【種花家務(wù)·化學(xué)】1-2-09化學(xué)方程式以及應(yīng)用化學(xué)方程式的計(jì)算『數(shù)理化自學(xué)叢書66版』
【閱前提示】本書由于是大半個世紀(jì)前的教材,很多概念已經(jīng)與如今迥異,因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生閱讀。但很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但很不扎實(shí)的學(xué)酥重新查漏補(bǔ)缺。 另外,黑字是教材原文,彩字是我寫的備注。
第二章、氧和氫?
§2-9化學(xué)方程式以及應(yīng)用化學(xué)方程式的計(jì)算
? ? ? ? 前面已經(jīng)看到,許多化學(xué)反應(yīng)都可以用一個式子來表示,例如,水在電流作用下分解變成氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng),可以用下式表示:
【山注,B站專欄公式代碼——\ce{水H2O->[{\mbox{電流}}]氫氣H2 + 氧氣O2}】
? ? ? ??因?yàn)槿魏挝镔|(zhì)都可以用一定的元素符號或分子式來表示。所以在這里,如果我們改用元素符號和分子式來表示反應(yīng)物和生成物,那末這一式子就將簡明得多,在研究和學(xué)習(xí)化學(xué)時,也將方便得多,用元素符號和分子式來表示化學(xué)反應(yīng)的式子,叫做化學(xué)方程式。
? ? ? ??化學(xué)方程式是學(xué)習(xí)化學(xué)必須掌握的一個極重要的工具。我們不僅要學(xué)會正確書寫化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式,還必須學(xué)會應(yīng)用化學(xué)方程式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
怎樣寫化學(xué)方程式
? ? ? ??根據(jù)化學(xué)方程式的定義,化學(xué)方程式是用來表示化學(xué)反應(yīng)的式子。因此,在書寫某一化學(xué)方程式以前,首先必須確切地知道它所表示的化學(xué)反應(yīng)是真實(shí)存在的,確切知道在這一化學(xué)反應(yīng)里,反應(yīng)物和生成物各是什么?反應(yīng)發(fā)生的條件是什么?反應(yīng)時有什么現(xiàn)象發(fā)生?等等。其次,因?yàn)樵谌魏位瘜W(xué)反應(yīng)里,反應(yīng)物和生成物的總重量總是不變的(物質(zhì)不滅定律),因此,在化學(xué)方程式里,還必須把化學(xué)反應(yīng)里物質(zhì)的這種重量關(guān)系表示出來。這就是說,在書寫化學(xué)方程式時,應(yīng)該注意兩個問題:
? ? ? ??(1)它所表示的化學(xué)反應(yīng)必須是真實(shí)存在的;
? ? ? ??(2)它是符合于物質(zhì)不滅定律的。
? ? ? ??現(xiàn)在用水分解的例子,來說明寫化學(xué)方程式的具體步驟:
? ? ? ??【第一步】在左邊寫出反應(yīng)物(水)的分子式,在右邊寫出生成物(氫氣和氧氣)的分子式.在氫氣和氧氣的分子式中間用加號“+”相連。左右兩邊之間劃一直線“一”,即
? ? ? ??【第二步】在各個分子式的前面配上適當(dāng)?shù)南禂?shù),使各種原子(氫原子和氧原子)的數(shù)目在式子兩邊都相等。這種配系數(shù)叫做化學(xué)方程式的配平。配平以后,就可以把直線變成等號。
? ? ? ??配系數(shù)時,我們注意到式子右邊的氧氣分子里含有兩個氧原子,而式子左邊的水分子里只有一個氧原子,所以必須要有兩個水分子才能分解出兩個氧原子。因此,在水的分子式前應(yīng)該寫上系數(shù)“2”。
? ? ? ??這樣,雖然左右兩邊氧原子數(shù)目是相等了,但氫原子數(shù)目卻不相等。因?yàn)閮蓚€水分子里一共含有4個氫原子,而右邊卻只有兩個氫原子,所以在式子右邊氫氣分子式前面也應(yīng)該寫上系數(shù)“2”。這樣,在式子左右兩邊氧和氫兩種元素的原子數(shù)目都已相等,就可以把中間的直線改成等號,因?yàn)檫@樣的式子已符合物質(zhì)不滅定律:
