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刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

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巧妙设“1”,用活待定系数法

【作者】 朱 华

【机构】 云南省昭通市昭阳区布嘎中学

【摘要】传统的待定系数法配平化学方程式,在解方程组得出化学计量数时,因为方程个数总是比未知数少一个,故而需要多次使用代入消元法,学生常常陷入繁琐的计算之中,从而失去了这一方法降低化学方程式配平难度的意义。本文利用配平后的化学计量数是一组最简整数比的原则,巧妙的将某一未知数设为“1”,从而大大简化了方程组求解的过程,增强了这一配平方法的实用性。
【关键词】配平;化学方程式;待定系数法;巧妙设“1”
【正文】

      书写化学方程式,配平是一个非常重要的步骤,也是学习化学必须掌握的一种基本技能,课本上介绍的最小公倍数法,在找准最先配平的元素后,需求出左右两边该种元素原子个数的最小公倍数,方能完成后续配平过程,但是在教学中发现部分学生常常会因为最小公倍数求错,而使配平后的化学计量数不是最简整数比。例如在配C2H4+O2——H2O+CO2这一方程式时,先确定以H开始配平,左右两边氢原子个数分别是42,那么最小公倍数应该是4,但他们却会误求为8,从而使配平后的方程式变为2C2H4+6O2==4H2O+4CO2,虽然还可以通过同时约简2仍能得到C2H4+3O2==2H2O+2CO2的正确答案,但学生常常意识不到自己配错了而不会去完成约分这个步骤。而在用观察法配平时,一旦遇到方程式有元素多次出现的情况时,相当一部分学生配到中途就会变得很茫然,不知该如何继续配平。简言之,对于基础较差的学生来说,理解并灵活运用上述两种方法,确实有些为难他们了,而待定系数法步骤相对比较固定,配平过程不需灵活运用,还可使配平过程代数化,似乎更适合这部分学生,并且在应对较多复杂的化学方程式,该方法也是屡试不爽的。简单介绍如下:

  一、配平原理:

  1、“化学反应前后原子的种类和各种原子的个数均保持不变”,是待定系数法的核心思想

  2、配平后化学计量数是一组最简整数比,这是方程组求解过程中可以借助的一个重要理论依据。

  二、配平步骤:

  以C2H4 + O2—— H2O + CO2为例。

  1、设未知数。

  把各化学式前的化学计量数分别设为abcd……等未知数,并写在各化学式正前方。

  aC2H4  + bO2 —— cH2O + dCO2

  2、找关系,列方程组。

  依据各种元素的原子个数在化学反应前后保持不变的核心思想,找出各未知数之间的关系,建立方程组。以碳原子为例,左边碳原子个数为2a,右边碳原子个数为d,由此可建立第一个关系式  2a=d,

  以此类推,列出方程组。

  碳原子:        2a=d             ………①

  氢原子:        4a=2c          ………②

  氧原子:        2b=c+2d      ………③

  3、解代数方程组,求出未知数。

  由于方程个数总比未知数的个数少一个,所以需要多次使用代入消元法,学生常常陷入繁琐的计算之中,从而失去了这一方法降低化学方程式配平难度的初衷。鉴于此,笔者经过反复摸索,根据配平后的化学计量数是一组最简整数比,而最小的整数就是“1”,于是令a=1,再把a=1代入上述三个方程式,据①可求出d=2,据②求出c=2,cd代入③中,可求出b=3

  碳原子:  2a=d     ……①   a=1, d=2,氢原子:  4a=2c    ……②         c=2, 将二者代入③氧原子:  2b=c+2d  ……③ →  2b=2+2×2  b=3

  4、将求出的未知数写在对应化学式前(“1”省略不写)完成配平。

  C2H4  + 3O2  ==  2H2O + 2CO2

  三、特别提示:

  在选择令为“1”的未知数时,最好选择最复杂的化学式(即原子个数最多的化学式)前的未知数,因为复杂的化学式涉及元素种类较多,在找关系,列方程组中该未知数出现次数较多,令其为“1”后,更能快速求解出其他未知数。

  例如,在配aC2H5OH + b O2== cCO2 + d H2O时,列出方程组。

  碳原子:   2a=c       ………①

  氢原子:   6a=2d      ………②

  氧原子:   a+2b=2c+d  ………③

  令a=1,则据①求出c=2;据②求出d=3;把acd代入③中,可求出b=3

  所以,  C2H5OH + 3O2 ==  2CO2 + 3H2O 

  四、小窍门:

  在实际应用中,有时会出现令其中一个未知数为“1”后,求解出来的其他未知数是分数的情况,这时只需通分后,把每一个未知数都乘以该数字即可解决这一问题。

  例如:配平C2H2 + O2—— H2O + CO2时,

  1、设未知数 :     aC2H2+ bO2——cH2O + dCO2

  2、列方程组 :  碳原子:  2a=d     ………①

                           氢原子:  2a=2c    ………②

                           氧原子:  2b=c+2d  ………③

  3、求解未知数:

  令a=1,据①、②解出d=2c=1;再把cd带入③中,解得b=5/2

  因为b=5/2,而化学计量数必须是整数,而要把b变为整数最小须乘以2,所以,将所有未知数都乘以2,于是a=1×2=2b=5/2×2=5c=1×2=2d=2×2=4

  4、写计量数,即可完成化学方程式的配平。

  2C2H2 + 5O2 == 2H2O  + 4CO2

  五、完整举例示范

  例如,配平  FeS2 + O2 —— Fe2O3 + SO2

  1、设未知数:  aFeS2 + bO2 —— cFe2O3 + dSO2

  2、列方程组:

  铁原子: a=2c       ………①硫原子: 2a=d       ………②氧原子: 2b=3c+2d   ………③

  3、解未知数:

  令a=1,据①、②,得出c=1/2,d=2

  将cd带入到③式中,解得b=11/4

  所有未知数同乘以4,即a=1×4 = 4

  b=11/4×4 =11

  c=1/2×4=2

  d=2×4=8

  4、写计量数配平化学方程式:

  4FeS2 + 11O2  == 2Fe2 O3 + 8SO2

  六、将待定系数法与其他方法综合应用更能大大降低配平难度

  例如: 配平 Fe3O4 + CO ——Fe +CO2  时,

  可以依据“观察法”先令Fe3O4前的计量数为1,再在Fe 前面配上3,然后根据同种原子个数必然相等的原理,那么都含有碳原子的COCO2 前面的计量数必然是相同的,于是我将CO CO2 前面的计量数都令为X1Fe3O4 + XCO 高温 3Fe +XCO2 ,同样氧原子个数也必然相等的可建立方程式4+X=2X 可解得X=4,把求出的未知数写在对应化学式前即可完成该方程的配平

  Fe3O4 + 4CO == 3Fe +4CO2

  而且,此类金属氧化物与一氧化碳反应生成金属单质和二氧化碳的反应还可以套用下列通式轻松配平

  MXOY + YCO == XM + YCO2

  例如:    Fe2 O3 + 3CO==  2Fe + 3CO2  就完全符合上述通式。

  总之,本文介绍的是一种比较简单的待定系数配平法及其技巧。此方法可加深学生对教科书中介绍的多种配平方法的理解,同时更能应对比较复杂的化学方程式的配平,若能与其他配平方法综合应用,将使化学方程式的配平更为容易。

  参考文献:

  [1]“浅淡待定系数法配平化学方程式的原理与技巧”