化学方程式（用化学式表示化学反应的式子）

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更新时间：2023-05-23

化学方程式

用化学式表示化学反应的式子
化学方程式（chemical equation），别名化学反应方程式，是用化学式来描述各种物质之间的不同化学反应的式子。化学方程式适用于有机化学、无机化学等领域，是一种重要的化学用语，通常以符号的形式科学、简明的表达物质间的变化规律，是联结宏观与微观的桥梁。化学方程式符合质量守恒定律，由反应物类型可以分为有机化学反应和无机化学反应等；由反应物氧化数的变化可以分为置换反应、化合反应、氧化还原反应等。化学方程式的书写必须以实验事实为依据，任何反应方程式都包括反应物和生成物，反应过程原子保持不变。
基本信息
中文名
化学方程式
英文名
chemical equation
别名
化学反应方程式
拼音
huà xué fāng chéng sh

概念定义及其意义

概念

化学方程式是描述各种物质之间不同化学反应的式子，由元素符号以及分子式组成，对于学习和研究化学有重要意义。
例如，实验室通常由金属锌与稀酸（稀盐酸、稀硫酸）反应的方式制取氢气，该反应用化学方程式表达如下：
在工业上，制造硝酸通常采用氨氧化法，该反应通过化学方程式表达如下：
由此可见，通过化学方程式，我们可以清晰直观的表达出物质之间的变化以及生成物的状态。

意义

  1. 化学方程式最直观的意义就是它代表了一种化学反应，通过化学方程式，我们可以清晰的看出参与反应的反应物和生成物以及反应所属的类型。例如从金属锌与稀硫酸的反应方程式可以看出，该反应属于置换反应，反应生成了硫酸锌，同时放出氢气。
  2. 通过化学方程式可以直观的看出参与反应的各种物质微粒的数目（或摩尔数）之比。从金属锌与稀硫酸的反应可以看出，该反应表示1个锌原子与1个硫酸分子反应，生成了一个硫酸锌分子和一个氢气分子。从反应摩尔数的角度来看，即1摩尔锌原子与1摩尔硫酸反应后，生成1摩尔硫酸锌与1摩尔氢气。
  3. 通过化学方程式还可以表示出参与反应的各物质之间的质量比。例如：
反应方程式中，醋酸、乙醇、乙酸乙酯、水的摩尔质量分别为60、46、88、18，即60份质量数的醋酸与46份质量数的乙醇反应可以生成88份质量数的乙酸乙酯和18份质量数的水。
  1. 由气体参与反应的方程式，可以看出参与反应的气体的体积比。例如
在标准状态下，1体积的氮气与3体积的氢气反应可以得到2体积的氨气或者22.4升的氮气与67.2升的氢气反应可以得到44.8升的氨气。
  1. 化学反应方程式还可以表示出反应过程中的能量变化，例如：
该反应表示2摩尔的二氧化硫和1摩尔的氧气反应生成2摩尔的三氧化硫同时放出47千卡的能量。

理论依据

化学反应的本质是参与反应的各物质的原子重新组合成其它物质的过程，原子的种类和数量都没有变化，因此化学反应方程式符合质量守恒定律。

理论验证

白磷燃烧试验[3]

  1. 在锥形瓶底部铺满细沙，放入小粒的白磷，之后用安装了玻璃棒的橡胶塞塞住瓶口并使玻璃棒可以接触到白磷，将该装置放在托盘天平上用砝码平衡。
  2. 取下锥形瓶塞，将玻璃棒在酒精灯上烧至红热，之后塞住锥形瓶口，用玻璃棒引燃白磷，待燃烧结束且锥形瓶冷却后，将该装置重新放在托盘天平上，观察天平是否平衡。

氢氧化钠与硫酸铜反应试验

  1. 将装有氢氧化钠溶液的试管放入装有硫酸铜溶液的烧杯中，之后将烧杯放在托盘天平上用砝码平衡。
  2. 将烧杯取下后，使氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液混合生成蓝色氢氧化铜沉淀，再次将烧杯放在托盘天平上，判断天平是否平衡。

发现历史

化学反应所遵循的质量守恒定律是拉瓦锡通过天平对化学反应进行定量研究而被大家所认知的，化学方程式的书写最初采用的也是绘画的方式。1789年，拉瓦锡采用“葡萄糖=碳酸+酒精”的方式表达化学方程式，到了羟世纪，道尔顿确立了原子论，科学家们开始通过元素符号来表达化学方程式，由于当时人们不了解分子这一概念，因此化学方程式的表达存在一定的错误。[2]

反应类型

从反应物中原子氧化数是否改变分类

发生在自然界、工业、农业和生物等过程中的一切化学反应可以分为两个类型：反应物中原子的氧化数没有发生改变的反应以及反应物中原子的氧化数没有改变的反应。

反应物中原子的氧化数没有发生改变的反应

反应物中原子的氧化数没有发生变化的反应有互换反应，某些化合反应和分解反应等。
  1. 互换反应
  1. 化合反应
  1. 分解反应

反应物中原子的氧化数发生改变的反应

反应物中原子的氧化数发生变化的反应有氧化还原反应，如置换反应，某些化学反应以及分解反应。
  1. 置换反应
  1. 化合反应
  1. 分解反应

书写方法

  1. 化学方程式的书写必须以实验事实为依据，清晰的反应出反应的参与物质以及生成物质，标明反应发生的条件、生成物的状态等。
  2. 反应方程式的书写要遵循质量守恒定律，即反应过程中要保持原子的种类和数量不变，有离子参与的反应还必须保持反应式两端的电荷数不变。
  3. 化学反应方程式中，反应物与生成物之间通常与“=”或“→”相连，表示反应的进行方向是由左向右，且不可逆。当化学反应可逆时，即反应既可以向右进行也可以向左进行，则此时反应物与生成物之间用“⇋”相连。
  4. 化学反应方程式中要标明反应物和生成物的状态，固态通常用“s”表示；液态用“l”表示；气态用“g”表示；水溶液用“aq”表示。

