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化學 · 反應 · 數量關係

化學方程式與原子數守恆

化學方程式中的係數是根據以下原則確定的:反應前後,每個元素的原子數量保持不變。改變物質的化學式會導致不同的反應。

相關實驗:配平化學方程式 →
配平化學方程式
配平化學方程式實驗場景 →

意義與機制

在典型的化學反應中,原子核的種類保持不變,而原子之間的結合重新排列。因此,反應物和產物中,每個元素的原子數量保持相等。

在 2H₂ + O₂ → 2H₂O 中,係數表示分子數量或量的比率,即 2:1:2。改變氧元素的下標,以平衡方程式,將會改變氧或水的性質。

關係與條件

對於每個元素,我們透過計算化學式中原子數的總和,乘以相應的係數,比較兩邊。在確認總和相等後,我們除以係數的最大公約數,將結果表示為最小的整數比。

離子方程式必須保持總電荷以及原子數量不變。 計量化學的莫耳比和質量比由於物質的莫耳質量不同而數值上不相同。

觀察實驗中需要注意的事物

化學式中的下標不會改變,只會調整係數。如果保持原子數量,然後將係數除以最大公約數,就可以得到最小的整數比。

這是一個模型,用於計算五種指定反應中原子的數量。 “粒子影像”指的是分子或化學式單元的集合,並不意味著鐵和氧化鐵以獨立的分子形式存在。 模型的計算不包括鍵結構、反應條件、反應速率和產率。 報告中的數值單位是原子數。

關鍵關係與符號

反應前每個元素的原子數 = 反應後每個元素的原子數

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
ν化學計量係數無單位
ν × 原子數量該物質貢獻的原子數量粒子計數或莫耳比

透過範例確認

什麼是 2H₂ + O₂ → 2H₂O 和 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O 之間的最小整數比?

在兩個公式中,每個元素的原子數相同,但 4:2:4 可以被公約數 2 整除。使用一個比率,其中正整數係數的最大公約數為 1。

常見誤解

  • 在反應中,可允許的調整是係數,這並非僅僅是任意地改變化學計量子數。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 化學 2e (英文)