化学方程式

**化學方程式**、**化學反應式**或**化學反應方程式**（英語：Chemical equation）是用化學式來描述各種物質之間的不同化學反應的式子。

化學方程式反映化學反應中「質」和「量」兩方面，分別反應前後物質的種類與反應時各物質之間量的關係。而在書寫化學方程式要遵守兩個原則：一是必須依據客觀事實，絕不能憑空臆想、臆造事實上不存在的物質和化學反應；二是要遵守質量守恆定律，反應前後，等號兩邊各原子種類與數目必須相等（氧化還原反應方程式，還必須要求反應前後得失電子數相等）。

## 表達意義

1. 表明了反應物、生成物、反應條件；
2. 通過相對分子質量（或相對原子質量）表示各物質之間的質量關係，即各物質之間的質量比；
3. 反映了質量守恆定律。

## 書寫

### 一般的化學方程式

1. 根據事實，寫出反應物與生成物，各反應物與各生成物之間用「+」號連接，讀作「和」，在反應物與生成物之間用「→」連接，讀作「生成」。
2. 配平反應方程式，並標上必要的條件與符號。
3. 非可逆反應，在之前的橫線下方再劃一條橫線。可逆反應，畫上雙向箭頭。有機化合物反應，用箭頭連接。

**注意**：以上書寫規範適用於中華人民共和國大多數地區，並僅限中學階段。大學階段、江蘇省、其他國家和地區要求在反應物與生成物之間用箭頭連接。

### 熱化學方程式

1. 根據事實，寫出反應物與生成物，各反應物與各生成物之間用「+」號連接，在反應物與生成物之間用一條橫線連接。
2. 配平反應方程式，在各物質的右下角用括號標出各物質的狀態：(s) 代表固體，(l) 代表液體，(g) 代表氣體，(aq) 代表水溶液中。按照實際情況，各物質前的計量數可以不為整數。不需要標明反應條件和符號。
3. 在配平完的方程式後根據事實寫上「 $\bigtriangleup H=Q$ 」，其中 $Q$ 代表放出或吸收的熱量（焓變）。放熱反應， $Q<0$ ；吸熱反應， $Q>0$ _。_

**注意**：以上書寫規範適用於中華人民共和國大多數地區。中華人民共和國上海市要求熱化學方程式箭頭右邊格式為「_生成物 + Q_」。放熱反應， $Q>0$ ；吸熱反應， $Q<0$ 。這一書寫規範僅限於上海市中學階段。

### 反應條件和反應現象

#### 反應條件

 * $\triangle $ 代表加熱。例如：

　
: : $\mathrm {2Cu} +\mathrm {O_{2}} \;{\xrightarrow {\triangle }}\;\mathrm {2CuO} $

* 某物質名稱代表此物質為催化劑。例如：

　
: : $\mathrm {2H_{2}O_{2}} \;{\xrightarrow {\mathrm {MnO_{2}} }}\;\mathrm {O_{2}\uparrow } +\mathrm {2H_{2}O} $

書寫單向化學反應方程式時，反應條件標示於箭頭上方。

其他反應條件（如通電、光照）均以文字標明。

#### 反應現象

 * $\uparrow $ 代表此生成物為氣體，且反應物中無氣體。例如：

　
: : $\mathrm {2H_{2}O} \;{\overset {\text{通 電 }}{\longrightarrow }}\;\mathrm {O_{2}\uparrow } +\mathrm {2H_{2}\uparrow } $

 * $\downarrow $ 代表此生成物有沉澱，且反應物中無固體。例如：

　
: : $\mathrm {Ca(OH)_{2}} +\mathrm {CO_{2}} \longrightarrow \mathrm {CaCO_{3}\downarrow } +\mathrm {H_{2}O} $

關於沉澱，請參看溶解度表。

新加坡對氣體與沉澱符號無要求。

## 平衡方程式

化學方程式平衡（Balance），是在客觀存在的化學方程式的基礎上，在各個分子式前加上**正整數**係數，並在 $\longrightarrow $ 上標明反應條件及標明氣體、沉澱等符號。平衡後的化學方程式**必定要反應質量守恆定義**。

