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對(duì)不確定系數(shù)化學(xué)方程式的探討論文
摘 要：不確定系數(shù)化學(xué)方程式是指在反應(yīng)物和生成物相同的條件下，化學(xué)方程式的系數(shù)是不確定不唯一的。分析其原因，就是將兩個(gè)簡(jiǎn)單的同時(shí)發(fā)生的或先后發(fā)生的化學(xué)方程式乘以不同的系數(shù)后加合造成的。采取“一對(duì)一”的方法可解決不確定系數(shù)化學(xué)方程式的書(shū)寫問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：化學(xué)方程式 探討
在化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，化學(xué)方程式很重要。所謂化學(xué)方程式就是用反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式來(lái)說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)的式子。一個(gè)化學(xué)方程式就是對(duì)一個(gè)（或同時(shí)發(fā)生的幾個(gè)，或先后發(fā)生的幾個(gè)）化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的揭示。在一般情況下，化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)總是按照一定的比例進(jìn)行，一定的質(zhì)量比，或者一定的物質(zhì)的量之比，或者一定的微粒數(shù)目之比等。也就是說(shuō)，一定條件下，化學(xué)反應(yīng)中各反應(yīng)物總是按照一定的比例進(jìn)行，生成物也滿足一定的比例。因此，表示化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式各反應(yīng)物和各生成物總是按照一定的計(jì)量系數(shù)書(shū)寫，而且系數(shù)是確定的、唯一的，遵循質(zhì)量守恒定律。很少出現(xiàn)在一定條件下的同一反應(yīng)，書(shū)寫化學(xué)方程式時(shí)系數(shù)不確定、不唯一的情況，即反應(yīng)物和生成物完全相同，但有許多或無(wú)數(shù)個(gè)不同系數(shù)的化學(xué)方程式。
下面是作者搜集和整理的幾個(gè)不確定系數(shù)化學(xué)方程式，并對(duì)其進(jìn)行分析和探討。
1 不確定系數(shù)化學(xué)方程式舉例
例1：HClO3→O2↑+Cl2↑+H2O+HClO4，化學(xué)方程式可以寫成：
3HClO3=2O2↑+Cl2↑+H2O+HClO4
5HClO3=O2↑+Cl2↑+H2O+3HClO4
7HClO3=7O2↑+3Cl2↑+3H2O+HClO4
11HClO3=5O2↑+3Cl2↑+3H2O+5HClO4
13HClO3=4O2↑+3Cl2↑+3H2O+7HClO4……
以上化學(xué)方程式，反應(yīng)物和生成物相同，均符合質(zhì)量守恒、電子守恒（或化合價(jià)升降總數(shù)相等）等原則，化學(xué)方程式書(shū)寫沒(méi)有錯(cuò)誤。但是，系數(shù)不確定不唯一，將這類化學(xué)方程式叫做不確定系數(shù)化學(xué)方程式。
不確定系數(shù)化學(xué)方程式還有許多。
例2：KMnO4+KI+H2SO4→MnSO4+I2+KIO3+K2SO4+H2O，系數(shù)可以是：2，5，5，2，2，1，3，5；或8，15，17，8，5，5，9，17；或12，35，33，12，15，5，21， 33，……
例3：Cu2S+HNO3→Cu(NO3)2+CuSO4+NO2↑+NO↑+H2O，系數(shù)可以是：1，8，1，1，4，2，4；或2，14，2，2，5，5，7；或3，26，3，3，15，5，13……
例4：CuSO4→CuO+SO3↑+SO2↑+O2↑，系數(shù)可以是：3，3，1，2，1；或4，4，2，2，1；或5，5，3，2，1……
2不確定系數(shù)化學(xué)方程式的特征
經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，不確定系數(shù)化學(xué)方程式具有以下特征。
2.1反應(yīng)物或生成物比較復(fù)雜。在HClO3→O2↑+Cl2↑+H2O+HClO4的反應(yīng)中，HClO3既是氧化劑又是還原劑，氧化產(chǎn)物有O2和HClO4。氯元素化合價(jià)有升有降，化合價(jià)降低生成Cl2，化合價(jià)升高生成HClO4，同時(shí)，還有氧元素化合價(jià)升高生成O2。在KMnO4+KI+H2SO4→MnSO4+I2+KIO3+K2SO4+H2O的反應(yīng)中，氧化產(chǎn)物有兩種I2和KIO3。在Cu2S+HNO3→Cu(NO3)2+CuSO4+NO2↑+NO↑+H2O的反應(yīng)中，還原產(chǎn)物有兩種NO2和NO。在CuSO4→CuO+SO3↑+SO2↑+O2↑中，既有硫酸銅加熱的分解產(chǎn)物CuO和SO3，又有氧化、還原產(chǎn)物。在NaOH+H2S→NaHS+Na2S+H2O反應(yīng)中，酸堿中和反應(yīng)產(chǎn)物有NaHS、Na2S和H2O。
2.2 一個(gè)反應(yīng)可以看作由幾個(gè)反應(yīng)加合而得到。
例如：HClO3→O2↑+Cl2↑+H2O+HClO4，可以看作：
4HClO3=5O2↑+2Cl2↑+2H2O和7HClO3=Cl2↑+H2O+5HClO4乘以不同的系數(shù)加合而成。
例如：KMnO4+KI+H2SO4→MnSO4+I2+KIO3+K2SO4+H2O可以看作:
2KMnO4+10KI+8H2SO4=2MnSO4+5I2+6K2SO4+8H2O和6KMnO4+5KI+9H2SO4=6MnSO4+ 5KIO3+3K2SO4+9H2O乘以不同的系數(shù)加合而成。