? ? ? ??【第三步】如果反應(yīng)是在某種條件下進(jìn)行的,那末在等號上面應(yīng)該注明反應(yīng)發(fā)生的條件,例如,水分解的條件是通入電流,那就在這個化學(xué)方程式等號上面注明“電流”兩字,即:
? ? ? ??另外,如果反應(yīng)過程中有氣體放出,我們用符號“個”(寫在氣態(tài)生成物的分子式的右邊)來表示;如果有沉淀從溶液中析出,用符號“↓”(寫在難溶生成物的分子式的右邊)來表示。因此,用來表示水在電流作用下發(fā)生分解反應(yīng)的完整的化學(xué)方程式是:
? ? ? ??總起來說,要正確書寫化學(xué)方程式,首先應(yīng)該知道這個反應(yīng)的作用物和生成物各是什么;其次,要能夠?qū)懗龈鞣N作用物和生成物的分子式;第三,要知道反應(yīng)發(fā)生的條件和生成物的狀態(tài);最后,要能夠根據(jù)物質(zhì)不滅定律來配平化學(xué)方程式,即使化學(xué)方程式兩邊的各種元素的原子數(shù)相等。
? ? ? ??化學(xué)方程式的配平,有時比較困難,必須采用一定的步驟,逐步進(jìn)行平衡。但在開始學(xué)習(xí)化學(xué)時,我們接觸到的化學(xué)反應(yīng)大都比較簡單,它們的化學(xué)方程式,一般只須采用視察法就能加以配平?,F(xiàn)在,我們再舉幾個例子,來說明用視察法配平化學(xué)方程式的方法。
? ? ? ??例1.鐵在灼熱的情況下,在氧氣里燃燒,生成四氧化三鐵。
? ? ? ??觀察式子
? ? ? ??兩邊鐵原子和氧原子的數(shù)目都不相等,由于右邊生成物四氧化三鐵分子里含有3個鐵原子和4個氧原子,因此,只要在左邊反應(yīng)物鐵的元素符號前面配上系數(shù)“3”,氧氣的分子式前面配上系數(shù)“2”,左右兩邊就配平了。然后將“—”寫成“=”,并加上反應(yīng)條件“灼熱”。于是鐵在氧氣里燃燒生成四氧化三鐵的化學(xué)方程式的完整寫法是:
? ? ? ??在配平化學(xué)方程式時,各種物質(zhì)分子式前面的系數(shù)必須保持最簡單的數(shù)目關(guān)系.例如,例1中最后的化學(xué)方程式,如果配平成
? ? ? ??雖然左右兩邊各種元素的原子個數(shù)都是相等的,并不違反物質(zhì)不滅定律,但它里面各物質(zhì)分子式前面的系數(shù)有公因子,不是最簡單的數(shù)目關(guān)系,因此這樣的寫法仍是不正確的。
? ? ? ??例2.磷在高溫時在氧氣里燃燒生成五氧化二磷。
? ? ? ??觀察式子
? ? ? ??兩邊磷原子和氧原子的數(shù)目都不相等,配平時,只要在左邊反應(yīng)物磷的元素符號前面配上系數(shù)“2”,氧氣分子式前面配上系數(shù)“”(即
)后,左右兩邊各種元素的原子數(shù)就都相等。但是,分子式一般是代表分子的,而分子是組成物質(zhì)的最小微粒。因此,在化學(xué)方程式里,分子式前面的系數(shù),一般都應(yīng)寫成整數(shù)。把上面式子里各種物質(zhì)分子式前面的系數(shù)都乘以“2”,就能消去氧氣分子式前面的分?jǐn)?shù)。磷在氧氣里燃燒的化學(xué)方程式的完整寫法是:
? ? ? ??例3.氯酸鉀加熱分解生成氯化鉀并放出氧氣。
? ? ? ??在式子里,左右兩邊的鉀原子、氯原子數(shù)目是相等的,只有氧的原子數(shù)目不相等。如果在右邊氧氣分子式前面配上系數(shù)“
”(即
)后,兩邊各種元素的原子數(shù)就完全相等。為了消去氧氣分子式前面系數(shù)里的分?jǐn)?shù),把式子里各種物質(zhì)的系數(shù)都乘以“2”,然后把式子里的直線改成等號,在等號上面注明反應(yīng)條件,并在氧氣分子式右邊用符號“個”表示它的狀態(tài)(氣態(tài)),就得到這個反應(yīng)的完整的化學(xué)方程式:
