化学方程式与化学计量

本页只讲一条中四内容标准：化学方程式与化学计量。整章在这里汇合：配平的方程式告诉你各物质反应的比例，而摩尔让你把这个比例换成真实的质量和体积。

掌握这条标准，意味着你能预测一个反应生成多少产物、或需要多少反应物，这类定量推理会贯穿 SPM化学 其余部分，并延续到中五。

配平的方程式告诉你什么

化学方程式用反应物与生成物正确的化学式表示一个反应，从反应物指向生成物有一个箭头。它必须配平：由于原子既不会被创造也不会被消灭，每种元素的原子数目在两边必须相等。

在需要时，加上状态符号，(s) 固态、(l) 液态、(g) 气态、(aq) 水溶液（溶于水）。

关键的是，写在化学式前面的数字，系数，给出各物质反应与生成的摩尔比（也叫化学计量比）。例如，在

2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)

里，Mg : O₂ : MgO 的比是 2 : 1 : 2。这表示 2 mol 镁与 1 mol 氧反应生成 2 mol 氧化镁。

摩尔比是一种物质与另一种物质之间的桥梁。

配平方程式

配平时，调整系数（绝不改动化学式），直到每种元素两边原子相等。一次配平一种元素，把氧和氢留到最后，做完时逐一检查每种元素。

系数必须是能成立的最小整数。

化学计量方法

这条标准上几乎每一道计算都遵循同样的四步：

1. 写出并配平方程式。
2. 把给定的量化成摩尔（质量 ÷ 摩尔质量，或气体体积 ÷ 摩尔体积，或粒子数 ÷ 阿伏伽德罗常数）。
3. 用方程式的摩尔比求出所问物质的摩尔数。
4. 把那些摩尔换算成所要的量（× 摩尔质量得质量，× 摩尔体积得气体体积，× 阿伏伽德罗常数得粒子数）。

第 3 步的摩尔比是唯一的新观念；第 2 步和第 4 步只是你在标准 3.3 与 3.4 里已经会的换算。

例题

题目。 镁在氧气中燃烧：2Mg + O₂ → 2MgO。

当 4.8 g 镁完全燃烧时，计算生成的氧化镁质量。[Ar：Mg = 24，O = 16]

第一步，方程式已配平。 2Mg + O₂ → 2MgO。

摩尔比 Mg : MgO 是 2 : 2，即 1 : 1。

第二步，把给定质量化成摩尔。 Mg 的摩尔质量 = 24 g mol⁻¹。

Mg 的摩尔 = 4.8 ÷ 24 = 0.2 mol。

第三步，用摩尔比。 由于 Mg : MgO = 1 : 1，MgO 的摩尔 = 0.2 mol。

第四步，把 MgO 的摩尔换成质量。 MgO 的 Mr = 24 + 16 = 40，所以摩尔质量 = 40 g mol⁻¹。

MgO 的质量 = 0.2 × 40 = 8.0 g。

答案。 生成 8.0 g 氧化镁。

练习题

题目。 碳酸钙受热分解：CaCO₃ → CaO + CO₂。

当 10 g 碳酸钙完全分解时，计算室温下生成的二氧化碳体积。[Ar：Ca = 40，C = 12，O = 16；室温下摩尔体积 = 24 dm³ mol⁻¹ dm³ mol⁻¹]

答案。 CaCO₃ 的摩尔质量 = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 g mol⁻¹。CaCO₃ 的摩尔 = 10 ÷ 100 = 0.1 mol。摩尔比 CaCO₃ : CO₂ = 1 : 1，所以 CO₂ 的摩尔 = 0.1 mol。CO₂ 的体积 = 0.1 × 24 dm³ mol⁻¹ = 2.4 dm³。

考试提示

得分的关键在运算次序：先配平，再以摩尔计算。一个常见错误是把摩尔比用到质量而不是摩尔上，这个比只对摩尔成立，所以用它之前必须先化成摩尔。

还有两个习惯：当题目要求完整方程式时，加上状态符号；仔细读清最后答案该是质量（用摩尔质量）、气体体积（用指定条件下的摩尔体积）还是粒子数（用阿伏伽德罗常数）。把四步分行写出，即使溜进一个算术小错，阅卷员也能给方法分。

摩尔比是核心

这条标准所有独特之处都建立在一个洞见上：配平方程式的系数是摩尔之比，不是质量或体积之比。两个镁原子与一个氧分子反应，所以两摩尔镁与一摩尔氧反应，而由于摩尔是固定数目的粒子，那个原子层面的比例完美地放大到实验室的量。

这正是摩尔被发明的原因：它让方程式里微观的比例去掌控你测量的宏观质量与体积。一旦你信任摩尔比，一道化学计量题就变成一段短而可预测的旅程：进入摩尔、跨过比例、再回到你要的量。

背景里的质量守恒

配平的方程式其实是质量守恒定律的陈述：反应物的总质量等于生成物的总质量，因为只是同样的原子重新排列。在例题里，4.8 g 镁与 3.2 g 氧（0.1 mol × 32）化合，恰好生成 8.0 g 氧化镁，质量守恒。

记住这一点，能给你对任何化学计量答案的一个快速合理性核对，也解释了我们一开始为什么可以靠调整系数来配平方程式。

本节定位

这是内容标准 3.6，是**摩尔概念、化学式与化学方程式一章的高潮，把相对质量、摩尔、摩尔质量与摩尔体积汇聚起来。用例题训练完整计算，用练习题**检验自己。

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快速回顾

• 配平的方程式两边每种元素原子数目相等；需要时加状态符号。
• 系数给出各物质之间的摩尔比。
• 方法：配平 → 给定量化成摩尔 → 用摩尔比 → 换算成所求的量。
• 比只对摩尔适用；计算前先配平，并核对答案该用什么单位。