### 平衡的方法

平衡化學方程式方法有很多，為了配平能夠更加快捷簡單，有很多方法可以參照借鑑。下面著重介紹幾種**常用**的配平方法。

* 注意：有一些方程式是自然就是配平的，比如 $\mathrm {CO_{2}} +\mathrm {Ca(OH)_{2}} \;\longrightarrow \;\mathrm {CaCO_{3}\downarrow } +\mathrm {H_{2}O} $
* **最小公倍數法（奇偶法）** ：

　
: : 例如在配平 $\mathrm {P} +\mathrm {O_{2}} \;\longrightarrow \;\mathrm {P_{2}O_{5}} $ 時，觀察右邊的氧原子數為 5，而式子左邊氧原子數為 2，而 5 和 2 的最小公倍數為 10，

　
: 因此在左邊的 ${\ce {O2}}$ 前面配上 5，在 ${\ce {P2O5}}$ 前面配上 2。由於式子左邊的磷原子數為 1，而右邊的磷原子個數是 4，

　
: 因此在 P 前面配上 4。至此配平。（ $\mathrm {4P} +\mathrm {5O_{2}} =\mathrm {2P_{2}O_{5}} $ ）

* **1+_x_ 法**：當有機化合物和氧氣反應（通常生成水和二氧化碳）時，推薦用這種方法。

　
: : 比如 $\mathrm {C_{2}H_{5}OH} +\mathrm {O_{2}} \;\longrightarrow \;\mathrm {CO_{2}} +\mathrm {H_{2}O} $ ，把 ${\ce {C2H5OH}}$ 的係數固定為 1，觀察式子：

　
: 式子右邊碳原子有一個，而左邊有兩個，於是在 ${\ce {CO2}}$ 前面配上 2；式子右邊氫原子有 2 個，而左邊有 6 個，於是在 ${\ce {H2O}}$ 前面配上 3。

　
: 最後觀察氧原子數，右邊一共已經有 7 個，左邊只有 1 個，於是在單質 ${\ce {O2}}$ 前面配上 3。至此配平。

　
: （ $\mathrm {C_{2}H_{5}OH} +\mathrm {3O_{2}} =\mathrm {2CO_{2}} +\mathrm {3H_{2}O} $ ）

* **觀察思考法**：

　
: : 比如配平碳還原氧化鐵 $\mathrm {C} +\mathrm {Fe_{2}O_{3}} \;\longrightarrow \;\mathrm {CO_{2}\uparrow } +\mathrm {Fe} $ 時，觀察是平均每個碳從氧化鐵中奪取兩個氧原子生成 ${\ce {CO2}}$ ，

　
: ${\ce {Fe2O3}}$ 中氧原子數是奇數，因此配上 2， ${\ce {2Fe2O3}}$ 中一共有 6 個氧原子，需要 3 個碳來奪取，於是在 C 上配上 3，自然後面的 ${\ce {CO2}}$ 也要配上 3；

　
: 剩下的式子便很好配平了。（ $\mathrm {3C} +\mathrm {2Fe_{2}O_{3}} =\mathrm {4Fe} +\mathrm {3CO_{2}\uparrow } $ ）

除了上述方法之外，還有其他的方法配平，比如**化合價升降法**、**單質配分數法**、**代數法**等。配平方程式是非常重要的一步。

#### 範例

以 水的電解 為例：

　
: : $\mathrm {H_{2}O} \;\longrightarrow \;\mathrm {O_{2}} +\mathrm {H_{2}} $

　
: 1. 配平係數

　
: $\mathrm {2H_{2}O} \;\longrightarrow \;\mathrm {O_{2}} +\mathrm {2H_{2}} $

　
: 2. 寫出氣體（沉澱）符號

　
: $\mathrm {2H_{2}O} \;\longrightarrow \;\mathrm {O_{2}\uparrow } +\mathrm {2H_{2}\uparrow } $

　
: 3. 標明反應條件

　
: $\mathrm {2H_{2}O} \;{\overset {\text{通 電 }}{\longrightarrow }}\;\mathrm {O_{2}\uparrow } +\mathrm {2H_{2}\uparrow } $

### 氧化還原反應化學方程式的配平

氧化還原反應，由於其本質是電子的轉移或偏向，且方程式使用常規方法配平較為困難，所以利用其電荷守恆的性質，可以更方便地配平。

#### 完全氧化還原反應化學方程式的配平

完全氧化還原反應，指元素完全由一個價態升高或降低到另外一個價態。
以 ${\ce {Fe(OH)2 + H2O + O2 -> Fe(OH)3}}$ 為例

　
: : ${\overset {+2}{\mathrm {Fe} }}{(}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{)}_{2}{+}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{2}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{+}{\overset {0}{\mathrm {O} }}_{2}\longrightarrow {\overset {+3}{\mathrm {Fe} }}{(}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{)}_{3}$

