7
那麽方程式兩邊就都是7個氧原子了
這裡是4加3
兩個碳
和6個氫
基本上配好了
除了不能有非整數個的分子
要做的是將方程式的每一個係數加倍
不管是乘以2還是3還是多少
只要能消去小數
這裡我把所有的都乘2
我得到了兩分子乙烷
加7分子氧氣
產物是兩分子二氧化碳
――哦 錯了 我還乘以了2
所以是4分子二氧化碳
加6分子水
確保每個數字都是有效地
如果你願意可以檢查一下
我們總共有多少碳
這裡有4個
這裡也是4個
有多少氫呢？
我有2乘以6
12個氫
這邊也是12個
我有多少氧呢？
讓我用另一種顏色
我有14個氧
然後這裡有8個氧
這裡有6乘以1 6個氧
6加8等於14
我的方程式就配平了
呐 很多同學覺得這很難
因爲這裡是三個半
也就是覺得這不太直觀
如果你們解決一些更複雜的分子
只要一種原子一種原子的配
如果得到係數是分數
你再兩邊同時乘以一個數
消除分數
你就做出來了
好了
來做下一個
這個看起來毛骨悚然的
氧化鐵(Fe2O3) 加硫酸(H2SO4)
產物是毛骨悚然的這一切
不過解決問題的關鍵
是注意到這個基團
是個酸根 始終不變
對吧？
這裡是硫酸根(SO4) 這裡也是
這對我們的大腦來說很容易
你可以當做一個原子來處理
所以我們做一個替換
我們用X替換它
重新寫一下 我用一個生動的顏色
氧化鐵加H2
――這裡只有一個硫酸根――X
然後得到兩個鐵(Fe)
這個分子有兩個鐵(Fe)
它有3個硫酸根
然後加水
我做得就是用X替換酸根
現在我們可以像原子一樣對待酸根
那麽我們就可以來配平方程式了
看 左手邊
我們有幾個鐵呢？
有兩個鐵
這邊也是有兩個鐵
乍眼看上去鐵是配平了
然後我們來處理氧
如果我們這有三個氧
讓我用另一種顏色來寫
而這裡只有一個氧
注意 酸根裏也有一些氧
但是酸根作爲整體在一起
所以我們單獨對待它
我們也想在右手邊有3個氧
所以在這寫一個3
唉呀媽呀
我們寫一個3在這
現在這裡也有3個氧了
最後 我們來考慮氫
來算算 這裡有幾個氫
在右手邊 總共是6個
這有6個氫
3乘以2
然後我們希望這邊也是6個氫
我們要有3個這樣的分子
嗯 最後來看看酸根
就是那個X
我們這有3個X
很幸運 這邊也是3個X了
所以我們的方程就這樣配平了
而酸根 我們要換回去
就是把X替換回去
然後我們就得到了1分子的氧化鐵(Fe2O3)
加3分子的硫酸 H2SO4
我剛把X用SO4替換了
――產物是這些分子
我剛替換了X
最後加3分子水
再來做一個
然後我們就完成了這些配平的例子
二氧化碳(CO2) 加氫氣(H2)
得到甲烷(CH4) 和水(H2O)
讓我們先解決碳
在這有1個碳 1個碳在另一邊
這些碳很和諧
再來考慮氧
這裡有兩個氧
這邊有1個氧
我想有兩個氧所以在這裡寫一個2
最後來解決氫
因爲它最容易配
還不影響其他原子
這裡有兩個 以及4個
加4個 對吧？
我在這有4個氫
這裡有4個氫
所以左手邊就有8個氫
所以我在這寫一個4
所有例子都做完了
不管怎樣 希望你們覺得這些有用