如何平衡化學方程式？

為什麼方程式必須平衡

化學方程式是描述反應的簡潔方式。起始的物質稱為反應物，寫在左邊，新生成的物質稱為生成物，寫在右邊。箭頭的意思是「反應生成」。

在反應中，原子不會被創造或毀滅，只是交換夥伴。這就是質量守恆定律，法國化學家拉瓦節在 1700 年代後期以精細的實驗證明了它。左邊的每個原子在右邊都必須仍然存在，所以每種元素的原子數和總質量保持不變。

黃金法則：改係數，不改下標

係數是放在化學式前面的數字。它告訴你參與反應的該物質有多少個分子或單位，所以改變它只是改變該物質的量。

絕對不可以更改下標，因為那會把物質變成別的東西。H₂O 是水，但 H₂O₂ 是過氧化氫，是完全不同的化學物質。

逐步方法

步驟 1：寫出所有反應物和生成物的正確化學式。步驟 2：計算兩邊每種元素的原子數。步驟 3：加上係數，一次平衡一種元素。從兩邊各只出現在一種物質中的元素開始。通常最後再調整單獨存在的元素（如 O₂ 或 Fe）會比較有幫助，因為改變它們的係數不會擾亂其他元素。步驟 4：再次計算每種元素。步驟 5：確認係數是盡可能最小的整數。

範例 1：生成水

從 H₂ + O₂ → H₂O 開始。左邊有 2 個 H 和 2 個 O 原子，但右邊有 2 個 H，只有 1 個 O。在 H₂O 前面加上 2，讓右邊有 2 個氧原子：H₂ + O₂ → 2H₂O。

現在右邊有 4 個 H，但左邊只有 2 個，所以在 H₂ 前面加上 2：2H₂ + O₂ → 2H₂O。檢查：兩邊各有 4 個 H 和 2 個 O。已經平衡了。

質量也吻合。兩莫耳 H₂（4.032 g）加上一莫耳 O₂（31.998 g）共 36.030 g，剛好等於兩莫耳 H₂O 的質量（2 × 18.015 = 36.030 g）。

範例 2：燃燒甲烷

甲烷 CH₄ 是天然氣的主要成分。它燃燒時會與氧反應生成二氧化碳和水：CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O。

碳已經平衡，兩邊各有 1 個原子。氫則還沒有：左邊有 4 個，右邊有 2 個，所以寫成 2H₂O。現在數右邊的氧：CO₂ 中有 2 個，加上 2H₂O 中的 2 個，共 4 個。要讓左邊有 4 個氧原子，就寫成 2O₂。平衡後的方程式是 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O，兩邊各有 1 個 C、4 個 H 和 4 個 O。

範例 3：鐵生鏽

鐵與氧反應生成氧化鐵(III)：Fe + O₂ → Fe₂O₃。真正的鐵鏽還含有水，但這個較簡單的方程式展示了主要的反應。

這裡兩種反應物都是單獨存在的元素，所以從比較棘手的氧開始：O₂ 有 2 個氧原子，Fe₂O₃ 有 3 個。2 和 3 都能整除的最小數字是 6，所以寫成 3O₂（6 個氧原子）和 2Fe₂O₃（6 個氧原子）。現在右邊有 2 × 2 = 4 個鐵原子，所以在左邊寫 4Fe。平衡後的方程式是 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃，兩邊各有 4 個 Fe 和 6 個 O。