化学反应式中的符号

中间符号

化学反应方程式反应物与参与物中间的符号有多种表达方式如下所示：
  1. 未配平的方程式中间用“——”相连；
  2. 配平的方程式中间用“=”相连；
  3. 由于由有机物参与的化学反应情况较为复杂，因此反应方程式中间通常用“→”相连；[16]
  4. 可逆的化学反应中间用
    “⇋”相连。

气体符号

反应方程式中气体常用“↑”表示。化学反应中，如果反应物中有气体参与，则生成物即使有气体也不用加“↑”；如果反应物中没有气体参与，则生成物中的气体则用“↑”表示。例如，金属镁与稀硫酸反应生成氢气，由于反应物中没有气体，因此生产的氢气需要加气体符号；甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，因为反应物中有气体，因此生成物中的二氧化碳不需要加气体符号。

沉淀符号

反应方程式中的沉淀常用“↓”表示。化学反应中，如果整个反应无液体存在，则生成物即使为难容物也不用“↓”表示；如果有难溶性物质从液体中析出，则沉淀需要用“↓”表示。例如，稀盐酸与硝酸银反应生成氯化银沉淀，由于反应物中没有难溶性物质，因此氯化银需要加沉淀符号；

化学反应发生的条件

反应条件的书写

大部分化学反应需要在一定的条件下才可以发生，例如加热（可用∆表示）、点燃、催化剂等。在书写化学方程式时，这些反应条件通常写在等号的上方。
当反应条件催化剂、温度、压力等同时存在时，一般把催化剂写在等号上方，温度、压力等写在等号下方。例如：

反应浓、稀溶液的书写

当反应物为稀、浓溶液时，直接在该分子的后边用浓、稀字样表示，例如：

反应吸热、放热的书写

当反应方程式中有吸热或放热时，通常用“-Q”或“+Q”表示，例如：

常见书写错误类型

  1. 记错物质的化学式，例如将次氯酸钙Ca(ClO)₂错写成CaClO；
  2. 在书写反应方程式时，常常忘记或写错反应发生的条件；
  3. 错写反应方程式的配平系数；
  4. 在根据实际反应书写化学方程式时，无法准确把握反应的参与物与生成物；
  5. 书写离子参与的反应方程式时，无法准确把握离子的拆分问题。

配平

观察法

观察法可以用于一些简单的化学反应方程式的配平，是配平化学方程式最基本的方法。用观察法配平方程式时，可以先从生成物中化学式较为复杂的物质入手，优先配平与该物质相关的化合物，之后进一步确认其它物质化学式的系数，最后将方程式配平。例如，三氧化二铁与氧气的反应：
生成物中二氧化碳CO₂分子较为复杂，可以从二氧化碳开始配平，接着配平铁原子。

最小公倍数法

最小公倍数法是一种简单、常用的化学式配平方法。以磷和氧气反应的式子为例：
从该式子可以看出，左边氧原子数为2，右边氧原子数为5，两者的最小公倍数为10，因此在氧气面前配上系数5，无氧化二磷面前配上系数2。配平之后的式子如下：

原子守恒法

由于在化学反应前后，反应中的原子数都不会发生变化，因此可以用原子守恒法来配平化学方程式。原子守恒法配平化学方程式通常先设反应物（或生成物）中所含元素种类最多的化合物系数为x，之后利用原子守恒计算其它物质的系数。当设有一个未知数不能计算出所有物质的系数时 ，可以按照以上原则设定另外一个未知数y，原则上，利用原子守恒法进行方程式的配平时，未知数最多不超过两个。

乘积法

乘积法配平化学方程式对于大多数无机化学反应都适用，通常是把生成物（或反应物）分子中各个元素的原子数相乘，所得的积放在反应物（或生成物）中最复杂分子的前面，之后利用质量守恒定律配平。
例如，金属铝与四氧化三铁反应生成金属铁与三氧化二铝的反应：
生成物铁和三氧化二铝中各元素原子的乘积为1X2X3=6，将6放在四氧化三铁的前面，之后按照质量守恒定律进行配平。

综合法

以下述方程式为例，综合法配平化学方程式的步骤如下：
  1. 找出含原子数最多的化学式中可以利用最小公倍数配平的元素（若没有则在次复杂的化学式中寻找），运用最小公倍数法对该元素进行配平，即：
  1. 找出已经确定系数的化学式中可以用最小公倍数法配平的元素进行配平，即可以确定二氧化碳的系数为1：
  1. 其它没有确定系数的化学式中如果找不到可以用最小公倍数法配平的元素，则设其中一个系数为x，并用最小公倍数法配平，假设该事例中设水的系数为x：
  1. 其它元素原子可以建立方程式进行配平，结果如下：

含有中圆点化学式的配平

某些物质的化学式含有小圆点，例如生石膏（CaSO₄∙2 H₂O）、熟石膏（CaSO₄∙1/2 H₂O）。在配平这类含有中圆点的物质的化学式时，可充分了解物质的宏观和微观含义，才能避免错误的发生。

应用化学方程式进行的计算

对于已经配平的反应方程式来说，它反应了各物质之间的发生化学反应的量的关系，因此，可以根据化学方程式进行各种计算。例如，氢气与氧气生成水的反应：
由于反应方程式直观的反映出了各物质之间的量的比值，因此当我们知道其中一种物质的量时，则可以求出其它几种物质的量。