例如：Cu2S+HNO3→Cu(NO3)2+CuSO4+NO2↑+NO↑+H2O可以看作:
第一個(gè)化學(xué)方程式Cu2S+12HNO3=Cu(NO3)2+CuSO4+10NO2↑+6H2O和另一個(gè)化學(xué)方程式 3Cu2S+16HNO3=3Cu(NO3)2+3CuSO4+10NO↑+8H2O乘以不同的系數(shù)加合而成。
2.3 可以用待定系數(shù)法分析。
用待定系數(shù)法分析和配平這些化學(xué)方程式時(shí)，發(fā)現(xiàn)某幾個(gè)物質(zhì)的系數(shù)會(huì)構(gòu)成多元一次方程，方程的解不確定，所以系數(shù)不確定、不唯一。
如：CuSO4→CuO+SO3↑+SO2↑+O2↑，用待定系數(shù)法分析，aCuSO4→bCuO+cSO3↑+dSO2↑+eO2↑，根據(jù)原子守恒列方程如下：
解方程組得：d=2e，d和e構(gòu)成二元一次方程，方程的解不確定，所以，化學(xué)方程式的系數(shù)不確定、不唯一。
3化學(xué)方程式出現(xiàn)不確定系數(shù)的原因分析
先看一下兩個(gè)等式的變換。①a=b，②c=d。將①式和②式左右分別相加，得：a+c=b+d。將①×2和②式左右分別相加，得：2a+c=2b+d。將②×2和①式左右分別相加，得：a+2c=b+2d……。將①式和②式分別乘以不同的系數(shù)之后加合，就可以得到無(wú)數(shù)個(gè)等式。本來(lái)很簡(jiǎn)單的兩個(gè)等式，由于乘了不同的系數(shù)后進(jìn)行加合，可以得到不同的無(wú)數(shù)個(gè)等式。化學(xué)方程式也一樣，可以看作是等式。如果將兩個(gè)化學(xué)方程式乘以不同的系數(shù)再加合，也可以得到不同的無(wú)數(shù)個(gè)化學(xué)方程式。
所以，化學(xué)方程式出現(xiàn)系數(shù)不確定的原因，就是將兩個(gè)簡(jiǎn)單的同時(shí)發(fā)生的或先后發(fā)生的化學(xué)方程式乘以不同的系數(shù)后加合造成的。
4不確定系數(shù)化學(xué)方程式中存在的問(wèn)題
4.1 將簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜化。給化學(xué)分析、研究和應(yīng)用帶來(lái)不便。
4.2 掩蓋了某些化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。例如，Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2，2H2O2=2H2O+O2↑，前后發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng)，前一個(gè)是復(fù)分解反應(yīng)，后一個(gè)是氧化還原反應(yīng)。后一反應(yīng)中，2molH2O2中的2mol氧原子給了H2O，另2mol氧原子給了O2，H2O2自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)，既是氧化劑又是還原劑。將兩個(gè)方程式加合之后，中間產(chǎn)物H2O2沒(méi)有了，方程式變?yōu)椋?Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，表面上看似乎是Na2O2發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)，既是氧化劑又是還原劑，2mol Na2O2中的2mol氧原子給了O2，另2mol氧原子給了NaOH，與事實(shí)不相符合，掩蓋了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。顯然，該反應(yīng)過(guò)程分兩步用化學(xué)方程式表示出來(lái)，更清楚，更能揭示反應(yīng)的本質(zhì)。
4.3 給化學(xué)方程式配平和實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。在化學(xué)知識(shí)傳授、普及以及實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，增大難度。尤其在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，各物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)不確定，困難就很大。
5對(duì)不確定系數(shù)化學(xué)方程式書(shū)寫的建議
解決化學(xué)方程式系數(shù)不確定的辦法是“一對(duì)一”。即，有多個(gè)氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)，一種氧化產(chǎn)物對(duì)應(yīng)一種還原產(chǎn)物分別寫出化學(xué)方程式；有多個(gè)氧化劑或還原劑的化學(xué)反應(yīng)，一種氧化劑對(duì)應(yīng)一種還原劑分別寫出化學(xué)方程式；前后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，分步表示；同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，分別表示。這樣一來(lái)，簡(jiǎn)明扼要，一目了然，就不會(huì)出現(xiàn)不確定系數(shù)的問(wèn)題了，寫出的化學(xué)方程式的系數(shù)就是確定的唯一的。建議除非特殊需要，不要輕易將同時(shí)發(fā)生的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方程式加合，也不要輕易將前后發(fā)生的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式加合。
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