平衡化学反应gydF4y2Ba

平衡反应gydF4y2Ba确保在起始材料中存在的所有原子都在最终化合物中被说明。化学反应表明物质如何从一种形式转变为另一种形式。从开发火箭燃料(燃烧反应)、停止生锈(氧化还原反应)到治疗消化不良(酸碱反应)，在每一个科学学科和日常生活中都能找到这样的例子。gydF4y2Ba

锌和硫点燃后形成硫化锌，形成蓝绿色火焰。这种反应被用作火箭燃料gydF4y2Ba

化学反应紧随其后gydF4y2Ba质量守恒定律gydF4y2Ba这意味着反应物的总质量必须等于生成物的总质量。从反应物到生成物，每种类型的原子的数量也必须保持不变。(这被称为原子守恒原理，或POAC)。原子不能被创造或毁灭，所以如果方程式不能平衡，就一定有另一种反应物或生成物参与其中。发现这些缺失的物质可以揭示反应是如何发生的，如何获得更好的产物产量，或者可能产生哪些废物。(注:由于质量缺陷，POAC不完全准确)gydF4y2Ba

反应是不完整的，直到平衡(也称为骨架方程)。例如，想象一下，一位有机化学家正试图发明一种碳排放更低的燃料。研究人员知道她的反应物燃烧生成二氧化碳和水。在她写出一个平衡的化学反应之前，她不知道燃烧每单位燃料会产生多少二氧化碳。在弄清平衡反应之前，她不能说她的发明比标准燃料好还是差。化学计量学描述质量、摩尔和粒子数之间的关系，是解决化学问题的常用工具。任何使用化学计量的化学问题gydF4y2Ba化学平衡gydF4y2Ba需要平衡的化学反应。有很多方法来平衡反应。gydF4y2Ba

[２]gydF4y2Ba

试试法对于比较简单的方程的平衡是有用的。许多化学反应可以通过观察和聪明的猜测来平衡。例如，葡萄糖的燃烧过程如下:gydF4y2Ba

$\ce{C6H12O6 + O2 -> CO2 + H2O}gydF4y2Ba$

碳只存在于一种反应物(葡萄糖)和一种产物(二氧化碳)中。每个葡萄糖分子中有6个C，而二氧化碳分子中只有1个C，所以使用POAC，葡萄糖和二氧化碳的比例必须是1:6:gydF4y2Ba

$\ce{C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + H2O}。gydF4y2Ba$

同样，葡萄糖有12个氢原子，而水只有2个:gydF4y2Ba

$\ce{C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O}。gydF4y2Ba$

最后，平衡自由元素，氧气:gydF4y2Ba

$\ce{C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O}。gydF4y2Ba$

以下是一些需要牢记的一般策略:gydF4y2Ba

1. 首先确定最复杂的物质(原子最多的物质)，看看是否有原子只出现在一种反应物和一种生成物中。先平衡它们。gydF4y2Ba
2. 平衡gydF4y2Ba多原子离子gydF4y2Ba作为一个整体。gydF4y2Ba
3. 最后平衡自由元素(那些单独出现的元素，不作为化合物的一部分)。gydF4y2Ba
4. 避免分数系数。gydF4y2Ba
5. 检查你的工作。确保方程两边的原子总数相同。如果你假设配平的方程式只有一个最复杂物质的等价物，你并不总是正确的。gydF4y2Ba

试着平衡镁和氧的燃烧反应。gydF4y2Ba

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在这个反应中，镁与氧反应生成氧化镁:gydF4y2Ba

$\ce{Mg + O2 -> MgO}。gydF4y2Ba$

这个方程是不平衡的，因为反应物这边有两个氧原子，而化合物这边只有一个氧原子gydF4y2Ba $\ ce{分别}。gydF4y2Ba$

这可以通过放一个来平衡gydF4y2Ba $2gydF4y2Ba$之前gydF4y2Ba $\ ce{分别}gydF4y2Ba$，这意味着整个化合物的单个原子被拿走了两次。所以我们的方程变成了gydF4y2Ba

$\ce{Mg + O2 -> 2MgO}。gydF4y2Ba$

注意，现在有了gydF4y2Ba $2 \ ce {Mg}gydF4y2Ba$在生成物这边只有一个反应物这边。然后我们放一个gydF4y2Ba $2gydF4y2Ba$之前gydF4y2Ba $\ ce {Mg}gydF4y2Ba$在反应物方面:gydF4y2Ba

$\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}。gydF4y2Ba$

现在，方程是gydF4y2Ba平衡gydF4y2Ba！gydF4y2Ba $_ \广场gydF4y2Ba$

甲胺燃烧平衡:gydF4y2Ba

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$\ce{CH_3NH_2 + O2 -> H2O + CO2 + N2}gydF4y2Ba$

