化学方程式与化学计量

Stoichiometry

化学方程式中的系数就是摩尔比，对气体也等于体积比。有反应物过量时，先耗尽的限制反应物决定产物量，反应前后总质量守恒。解题顺序是先把给定量换成摩尔，再按系数比换算，最后变回需要的单位。在这一页，你可以改变H₂和O₂的投料量，用滑块查看摩尔比、限制反应物和质量守恒。

化学方程式告诉我们什么

H₂摩尔数2 mol

💡 核心:系数 = 摩尔比

①2H₂ + O₂ → 2H₂O 系数比 = 2:1:2

②即为摩尔比 = 2:1:2

③H₂ 2 mol反应需O₂ 1 mol

④生成H₂O恰好2 mol

限量试剂

H₂投入量4 mol

O₂投入量1.5 mol

限量试剂判定法

比较各反应物的mol 投入系数 → 最小者为限量试剂

限量试剂决定生成物的量

🔍 用滑块验证!

①H₂ = 4 mol, O₂ = 1.5 mol时:O₂为限量试剂

②O₂ 1.5 mol → 生成3 mol H₂O → 余1 mol H₂

③限量试剂耗尽则反应终止

④剩余反应物 = 过量试剂

质量守恒定律

质量守恒

反应物总质量 = 生成物总质量

原子既不产生也不消亡

摩尔 → 质量换算

m = n × M

n:摩尔数、M:摩尔质量[g/mol]

💡 化学计量解题顺序

①配平反应式(待定系数法)

②已知量 → 摩尔数

③应用系数比 → 目标物质的摩尔数

④摩尔数 → 所需单位(质量、体积等)

动手算一算

例题 1

在 2H₂ + O₂ → 2H₂O 中，H₂ 4 mol 完全反应时生成 H₂O 的物质的量是多少?

系数比即为物质的量之比，写出 H₂ 与 H₂O 的比。

H₂ : H₂O = 2 : 2 = 1 : 1

比为 1:1，所以 H₂ 的物质的量即为 H₂O 的物质的量。

4 mol H₂ → 4 mol H₂O

▸ 4 mol

系数比 2:2 约分为 1:1 — 反应的 H₂ 与生成的 H₂O 物质的量相等。

例题 2

在 C + O₂ → CO₂ 中，碳(C) 6 g 完全燃烧时生成 CO₂ 的质量是多少?(C=12，O=16)

将质量换算为物质的量。

n(C) = 6 g ÷ 12 g/mol = 0.5 mol

用系数比 C:CO₂=1:1 求 CO₂ 的物质的量，再换算为质量。(M(CO₂)=44)

0.5 mol × 44 g/mol = 22 g

▸ 22 g

遵循质量 → 物质的量 → 系数比 → 物质的量 → 质量的标准流程。

总结

化学计量的核心

系数比 = 摩尔比 = 体积比(气体)

反应式中的系数是一切计量关系的关键

2022 评价院模考化学Ⅰ类题改编

在 N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 中，使 N₂ 2 mol 与 H₂ 3 mol 反应时，生成 NH₃ 的最大物质的量是多少?(一种反应物不足)

①1 mol

②2 mol

③3 mol

④4 mol

⑤6 mol

▸ ② 2 mol

用尽 N₂ 2 mol 需要 H₂ 6 mol，但 H₂ 只有 3 mol，故 H₂ 为限量试剂。

对限量试剂 H₂ 3 mol 应用系数比 2 NH₃ / 3 H₂。

3 mol H₂ × 23 = 2 mol NH₃

🎯 考试重点

①系数比 = 摩尔比(气体亦为体积比)

②限量试剂判定:比较各反应物的mol/系数

③质量守恒:反应前后总质量不变

④摩尔 → 质量:m = nM,摩尔 → 体积(STP):V = 22.4n

⑤待定系数法:各元素原子数对齐