? ? ? ??在配平化學(xué)方程式時,要注意防止發(fā)生一種容易產(chǎn)生的錯誤:例如,在配平氯酸鉀分解反應(yīng)的化學(xué)方程式時,有些初學(xué)化學(xué)的人,為了使式子兩邊的原子數(shù)目相等,把氯酸鉀的分子式改為“
”,或把氧氣的分子式改為“
”.。這都是錯誤的,因?yàn)榉肿邮绞谴砦镔|(zhì)的組成的,而純凈物質(zhì)具有一定的組成(定組成定律),因此也有一定的分子式。如果我們改變物質(zhì)的分子式,那所代表的就不是原來的物質(zhì),而可能是別種物質(zhì)或者這種物質(zhì)根本就不存在。例如,“
”所代表的并不是氯酸鉀,同樣,“
”所代表的也不是氧氣。因此,化學(xué)方程式兩邊的原子數(shù)目,只能通過分子式前面的系數(shù)來配平,絕不能改變物質(zhì)的分子式。
應(yīng)用化學(xué)方程式的計(jì)算
? ? ? ??在化學(xué)方程式中,反應(yīng)物和生成物都用它們的分子式來表示。我們知道,物質(zhì)的分子式包含有物質(zhì)的分子量的意義。因此,一個化學(xué)方程式不僅表明哪些物質(zhì)參加了化學(xué)反應(yīng)和生成了哪些物質(zhì);而且還表明了由多少重量的反應(yīng)物變成了多少重量的生成物。
? ? ? ??例如,水分解為氫氣和氧氣的化學(xué)方程式除了表明反應(yīng)物是水和生成物是氫氣和氧氣外,還表明每有2個水分子分解,就能產(chǎn)生2個氫分子和1個氧分子。從水的分子式(
)可以算出水的分子量是18,2個水分子的重量便是2×18=36。同樣可以算出,2個氫分子的重量是4;1個氧分子的重量是32。因此,這個方程式還表明,每36份的水完全分解時,將產(chǎn)生4份的氫氣和32份的氧氣?;蛘哒f,在這個化學(xué)反應(yīng)里,反應(yīng)物—水,和生成物氫氣、氧氣,三者的重量比是36:4:32,即9:1:8。
? ? ? ??又如,從碳和氧化合生成二氧化碳的化學(xué)方程式可知,在這個反應(yīng)里,反應(yīng)物碳、氧氣,和生成物二氧化碳三者的重量比是12:32:44,即3:8:11。
? ? ? ??根據(jù)化學(xué)方程式所表明的反應(yīng)物和生成物之間的重量關(guān)系,可以從反應(yīng)物的重量算出生成物的重量(或其他反應(yīng)物的重量),也可以從生成物的重量算出反應(yīng)物的重量(或其他生成物的重量)。
? ? ? ??例如計(jì)算分解18克水能生成多少克氧氣。計(jì)算的步驟如下:
? ? ? ??(1)寫出經(jīng)過配平的化學(xué)方程式:
? ? ? ??(2)在有關(guān)物質(zhì)的分子式下面寫出重量:在已知重量的物質(zhì)(水)和要求重量的物質(zhì)(氧氣)的分子式下面,寫出它們分子的重量(切勿忘記將物質(zhì)分子量乘以分子式前面的系數(shù))。
? ? ? ??題目中沒有要求計(jì)算生成氫氣的重量,所以在氫氣的分子式下面不必寫出它的重量。
? ? ? ??然后在這些重量下面,再寫出題目中告訴我們的條件(水的重量),和要求的重量(氧氣的重量假設(shè)為x),它的單位必須和題目中已知重量的物質(zhì)的重量單位一樣。
【山注,B站專欄公式代碼——\quad\quad\ce{2H2O=電流=2H2↑ + O2↑}\\?\small2×18=36\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad32\\\quad\quad\small18克\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad{x克}】
? ? ? ??(3)列出比例式并解這比例式:根據(jù)上式可以看出,36克水完全分解后,可以得到32克氧氣?,F(xiàn)在有18克水分解后可得氧氣x克。根據(jù)這個重量關(guān)系(可以看出,這是正比例關(guān)系),列成比例式,得,36克:18克=32克:x克,解這比例式,得:,即分解18克水能生成16克氧氣。
? ? ? ??計(jì)算這一類題目時,我們可以按下列的格式書寫:
? ? ? ??例4.多少克鐵全部和氧氣化合后,才能生成23.2克四氧化三鐵?