通过观察，我们发现甲胺是最复杂的物质，在反应物侧和生成物侧都只有一种含氮化合物，所以我们从平衡氮开始:gydF4y2Ba

$\ce{2CH_3NH_2 + O2 -> H2O + CO2 + N2}。gydF4y2Ba$

氮平衡了，碳和氢也就平衡了。如果反应物这边有2c，就需要2mol二氧化碳。我们还有10个氢，也就是生成物这边有5摩尔水gydF4y2Ba

$\ce{2CH_3NH_2 + O2 -> 5H2O + 2CO2 + N2}。gydF4y2Ba$

现在，我们要平衡氧原子。生成物这边有9个原子，而反应物那边有2个:gydF4y2Ba

$\ce{2CH_3NH_2 + 9/2 O2 -> 5H2O + 2CO2 + N2}。gydF4y2Ba$

为了避免分数系数，我们得到gydF4y2Ba

$\ce{4CH_3NH_2 + 9 O2 -> 10H2O + 4CO2 + 2N2}。gydF4y2Ba$

检查一下，反应物这边有4个C, 20个H, 4个N, 18个O，生成物这边也是。gydF4y2Ba $_ \广场gydF4y2Ba$

在这种方法中，加入氢氧根离子、氢离子、电子和水来平衡方程。方程分为氧化一半和还原一半，每一半分别求解。一旦两个半反应平衡，它们就会重新加在一起。氢和氧在酸性介质和碱性介质中的平衡是不同的。gydF4y2Ba

酸性介质gydF4y2Ba

1. 鉴别氧化和还原。gydF4y2Ba
2. 将完全反应分成两半。gydF4y2Ba
3. 除了氧原子和氢原子外，所有原子都要保持平衡。gydF4y2Ba
4. 平衡氢原子:添加gydF4y2Ba $H ^ \ ce {+}gydF4y2Ba$一边的离子缺乏氢原子。gydF4y2Ba
5. 平衡氧原子:在氧原子不足的一侧加上两倍的水分子gydF4y2Ba $H ^ \ ce {+}gydF4y2Ba$离子到另一边。gydF4y2Ba
6. 通过在方程中加入电子来平衡电荷。gydF4y2Ba
7. 通过与合适的整数相乘，使两个半反应中的电子变化相等。gydF4y2Ba
8. 把两个半反应相加，得到完全平衡的反应。在平衡反应中所有的电子都要抵消掉。gydF4y2Ba

平衡以下反应:gydF4y2Ba

$\ce{H2S + NO3- -> HSO_4- + NH4+}。gydF4y2Ba$

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氧化:gydF4y2Ba

$\begin{aligned} \ce{H2S} &\longrightarrow \ce{HSO4-}\\ \ce{H2S + 4H2O} &\longrightarrow \ce{HSO4- + 9H+}\\ ce{H2S + 4H2O} &\longrightarrow \ce{HSO4 + 9H+ + 8e-}。结束\{对齐}gydF4y2Ba$

减少一半:gydF4y2Ba

$\begin{aligned} \ce{NO3-} &\longrightarrow \ce{NH4+}\\ ce{NO3- + 10H+} &\longrightarrow \ce{NH4+ + 3H2O}\\ ce{NO3- + 10h++ 8e-} &\longrightarrow \ce{NH4+ + 3H2O}。结束\{对齐}gydF4y2Ba$

两个反应加起来，得到gydF4y2Ba

$\ce{H2S + NO3- + H2O + H+ -> HSO4- + NH4+}。gydF4y2Ba$

基本媒介步骤:gydF4y2Ba

所有的步骤都是一样的，除了平衡氢和氧。gydF4y2Ba

1. 平衡氧原子:一边加多余的氧原子和两倍的水分子gydF4y2Ba $\ ce{哦^ -}gydF4y2Ba$离子到另一边。gydF4y2Ba
2. 平衡氢原子:添加gydF4y2Ba $\ ce{哦^ -}gydF4y2Ba$多余的:有多余的那一边gydF4y2Ba $H ^ \ ce {+}gydF4y2Ba$另一边也有等量的水分子。gydF4y2Ba

平衡以下反应:gydF4y2Ba

$\ce{Al + H2O -> Al(OH)4- + H2}。gydF4y2Ba$

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氧化:gydF4y2Ba
铝的氧化态从单质的0变为+3离子:gydF4y2Ba

$\begin{aligned} \ce{Al} &\longrightarrow \ce{Al(OH)4-}\\ ce{Al + 4OH-} &\longrightarrow \ce{Al(OH)4- + 3e-}。结束\{对齐}gydF4y2Ba$

