有关化学方程式计算的几种基本方法

有关化学方程式的计算在化学教学中占有十分重要的地位。这种计算有哪些种基本的方法，有哪些特殊的计算类型，用什么方法来进行相关的教学，学生对这些方法要掌握到什么程度，如何对这方方面面的知识进行统筹？这都是化学教师在进行教学规划时，要事先考虑清楚的问题。

这里仅讨论有关化学方程式计算的几种最为基本的方法。

一、“配找换求换”法

这是在高中化学讲授了物质的量概念后，所给出的一种有关化学方程式计算的解题方法。这个方法是建立在物质的量概念基础之上的。由于用五个字代表了五个步骤，所以也可以称其为“五步法”。

这五个字的含义分别是：

配，按题意写出相关且配平的化学方程式。

找，找出方程式中，已知量与未知量间的物质的量关系（数字就是相关的化学计量数）。

换，如已知量没有以物质的量形式给出，要将该已知量的单位换算成物质的量。

求，由已知量与未知量间的物质的量关系，计算出未知量的物质的量。

换，如要求的未知量要以其他单位的形式来给出，则要将物质的量再换算成所需单位。

在开始进行这一方法的教学时，最好考虑采用如下的表述形式。

例1，将0.2g H₂与足量的Cl₂完全反应后，可生成多少个HCl分子？

解1，用“配找换求换”法。已知量是H₂，未知量是HCl。

    配，写出方程式              H₂+ Cl₂=2HCl。

    找，找出其物质的量     1mol        2mol

    换，0.2g H₂的物质的量=0.2g÷(2 g∙mol^-1)=0.1 mol。

    求，生成HCl的物质的量=0.1 mol×2=0.2 mol。

    换，0.2 mol HCl的分子数=0.2 mol×6.02×10²³ mol ^-1=1.2×10²³。（答从略）

可见，把整个过程进行拆分后，没有哪一步是有难度的，都很简单。

例2，将2.3g金属Na与足量的H₂O完全反应后，所生成H₂的物质的量是多少？

解，用“配找换求换”法。已知量是金属Na，未知量是H₂。

    配，写出 2Na+2H₂O=2NaOH+H₂。

    找          2mol                          1mol

    换，2.3g金属Na的物质的量=2.3g÷(23g∙mol^-1)=0.1 mol。

    求，生成H₂的物质的量=0.1÷2=0.05（mol）。

因题目要求的就是H₂的物质的量，最后一步的“换”已无必要再进行。（答从略）

例3，将2.mol的O₂与足量的H₂完全反应后，可生成H₂O的质量是多少克？

解，用“配找换求换”法。已知量是O₂，未知量是H₂O。

    配，写出   O₂+2H₂ =2H₂O。

    找           1mol           2mol

    （换，O₂已用物质的量形式给出，已无再换算的必要。）

    求，生成H₂O的物质的量=2×2= 4（mol）。

    换，4 molH₂O的质量=4×18=72（g）。（答从略）

这一方法的着眼点与文献中的“配找换比求”法有根本性的不同^[1]。

最大的区别在于，本方法完全从物质的量角度来考虑问题，并贯穿始终。从数学的角度，则摈弃了比的这种代数工具，实际上是一个纯粹的算术解题方法。

二、一步法

在熟练掌握上述的五步法后，可以将其中的后三步合并在一起，而得到的一个 “一步” 的算术解题方法。

这个“一步”的过程有着清晰的化学含义，是“换求换”的缩影。是一种更简洁的化学方程式计算表述方法。

如对例1，用一步法来表述，

解2，（前两步的工作仍保留）

    配，写出    H₂+ Cl₂=2HCl。

    找            1mol         2mol 

余下的三步是：

0.2g H₂的物质的量=0.2g÷2g∙mol^-1，

接着是，求HCl的物质的量（是H₂的2倍）=0.2g÷2g∙mol^-1×2，

继续有，计算HCl的分子数=0.2g÷2g∙mol^-1×2×6.02×10²³ mol^-1。

如果不急于每一步都进行计算、并得出其具体的数值（只列出算式），不就已经一气呵成地书写出，最后这个总的算式来了吗？

如不带单位，则还可直接地写成：

      

这个算式的物理意义是十分清楚的。其中各部分与整体的关系，如上图中的文字所示。

之所以称这个方法为一步法，是因为“找”这一步也没有必要再标明出来。写出方程式就可看到（HCl的物质的量是H₂的2倍）。其计算过程的表述，除方程式外，实际上就只是列出了一个最终的计算公式。

