化學方程式

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引言

化學方程式是日常化學中使用的通用術語。化學中的化學方程式主要由1615年的法國化學家讓·貝京提出。它基本上是用數字、箭頭和其他符號理論上表示化學反應過程中發生的物質成分的方法。化學方程式中的反應物結合形成化學產物。平衡方程式極其重要，當反應物側的原子或成分數量等於產物側的原子數量時，方程式就平衡了。

什麼是化學方程式？

化學方程式是用符號或文字表示的多種物質組合時可能發生的反應。為了滿足所有現象，包括所有條件，例如物質守恆定律，化學方程式必須平衡。

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圖1：化學方程式

它在某些化學品的建立中具有極其重要的意義，因為它簡要地討論了產物、反應物和物質狀態的名稱。化學方程式提供了有關化學反應中發生的變化的資料，例如狀態、熱能和化學成分。

表示化學方程式和示例的步驟

為了表示任何化學方程式，對參與者的理解非常重要，這些參與者是：

• 成分用符號而不是全名錶示。

• 反應物也稱為底物，顯著地顯示在方程式的左側，並被顯示為反應實體。

• 獲得的化學名稱或產物放在右側。結果是基於成分中發生的化學反應產生的。

• 中間的箭頭 ${\rightarrow}$ 表示化學方程式流動的方向。

• 係數是為化學方程式中相應產物和反應物的每個符號設計的。這些實體的係數是化學反應中化學計量數的最終值。

鹽的化學方程式示例

氯化鈉或 NaCl 也稱為食鹽。它被稱為化學式為 (NaCl) 的離子化合物。它表示為氯離子和鈉離子的 1:1 比率。鹽通常用作食品防腐劑和調味品 (Bílek et al. 2018)。鹽可以透過將兩種極度活潑的成分一起結合形成，例如氯氣 ${(Cl_2)}$ 和鈉 (Na) 金屬。鹽的化學方程式表示為

$${2Na(s)+Cl_2\rightarrow 2NaCl(s)}$$

關於化學反應的事實

化學反應是指多種元素之間發生的相互作用，以產生新的元素。例如，氫氣和氧氣相互反應生成一種稱為水 ${(H_2O)}$ 的新元素。化學反應無時無刻不在發生。

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圖2：混合狀態之前和之後的分子的反應

人類食用的食物進入胃部，並與包括酸性成分在內的不同化學物質混合以消化食物。其他例子包括木材燃燒、鐵生鏽、汽車燃燒和光合作用 (Bhatti *et al*. 2021)。化學反應是由於不同狀態的不同分子彼此靠近，從而化學鍵斷裂和形成。

化學反應的意義

由於化學反應，地球上存在著活的有機體。化學反應或方程式的存在對人類生活和實驗至關重要 (Jyż-Kuroś *et al*. 2021)。理解物質的特性需要化學反應。

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圖3：化學方程式的表示

化學特性導致未知樣本，並說明不同型別的反應彼此之間的反應。透過觀察和研究化學反應，可以在自然界中工作 (Bédard *et al*. 2018)。一個重要的發現是，火也被認為是簡單的化學反應的產物。藉助化學反應，可以輕鬆確定月球和其他行星的可持續性。

離子方程式：評估

離子方程式是指將溶液中的電解質表示為解離離子的一種化學方程式。這種化學方程式與簡單的化學方程式有所不同 (Ahmed Khan *et al*. 2020)。在此方程式中，電解質在理論上表示為離子化學反應時被分離並表示為單個離子。

示例

$${化學方程式：\:CaCl_2+2AgNO_3\rightarrow Ca(NO_3)_2+2AgCl \downarrow}$$

$${離子方程式：\:Ca_2++2Cl-+2Ag++2NO_3-\rightarrow Ca_2++2NO_3-+2AgCl \downarrow}$$

上述方程式的最終離子方程式可以表示為：來自氯化鈣的兩個氯離子與來自硝酸銀的兩個銀陽離子反應，產生氯化銀沉澱作為產物。

$${2Cl-+2Ag+\rightarrow 2AgCl \downarrow}$$

結論

方程式是指具有恆等式且有條件的數學表示式的等式陳述。化學中每種產物都有幾種公式，這些公式是透過某些化學方程式獲得的。化學方程式是平衡的，因為它有助於保持反應方程式兩側原子數、摩爾數和質量的相等。正是化學反應將食物轉化為人體的燃料。某些化學反應在反應過程中需要能量產出能量或外部來源。

常見問題

Q1. 化學方程式的型別有哪些？

化學方程式也可以稱為化學反應。主要的四種化學反應型別包括分解反應、單置換反應、雙置換反應和合成反應。

Q2. 什麼是平衡化學方程式？

平衡化學方程式定義為化學反應的方程式，其中反應中每種成分的原子數相同。方程式的總電荷對產物和反應物都相同。

Q3. 化學方程式的侷限性是什麼？

化學方程式對日常生活很重要。但是，它有一定的侷限性。化學方程式不涉及反應的動力學、壓力和溫度以及反應物和產物的濃度。

Q4. 在表示方程式中的物理狀態時使用了哪些符號？

主要有三個符號用於表示反應實體的物理狀態。(S) 代表固體，(l) 代表液體，(g) 代表氣體。另一個重要部分是任何化學物質的水溶液表示為 (aq)。

參考文獻

期刊

Ahmed Khan, R., Murtaza, M., Abdulraheem, A., Kamal, M. S., & Mahmoud, M. (2020). Imidazolium-based ionic liquids as clay swelling inhibitors: mechanism, performance evaluation, and effect of different anions. ACS omega, 5(41), 26682-26696. 檢索自：https://pubs.acs.org

Bédard, A. C., Adamo, A., Aroh, K. C., Russell, M. G., Bedermann, A. A., Torosian, J., ... & Jamison, T. F. (2018). Reconfigurable system for automated optimization of diverse chemical reactions. Science, 361(6408), 1220-1225. 檢索自：https://www.science.org

Bhatti, M. T., Teevno, R. A., & Devi, S. (2021). Teacing Balancing Of Chemical Equations Through Phet Interactive Simulations And Powerpoint Presentation Slide Show Visualisation. Ilkogretim Online, 20(1), 4298-4317. 檢索自：https://www.ilkogretim-online.org

Bílek, M., Nodzyńska, M., Kopek-Putała, W., & Zimak-Piekarczyk, P. (2018). Balancing chemical equations using sandwich making computer simulation games as a supporting teaching method. Problems of Education in the 21st Century, 76(6), 779. 檢索自：https://www.ceeol.com

Jyż-Kuroś, D., Zimak-Piekarczyk, P., Kopek-Putała, W., & Nodzyńska-Moroń, M. (2021). Stepping (Designing) the process of pupils’ writing chemical reactions’ equations for other pupils. Annales Universitatis Paedagogicae Cracoviensis. Studia ad Didacticam Biologiae Pertinentia, 343(XI), 261-269. 檢索自：https://bioannales.up.krakow.pl/article/view/9269

網站

Opentextbc (2022)。關於書寫和平衡化學方程式。檢索自：https://opentextbc.ca[檢索日期：2022年6月27日]