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化学方程式配平器

输入未配平的方程式,即可得到最小的整数系数、一张对两侧每个原子和电荷进行计数的表格,以及得出答案背后的矩阵计算过程。它支持离子、电子和氧化还原方程式;当不存在唯一配平时,它会告诉您原因。完全在您的浏览器中运行。免费,无需注册。

用 + 分隔物种,并用 ->、→ 或 = 将反应物与生成物分开。离子请带符号书写(Fe3+、SO4^2-、OH-),电子写作 e-。您输入的系数和 (s)/(aq) 标记会被忽略。

试用示例

结果

配平后的方程式

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

系数

物种所在一侧系数
C₃H₈反应物1
O₂反应物5
CO₂生成物3
H₂O生成物4

原子核对

元素左侧右侧
C33
H88
O1010

每一行都相符,因此原子与电荷守恒。

计算过程

每一列是一个物种,每一行是一种元素。反应物的原子计为正,生成物的原子计为负,因此当每一行的和都为零时,这组系数恰好配平方程式。

行C₃H₈O₂CO₂H₂O
C30-10
H800-2
O02-2-1

零空间向量:(1/4, 5/4, 3/4, 1)

乘以 4 以消去分数:(1, 5, 3, 4)

如何使用化学方程式配平器

  1. 1. 输入未配平的方程式。 反应物写在左边,生成物写在右边,物种之间用 + 连接,中间用箭头(->、→ 或 =)。化学式按常规写法:C3H8、Ca(OH)2、CuSO4·5H2O。
  2. 2. 如有电荷与电子,一并输入。 离子需带符号书写,如 Fe3+、OH- 或 SO4^2-;自由电子写作 e-。电荷行会自动加入计算过程,因此离子方程式与半反应方程式也能配平。
  3. 3. 阅读结果。 配平后的方程式显示在顶部,下方是系数表和原子核对,分别统计两侧每种元素及净电荷。
  4. 4. 打开计算过程。 矩阵展示了方程式如何转化为线性方程组并被精确求解,您可以逐步跟随。

零空间法如何工作

凭观察配平是试错的过程。零空间法则把同一个问题转化为代数。为每个物种设定一个未知系数,然后为每种元素写出一个方程,说明左侧的原子数等于右侧的原子数。同时满足所有方程的系数,就是原子计数矩阵的零空间。

在矩阵中,每一列是一个物种,每一行是一种元素。反应物的原子计为正,生成物的原子计为负,因此当每一行的和都为零时,这组系数就使方程式恰好配平。电荷只是多出的一行:每种离子的电荷按同样的符号规则计入。

求解器使用精确的分数而不是小数,因此不存在可能被误认为真实答案的舍入误差。以丙烷燃烧 C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O 为例,各行为:

行C₃H₈O₂CO₂H₂O
C30−10
H800−2
O02−2−1

其零空间是一个向量 (1, 5, 3, 4),因此配平后的方程式为 C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O。对于 H₂ + O₂ → H₂O,向量为 (1, ½, 1);乘以 2 消去分数,得到最小整数的 2H₂ + O₂ → 2H₂O。矩阵的规模从不超过 30 种元素乘 20 个物种,因此结果几乎瞬时得出。

离子方程式与氧化还原方程式的配平

离子方程式必须配平两次:一次是原子,一次是电荷。按电荷输入离子,配平器会同时完成两者。对于酸性条件下高锰酸根与亚铁离子的反应 MnO₄⁻ + Fe²⁺ + H⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺ + H₂O,它给出 MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O,两侧电荷均为 +17。

酸性和碱性溶液

配平器只配平您列出的物种,它不会决定应当添加哪些物种。对于酸性条件下的反应,请包括 H⁺ 和 H₂O;碱性条件下,请包括 OH⁻ 和 H₂O。对于半反应,请把 e⁻ 放在正确的一侧,电子数会自动算出。若要找出哪些原子得失电子的氧化态,请使用 Oxidation Number Calculator。

当方程式没有唯一配平时

大多数教科书中的方程式只有唯一的配平。若不唯一,零空间会告诉您问题出在哪里:

  • 根本没有配平。 唯一的解是所有系数都为零。这通常意味着某种元素只出现在一侧——例如 NaCl → Na 中的氯——工具会指出它。
  • 存在多个独立配平。 在 H₂ + O₂ → H₂O + H₂O₂ 中,两个反应相互交织,因此它们的任意组合都能配平。工具会列出每一个反应;请把您的方程式拆分为独立的反应。
  • 某个物种在错误的一侧。 在 H₂ + H₂O → O₂ 中,唯一的配平是 2H₂O → O₂ + 2H₂。工具会显示修正后的方程式,并说明哪个物种换了边。
  • 某个物种不参与反应。 在 H₂ + O₂ + N₂ → H₂O 中,氮没有去向,因此 N₂ 的系数为零,而 2H₂ + O₂ → 2H₂O 不需要它即可配平。工具会指出这个闲置的物种。

常见问题

如何逐步配平化学方程式?
分别统计两侧每种元素的原子数,然后每次只调整一种元素的系数(绝不改动下标),直到原子数相等,并保留最小的整数。本计算器以代数方式完成同样的工作:为每种元素列出一个方程,一次性求解整个方程组,即使凭观察已经卡住,也能得出结果。
为什么不能通过改变下标来配平方程式?
下标是物质身份的一部分:H₂O 是水,而 H₂O₂ 是过氧化氢。改变下标就描述了另一种化合物。系数只表示参与反应的物质有多少单位,因此它们是您唯一可以自由改变的数字。
带电荷的方程式如何配平?
原子与净电荷需要一并配平。左侧的总电荷必须等于右侧的总电荷,就像每种元素的数目必须相等一样。按电荷书写每个离子(Fe3+、SO4^2-),配平器会在计算过程中加入一行电荷,因此离子方程式与氧化还原方程式会同时配平两者。
“没有唯一配平”是什么意思?
这意味着仅凭原子无法确定系数。要么不存在任何正系数组合,要么有两个或更多独立反应被写成了一个方程式,因此无穷多种组合都能配平。请检查是否缺少某个物种、化学式是否有误,或是否应把两个反应分开列出。
如何配平酸性或碱性溶液中的氧化还原反应?
加入半反应法会补充的额外物种:酸性条件下加 H⁺ 和 H₂O,碱性条件下加 OH⁻ 和 H₂O,半反应还需加 e⁻。将整个方程式连同这些物种放在正确的一侧输入,配平器会同时求解原子与电荷。是否添加哪些物种仍由您决定。
系数可以是分数吗?
只在计算过程中可以。计算器会先求出一个可能包含分数的向量,例如 (1, ½, 1),然后乘以最小公分母,得到整数。一些教科书在热化学方程式中保留 ½O₂,但就配平而言,标准答案是最小的整数系数组。
它是否支持 (aq)、(g) 等状态符号?
支持。配平之前会去掉 (s)、(l)、(g) 和 (aq) 等标记,化学式前您输入的系数也会被去掉。配平器会自行算出系数,因此您输入中的错误猜测不会造成任何影响。

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