【解】設(shè)需要x克鐵。
168克:x克=232克:23.2克,
答:需要16.8克鐵。
? ? ? ??例5. 62克磷全部和氧氣化合后,能生成五氧化二磷多少克?參加反應(yīng)的氧氣要有多少克?
【解】根據(jù)題意,先計(jì)算能生成多少克五氧化二磷。設(shè)能生成x克五氧化二磷。
124克:62克=284克:x克,
? ? ? ??然后再計(jì)算參加反應(yīng)的氧氣要多少克.計(jì)算的時侯,既可以拿磷的重量作為已知重量,也可以拿算出的五氧化二磷的重量作為已知重量。如果拿磷的重量(62克)作為已知重量,在化學(xué)方程式中就寫出磷和氧氣的重量關(guān)系,并設(shè)參加反應(yīng)的氧氣有y克。
124克:62克=160克:y克,
? ? ? ??如果用五氧化二磷的重量作為已知重量,在化學(xué)方程式中就寫出五氧化二磷和氧氣的重量關(guān)系,設(shè)參加反應(yīng)的氧氣有z克。
160克:z克=284克:142克,
? ? ? ??從上面的計(jì)算可以知道,不論用哪一個作為已知重量,結(jié)果都一樣。
? ? ? ??或者,把這個題目里要求計(jì)算的兩種物質(zhì)的重量列成一個式子,將兩個未知重量分別假設(shè)為x和y:
? ? ? ??然后列成兩個比例式,分別算出x和y。
答:能生成五氧化二磷142克,參加反應(yīng)的氧氣要80克。
習(xí)題2-9
1、什么叫做化學(xué)方程式?
【山答】用元素符號和分子式來表示化學(xué)反應(yīng)的式子,叫做化學(xué)方程式。
2、配平下列化學(xué)方程式(配平后把直線改為等號):
(1)【山答】4/1/2
(2)【山答】2/1/2
(3)【山答】4/3/2
(4)【山答】2/5/2
(5)【山答】2/2/1
(6)【山答】2/2/3
3、按照步驟寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式:
(1)鎂和氧氣化合生成氧化鎂(MgO);【山答】
(2)硫和鐵化合生成硫化亞鐵(FeS);【山答】
(3)水蒸氣和灼熱的炭反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。
【山答】
4、從氧化汞制取4克氧氣,需要多少克氧化汞?【山答】54g。
5、24公斤炭在氧氣中全部燃燒,可生成多少公斤的二氧化碳?【山答】88kg。
6、要得到16噸二氧化硫,必須使多少噸的硫全部燃燒?(硫燃燒的化學(xué)方程式是)【山答】8噸。
7、將鐵粉和硫粉混和后,放在試管里加熱,反應(yīng)后生成硫化亞鐵(FeS)。問制取44克硫化亞鐵需要多少克鐵和多少克硫?【山答】28g鐵,16g硫。
8、分解49克氯酸鉀能生成多少克氧氣?如果在氯酸鉀里再加入5克二氧化錳,那末生成的氧氣有多少克?【山答】19.2g,依然是19.2g。
9、分解氯酸鉀多少克,才能使制得的氧氣和分解43.2克氧化汞所制得的氧氣的重量相等?[提示:先算出分解43.2克氧化汞能制得多少克氧氣]【山答】氧3.2g,氯酸鉀8.17g。