学科教育论文-对不确定系数化学方程式的探讨 .doc

学科教育论文-对不确定系数化学方程式的探讨摘要不确定系数化学方程式是指在反应物和生成物相同的条件下，化学方程式的系数是不确定不唯一的。分析其原因，就是将两个简单的同时发生的或先后发生的化学方程式乘以不同的系数后加合造成的。采取“一对一”的方法可解决不确定系数化学方程式的书写问题。关键词化学方程式探讨在化学学科领域，化学方程式很重要。所谓化学方程式就是用反应物和生成物的化学式来说明化学反应的始态和终态的式子。一个化学方程式就是对一个（或同时发生的几个，或先后发生的几个）化学反应本质的揭示。在一般情况下，化学反应中各物质总是按照一定的比例进行，一定的质量比，或者一定的物质的量之比，或者一定的微粒数目之比等。也就是说，一定条件下，化学反应中各反应物总是按照一定的比例进行，生成物也满足一定的比例。因此，表示化学反应的化学方程式各反应物和各生成物总是按照一定的计量系数书写，而且系数是确定的、唯一的，遵循质量守恒定律。很少出现在一定条件下的同一反应，书写化学方程式时系数不确定、不唯一的情况，即反应物和生成物完全相同，但有许多或无数个不同系数的化学方程式。下面是作者搜集和整理的几个不确定系数化学方程式，并对其进行分析和探讨。1不确定系数化学方程式举例例1：HClO3O2+Cl2+H2O+HClO4，化学方程式可以写成：3HClO3=2O2+Cl2+H2O+HClO45HClO3=O2+Cl2+H2O+3HClO47HClO3=7O2+3Cl2+3H2O+HClO411HClO3=5O2+3Cl2+3H2O+5HClO413HClO3=4O2+3Cl2+3H2O+7HClO4以上化学方程式，反应物和生成物相同，均符合质量守恒、电子守恒（或化合价升降总数相等）等原则，化学方程式书写没有错误。但是，系数不确定不唯一，将这类化学方程式叫做不确定系数化学方程式。不确定系数化学方程式还有许多。例2：KMnO4+KI+H2SO4MnSO4+I2+KIO3+K2SO4+H2O，系数可以是：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+HNO3Cu(NO3)2+CuSO4+NO2+NO+H2O，系数可以是：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：CuSO4CuO+SO3+SO2+O2，系数可以是：3，3，1，2，1；或4，4，2，2，1；或5，5，3，2，12不确定系数化学方程式的特征经分析发现，不确定系数化学方程式具有以下特征。2.1反应物或生成物比较复杂。在HClO3O2+Cl2+H2O+HClO4的反应中，HClO3既是氧化剂又是还原剂，氧化产物有O2和HClO4。氯元素化合价有升有降，化合价降低生成Cl2，化合价升高生成HClO4，同时，还有氧元素化合价升高生成O2。在KMnO4+KI+H2SO4MnSO4+I2+KIO3+K2SO4+H2O的反应中，氧化产物有两种I2和KIO3。在Cu2S+HNO3Cu(NO3)2+CuSO4+NO2+NO+H2O的反应中，还原产物有两种NO2和NO。在CuSO4CuO+SO3+SO2+O2中，既有硫酸铜加热的分解产物CuO和SO3，又有氧化、还原产物。在NaOH+H2SNaHS+Na2S+H2O反应中，酸碱中和反应产物有NaHS、Na2S和H2O。2.2一个反应可以看作由几个反应加合而得到。例如：HClO3O2+Cl2+H2O+HClO4，可以看作：4HClO3=5O2+2Cl2+2H2O和7HClO3=Cl2+H2O+5HClO4乘以不同的系数加合而成。例如：KMnO4+KI+H2SO4MnSO4+I2+KIO3+K2SO4+H2O可以看作:2KMnO4+10KI+8H2SO4=2MnSO4+5I2+6K2SO4+8H2O和6KMnO4+5KI+9H2SO4=6MnSO4+5KIO3+3K2SO4+9H2O乘以不同的系数加合而成。例如：Cu2S+HNO3Cu(NO3)2+CuSO4+NO2+NO+H2O可以看作:第一个化学方程式Cu2S+12HNO3=Cu(NO3)2+CuSO4+10NO2+6H2O和另一个化学方程式3Cu2S+16HNO3=3Cu(NO3)2+3CuSO4+10NO+8H2O乘以不同的系数加合而成。2.3可以用待定系数法分析。用待定系数法分析和配平这些化学方程式时，发现某几个物质的系数会构成多元一次方程，方程的解不确定，所以系数不确定、不唯一。如：CuSO4CuO+SO3+SO2+O2，用待定系数法分析，aCuSO4bCuO+cSO3+dSO2+eO2，根据原子守恒列方程如下：解方程组得：d=2e，d和e构成二元一次方程，方程的解不确定，所以，化学方程式的系数不确定、不唯一。3化学方程式出现不确定系数的原因分析先看一下两个等式的变换。a=b，c=d。将式和式左右分别相加，得：a+c=b+d。将×2和式左右分别相加，得：2a+c=2b+d。将×2和式左右分别相加，得：a+2c=b+2d。将式和式分别乘以不同的系数之后加合，就可以得到无数个等式。本来很简单的两个等式，由于乘了不同的系数后进行加合，可以得到不同的无数个等式。化学方程式也一样，可以看作是等式。如果将两个化学方程式乘以不同的系数再加合，也可以得到不同的无数个化学方程式。所以，化学方程式出现系数不确定的原因，就是将两个简单的同时发生的或先后发生的化学方程式乘以不同的系数后加合造成的。4不确定系数化学方程式中存在的问题4.1将简单问题复杂化。给化学分析、研究和应用带来不便。4.2掩盖了某些化学反应的本质。例如，Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2，2H2O2=2H2O+O2，前后发生的两个反应，前一个是复分解反应，后一个是氧化还原反应。后一反应中，2molH2O2中的2mol氧原子给了H2O，另2mol氧原子给了O2，H2O2自身发生氧化还原反应，既是氧化剂又是还原剂。将两个方程式加合之后，中间产物H2O2没有了，方程式变为：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2，表面上看似乎是Na2O2发生自身氧化还原反应，既是氧化剂又是还原剂，2molNa2O2中的2mol氧原子给了O2，另2mol氧原子给了NaOH，与事实不相符合，掩盖了化学反应的本质。显然，该反应过程分两步用化学方程式表示出来，更清楚，更能揭示反应的本质。4.3给化学方程式配平和实际应用带来不便。在化学知识传授、普及以及实际应用过程中，增大难度。尤其在工业生产和科学实验中，各物质的计量系数不确定，困难就很大。5对不确定系数化学方程式书写的建议解决化学方程式系数不确定的办法是“一对一”。即，有多个氧化产物或还原产物的化学反应，一种氧化产物对应一种还原产物分别写出化学方程式；有多个氧化剂或还原剂的化学反应，一种氧化剂对应一种还原剂分别写出化学方程式；前后发生的化学反应，分步表示；同时发生的化学反应，分别表示。这样一来，简明扼要，一目了然，就不会出现不确定系数的问题了，写出的化学方程式的系数就是确定的唯一的。建议除非特殊需要，不要轻易将同时发生的几个化学反应的方程式加合，也不要轻易将前后发生的几个化学反应方程式加合。