减少一半:gydF4y2Ba
氢从+1还原为0:gydF4y2Ba

$\begin{aligned} \ce{3/ 2h2o} &\longrightarrow \ce{3/ 2h2}\\ \ce{3h2o +3e-} &\longrightarrow \ce{3/ 2h2 + 3oh -}。结束\{对齐}gydF4y2Ba$

两个反应加起来，得到gydF4y2Ba

$\ ce {Al + 4哦- H2O + 3 + 3 e - - > Al (OH) 4 - + 3/2 H2 + 3哦+ 3 e -}。gydF4y2Ba$

由于氢氧根同时出现在生成物和反应物的一侧，它可以被消去:gydF4y2Ba

$\ ce {Al +哦- H2O + 3 + 3 e - - > Al (OH) 4 - + 3/2 H2 + 3 e -}。gydF4y2Ba$

我们的电子是平衡的，所以我们也可以把它们从方程中去掉:gydF4y2Ba

$\ce{Al + OH- + 3h2o -> Al(OH)4- + 3/ 2h2}。gydF4y2Ba$

去掉分数系数后，得到配平式:gydF4y2Ba

$\ce{2Al + 2oh - + 6h2o -> 2Al(OH)4- + 3h2}。\ _ \广场gydF4y2Ba$

n因子法可用于解决第一次检查时似乎难以平衡的复杂反应，包括gydF4y2Ba氧化还原反应gydF4y2Ba。的gydF4y2Ba $ngydF4y2Ba$-factor，也叫thegydF4y2Ba活度系数gydF4y2Ba，是每摩尔化学物质提供或使用的电子的摩尔数。这两种化合物的摩尔数是前者的反比gydF4y2Ba $ngydF4y2Ba$因素比例。一旦已知两种化合物的系数，就可以使用POAC来平衡方程的其余部分。gydF4y2Ba

平衡以下反应:gydF4y2Ba

$\ ce {As_2S_3} + \ ce {NO_3 ^ -} + \ ce H ^ {+} + \ ce {H_2O} \ longrightarrow \ ce {H_3AsO_4} + \ ce{没有}+ \ ce{}。gydF4y2Ba$

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首先，取变量表示所有生成物和反应物的化学计量系数:gydF4y2Ba

$一个\ ce {As_2S_3} + b \ ce {NO_3 ^ -} + c \ ce H ^ {+} + d \ ce {H_2O} \ longrightarrow p \ ce {H_3AsO_4} + \ ce{没有}+ r \ ce{}。gydF4y2Ba$

然后找到gydF4y2Ba $ngydF4y2Ba$因素对gydF4y2Ba $\ ce {NO_3 ^ -}gydF4y2Ba$而且gydF4y2Ba $\ ce {As_2S_3},gydF4y2Ba$后来发生了什么gydF4y2Ba $3.gydF4y2Ba$而且gydF4y2Ba $10日,gydF4y2Ba$分别。因此gydF4y2Ba $一个= 10gydF4y2Ba$而且gydF4y2Ba $b = 3gydF4y2Ba$。gydF4y2Ba

现在，应用POAC，我们有gydF4y2Ba

1. 为gydF4y2Ba $\ ce{和}gydF4y2Ba$，gydF4y2Ba $2 = p \意味着p = 6gydF4y2Ba$
2. 为gydF4y2Ba $\ ce{年代}gydF4y2Ba$，gydF4y2Ba $3 = r \意味着r = 9gydF4y2Ba$
3. 为gydF4y2Ba $\ ce {N}gydF4y2Ba$，gydF4y2Ba $b = \意味着q = 10gydF4y2Ba$
4. 为gydF4y2Ba $\ ce {H}gydF4y2Ba$，gydF4y2Ba $c + 2 d = 3 p \意味着c = 10gydF4y2Ba$
5. 为gydF4y2Ba $\ ce {O}gydF4y2Ba$，gydF4y2Ba $3 b + d = 4 p + q \意味着d = 4。gydF4y2Ba$

因此我们有了配平的方程。gydF4y2Ba $_ \广场gydF4y2Ba$

[1]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ThegydF4y2Ba反应gydF4y2Ba的gydF4y2Ba锌gydF4y2Ba在创作共用许可下进行重用和修改。gydF4y2Ba

[2]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:H3PO4gydF4y2Ba平衡gydF4y2Ba化学gydF4y2Ba方程gydF4y2Ba磷gydF4y2Ba五氧化二gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba水gydF4y2Ba就变成了gydF4y2Ba磷酸gydF4y2Ba在创作共用许可下进行重用和修改。gydF4y2Ba