学髓之道:我的逆袭法典

孟旬

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第124章 化学方程式配平:原子守恒的数学游戏

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· 步骤3:求公倍。 得失电子总数必须相等。最小公倍数是2。

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)。

· 步骤4:配核心。 先在Cu前配1,在NO?前配2。

此时: 1Cu + HNO? → Cu(NO?)? + 2NO? + H?O

· 步骤5:配N原子(兼顾未变价部分)。 右边N原子总数:在Cu(NO?)?中有2个N (未变价),在2NO?中有2个N (变价),共4个N。所以左边HNO?前配4。

此时: Cu + 4HNO? → Cu(NO?)? + 2NO? + H?O

· 步骤6:配其他原子(观察法)。 检查H原子:左边4个H,所以右边H?O前配2。

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!

得到: Cu + 4HNO?(浓) → Cu(NO?)? + 2NO?↑ + 2H?O

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。

· 例题:配平 FeS? + O? → Fe?O? + SO? (黄铁矿焙烧)

· 步骤1:设未知数。 设反应物和生成物前系数分别为a, b, c, d。

a FeS? + b O? → c Fe?O? + d SO?

· 步骤2:根据原子守恒列方程。

Fe: a = 2c ...(1)

S: 2a = d ...(2)

O: 2b = 3c + 2d ...(3)

· 步骤3:解方程组。 (设其中一个未知数为1,通常设最复杂的物质系数为1)

设 c = 1,则由(1)得: a = 2

由(2)得: d = 2a = 4

将a=2, c=1, d=4 代入(3): 2b = 3×1 + 2×4 = 11 => b = 11/2

· 步骤4:化整。 将各系数乘以分母2,得到最简整数比。

a = 4, b = 11, c = 2, d = 8

· 得到: 4FeS? + 11O? → 2Fe?O? + 8SO?

· 步骤5:检查。 左边:Fe=4, S=8, O=22;右边:Fe=4, S=8, O= (2×3 + 8×2) = 6+16=22。平衡!

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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(逆袭法典·化学篇·笔记五 - 补)

· 核心原则: 化学方程式配平必须遵循质量守恒定律(原子数目守恒)。

· 思维模型: 将配平视为基于原子守恒的 “数学游戏” 或 “拼图游戏”。

· 四大配平策略:

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。

· 配平心法: 先判类型(氧化还原?),再看基团,简单观察,复杂待定,最后必检查。

· 能力提升: 熟练配平是进行定量计算和深入理解化学反应的基础,锻炼逻辑思维和有序处理问题的能力。

· 警句: 方程式配平,乃原子守恒之数学演绎。握其法,明其律,则万千反应,纵繁复错综,亦可循理而平之。此乃化学学习之基本技能,亦是思维训练之有效途径。

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