掌握了化合价这把“万能钥匙”,凌凡感觉自己解锁了书写化学式的能力,能够清晰地“看到”反应物和生成物是由哪些元素、以何种“价态”组合而成的。然而,当他尝试将脑海中的化学反应用方程式的形式表达出来时,一个新的挑战出现了——化学方程式的配平。
他看着草稿纸上那些左右两边原子数目不等、显得头重脚轻或左右失衡的式子,例如最初写出的 h? + o? → h?o,眉头微微皱起。这显然不对,左边有2个o原子,右边只有1个。他知道,化学反应必须遵循质量守恒定律,反映在方程式中,就是等号两边每一种原子的数目必须相等。
这听起来像是一条冰冷、绝对的铁律。如果只是机械地通过试数、猜测来调整系数,过程会非常繁琐,尤其是面对复杂的反应时,简直如同在迷宫中乱撞。但凌凡并没有感到烦躁,相反,他从中嗅到了一丝熟悉的味道——这像极了一道有着固定规则的数学应用题,或者说,一个基于原子守恒的拼图游戏。
他决定,将方程式的配平,构建成一个有策略、有步骤的 “数学游戏”模型。游戏的目标:找到一组最简整数系数,使得方程式两边的原子棋盘达成完美平衡。
游戏规则:质量守恒(原子数目守恒)是唯一最高准则。
游戏策略:观察法为主,奇偶法、归一法等为辅,终极武器是“待定系数法”。
他开始系统地梳理和练习各种配平策略。
第一关:简单反应的“观察法”——“见招拆招”
适用于反应物和生成物种类较少,原子种类也不多的简单反应。
凌凡发现,观察法就像下棋,要有全局观,找到那个影响全局的“关键点”(如氧原子),从这里入手,往往能迅速破局。
第二关:涉及原子团的“整体考虑法”——“成组处理”
当方程式中出现像so?2?、?2?、no??、oh?这样的原子团,并且它们在反应前后作为一个整体没有变化时,可以将它们视为一个“整体”进行配平,能大大简化过程。
“这种方法真高效!”凌凡感叹,这避免了将s和o分开考虑的繁琐。
第三关:氧化还原反应的“电子守恒法”——“得失电子记账”
这是配平氧化还原反应的核心方法,也是凌凡觉得最具逻辑美感的方法。他将其与自己之前建立的氧化还原“侦探小说”模型完美结合。
每个cu原子失2个电子。
所以,cu失电子总数为2,需要1个cu原子。
n得电子总数为2,需要2个n原子被还原(即生成2个no?分子)。
检查o原子:左边12个o,右边:cu(no?)?有6o,2no?有4o,2h?o有2o,共12o。平衡!
凌凡发现,电子守恒法是破解复杂氧化还原反应的利器,它从反应本质入手,直击要害。
第四关:复杂反应的“待定系数法”——“方程组通杀”
当以上方法都显得棘手时,还有最后的大招——待定系数法。凌凡将其视为解多元一次方程组。
这种方法虽然计算稍多,但逻辑非常严密,适用于任何复杂的方程式。
通过大量的练习,凌凡总结出配平的通用心法:
1 先判断反应类型: 是否是氧化还原反应?如果是,优先用电子守恒法。
2 再看有无原子团: 如有且未变,优先整体考虑法。
3 简单反应用观察法: 从复杂物质或稀有元素入手。
4 遇复杂棘手反应: 果断使用待定系数法。
5 最后一步勿忘检查: 确保每一种原子都守恒。
掌握了这套“数学游戏”的规则和策略后,凌凡感觉配平方程式不再是一项枯燥的任务,而是一种有趣的智力挑战。他享受那种通过逻辑推理,让方程式两边的原子数从混乱走向平衡的过程。
这项能力的掌握,为他后续进行复杂的化学计算、理解反应机理,奠定了坚实的基础。他的化学工具箱里,又添了一件得心应手的利器。
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1 观察法: 适用于简单反应,从复杂物质或出现次数少的元素入手,逐一调整。
2 整体考虑法: 适用于反应前后保持不变的原子团,将其视为整体进行配平,提高效率。
3 电子守恒法(氧化还原反应核心): 依据得失电子总数相等的原则,优先配平氧化剂、还原剂及相应产物,再配平其他物质。
4 待定系数法(通用方法): 设未知数为系数,根据原子守恒列方程组求解,适用于任何复杂反应。