　
: 1. 標出元素化合價

　
: 2. 找到升價和降價的元素（由標出的化合價可以看出，Fe 元素和 O 元素化合價發生改變，Fe 元素化合價從 + 2 升至 + 3 價，而 O 元素從 0 降到 - 2 價）

　
: 3. 計算出升降價元素的得失電子數，並找到他們的最小公倍數，乘上一定的係數時得失電子數相等。由標出的化合價可以看出，Fe 元素失去 1e-，O 元素得到 4e-（一個 O 原子得到 2e-），因此 Fe (OH)2 的係數應是 4，O2 的係數應是 1，才能使得失電子數相等。

　
: ${4}{\overset {+2}{\mathrm {Fe} }}{(}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{)}_{2}{+}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{2}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{+1}{\overset {0}{\mathrm {O} }}_{2}\longrightarrow {\overset {+3}{\mathrm {Fe} }}{(}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{)}_{3}$

　
: 4. 通過觀察法配平整個方程式。

　
: ${4}{\overset {+2}{\mathrm {Fe} }}{(}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{)}_{2}{+2}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{2}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{+}{\overset {0}{\mathrm {O} }}_{2}\ \longrightarrow {4}{\overset {+3}{\mathrm {Fe} }}{(}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{)}_{3}$

#### 不完全氧化還原反應化學方程式的配平

不完全氧化還原反應，指在反應中一種元素的化合價沒有完全變化成另外一種化合價但是與反應物有發生氧化反應，以 ${\ce {Zn + HNO3 -> Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O}}$ 為例

　
: : ${\overset {\mathrm {0} }{\mathrm {Zn} }}{\mathrm {+} }{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}\longrightarrow {\overset {+2}{\mathrm {Zn} }}{\mathrm {(} }{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}{\mathrm {)} }_{2}{\mathrm {+} }{\overset {-3}{\mathrm {N} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{4}{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}{\mathrm {+} }{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{2}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}$

　
: 1. 標出元素化合價（同上，略）

　
: 2. 找到升價和降價的元素（同上，略）

　
: 3. 計算出升降價元素的得失電子數，（這時，就要找出變價的原子所在的化合物）並找到他們的最小公倍數，乘上一定的係數時得失電子數相等。（由標出的化合價可以看出，一個 N 原子從 + 5 價降到 - 3 價，得到 8e-， ${\ce {Zn}}$ 原子從 0 價上升到 + 2 價，失 2e-。故 ${\ce {NH4NO3}}$ 的係數為 1， ${\ce {Zn}}$ 的係數為 4）

　
: ${\mathrm {4} }{\overset {\mathrm {0} }{\mathrm {Zn} }}{\mathrm {+} }{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}\longrightarrow {\overset {+2}{\mathrm {Zn} }}{\mathrm {(} }{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}{\mathrm {)} }_{2}{+1}{\overset {-3}{\mathrm {N} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{4}{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}{\mathrm {+} }{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{2}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}$

　
: 4. 通過觀察法配平整個方程式。

　
: ${\mathrm {4} }{\overset {\mathrm {0} }{\mathrm {Zn} }}{+10}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}\longrightarrow 4{\overset {+2}{\mathrm {Zn} }}{\mathrm {(} }{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}{\mathrm {)} }_{2}{\mathrm {+} }{\overset {-3}{\mathrm {N} }}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{4}{\overset {+5}{\mathrm {N} }}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}_{3}{+3}{\overset {+1}{\mathrm {H} }}_{2}{\overset {-2}{\mathrm {O} }}$

　
: （此處觀察時，可得 ${\ce {Zn(NO3)2}}$ 係數是 4，再觀察可知 ${\ce {H2O}}$ 係數是 3）

## 參考資料

　
: 2. 化學方程式

　
: 3. 國科會高瞻自然教學資源平台

　
: 4. 化學反應

## 參見

* 化學式
* 離子方程式

## 外部連結

* Chemical Equation Balancer （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Stoichiometry Add-In for Microsoft Excel （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） for calculation of molecular weights, reaction coëfficients and stoichiometry.