对例2的一步法表述则是：

解2， 2.3÷23 ÷2=0.05（mol）。

从上述两例的解题过程不难看出，一步法有形式简单，大大简化掉一些中间步骤的优势。在讨论复杂的计算问题时可以采用。

而五步法的解题思路表达的更为清楚，所以教材中采用的较多一些。

三、质量比的方法

这个方法虽然是初中化学介绍出的一个方法。但是在已知量与未知量都是以质量为单位情况下来进行计算（可简称为“质量-质量问题”），这个方法还是有着无可比拟的优越性。

初中化学将这类计算概括为三步，即“写、找、比”。

写，是写出配平的化学方程式。

找，是找出已知量与未知量所对应的化学式量。并将已知量的数值，及所设的未知量代入，

比，就这些数值列出比例式。

余下的就是计算了。

例4，将2.3g金属Na与足量的H₂O完全反应后，能生成多少克的NaOH？

解，用质量比的方法。设，生成的NaOH为x克。

    写，写出方程式  2Na+2H₂O=2NaOH+H₂。

    找，化学式量      46                    80

        质量               2.3                     x

    比，列出式子，46:2.3=80：x。

可解得x=4（g）。答，从略。

这个方法的优势在于：

第一，“质量-质量问题”的据化学方程式计算是很常见的。

第二，质量比可由方程式直接得出。没有必要与物质的量间再反复的去进行换算。

第三，当质量的单位不是克时，对单位也无需进行换算。

第四，表述形式既简单又清楚。

所以，即便是在高中化学的某些关于方程式的计算中，它仍有存在的价值。

教师应强调，在遇到“质量-质量问题”的化学方程式计算时，还是尽量用这个“三步法”来解决为好。

四、体积比的方法

当已知量和未知量都关系到气体，且表示单位都是体积时，可以称其为“体积-体积问题”。

由于方程式中的化学计量数关系，就反映了气体的体积关系。所以，这类计算也没有必要去求什么物质的量，而可以直接用体积比来解题。

解题的方法也与质量-质量问题的相似。可以用“写找比”的方法。

例5，将11.2 L的H₂与足量的N₂完全反应后，能生成多少升的NH₃（相同状况下）？

解，用三步法。设，生成的NH₃为x升。

    写，写出方程式   3H₂+ N₂=2 NH₃。

    找，体积关系       3                 2

        体积              11.2               x

    比，列出式子，3:2=11.2：x。

可解得x=7.5（L）。答，从略。

这个方法在讨论体积-体积问题时，当然会有极大的优势。

五、“配找换比”法

这是一个既照顾到物质的量概念的使用，又保留了三步法中的比例，这样一种“折中”的方法。

配，找，这两步，与“配找换求换”中前两步的含义一样（要注意“找”的还是物质的量）。

换，按题意，把物质的量换成各物种相应的单位。

比，代入已知量和未知量后，列出比例式。

剩下的就是计算了。

例6，完全燃烧6 g木炭，可生成多少升的CO₂（标准状况下）？

解，设生成的CO₂为x升。

    配，写出方程式   C +O₂=CO₂。

    找，                1mol        1mol

    换，                12g         22.4 L

    比，                  6               x

        由 12: 6=22.4：x。

可解出，x=11.2（L）。答从略。

可见，配找换比法是一种代数的方法（也要设未知数）。它以物质的量概念为出发点。与初中化学中的质量比法有类似的解题模式。其解题的表述形式最为简洁明快。当一个方程式中有多个不同性质的未知量待求时，这个方法更是有极大的优势。

例6，将5.6 g金属铁，放入足量的500ml 2.0 mol∙L^-1 H₂SO₄中。反应完全后，可产生多少升的H₂（标准状况下），溶液中FeSO₄的物质的量浓度又是多少？

解，设生成的H₂为x L，FeSO₄的物质的量浓度为y mol∙L^-1。

    配，写出方程式  Fe + H₂SO₄= FeSO₄+ H₂。

    找，               1mol                 1mol    1mol

    换，               56g                               22.4 L

    比，               5.6                     0.5y        x

        由56: 5.6=22.4：x。可解出，x=2.24（L）。

        由56: 5.6=1：0.5y。可解出，y =0.5（mol∙L^-1）。答从略。

可见，这是一个以物质的量为核心，表述明快。学生也容易掌握的方法。

总之，涉及化学方程式的计算有如上的五种基本方法。这些方法，是学生都应该能熟练掌握的。当然，它们各有所长，要据实际情况来进行取舍。

在解决“质量-质量”问题时，当然是“质量比”的方法最好。

在解决“体积-体积”问题时，当然是“体积比”的方法最好。

除了上述的两种情况的其余情况，应该选“配找换比”法。

“配找换求换”法主要是为了强化物质的量概念，并为“一步法”的提出做铺垫。

“一步法”则主要用于较复杂、表述也会很繁琐的计算题的解题。

六、几类特殊量的计算

上面介绍的这五种关于化学方程式计算的基本计算方法，在一般情况下是用来讨论某反应物或生成物的物质的量、质量、体积、或分子个数等物理量的。但是，有时也用来讨论有关化学方程式的某些特殊的量。如电子转移数，反应的热效应。

这时，只要将这些特殊的量，当做方程式中的一个物质项来看待就可以了。

例7，对铜-锌原电池来说，消耗6.5克锌，所放出的电量有多少？

解，用“配找换比”法。

设放出的电量为x C（库伦）。将反应中电子的转移个数当做一项，写在方程式的末尾。有，

    配         Zn+Cu²⁺= Zn²⁺+Cu，  -2e^-

    找        1mol                            2mol

    换         65g                          2×96485C

    比         6.5                                  x

由下面两行的比例式，可解出x=1.9×10⁴（C）。

例8，已知反应，2H₂(g)+ O₂(g) =2H₂O(l)的反应热是ΔH= -483.6 kJ∙mol^-1。将2.g的H₂与足量的O₂完全反应后，可放出的热量是多少？

解，用“配找换比”法。设放出的热量为x kJ。

    配，  2H₂(g)+ O₂(g) =2H₂O(l)，  反应热

    找    2mol                                    ΔH

    换，   4g                                 -483.6 kJ

    比，   2g                                       x

由下面两行的比例式，可解出x= -241.8（kJ）。

可见，这些计算也没有什么难度可言。因为它们也是化学方程式所反映出来的基本信息，当然也可以按照一般的物理量来处理。

参考文献

[1] 钱博等. “配找换比求”法介绍. 中学化学教学参考. 1982.1