化学式、化学方程式与计算

Q: 我写的所有方程式都需要包含状态符号吗？

是的！4CH1考纲明确要求所有配平方程式都必须标注状态符号。即使方程式配平完全正确，只要遗漏状态符号，每个方程式都会被扣1分。

Q: 计算时如何将cm³转换为dm³？

将以cm³为单位的体积数值除以1000，即可得到以dm³为单位的数值，例如250 cm³ = 0.25 dm³。代入浓度或气体体积公式前请务必检查单位是否统一。

Q: 实验式和分子式的区别是什么？

实验式是化合物中原子的最简整数比，而分子式是一个分子中各原子的实际数目。分子式永远是实验式的整数倍。

Edexcel 国际GCSE化学· 1.25–1.36· 45 分钟阅读

1. 书写带状态符号的配平化学方程式★★☆☆☆⏱ 10 min

✓ 计算器

文字方程式将反应物列在左侧，生成物列在右侧。要书写配平的符号方程式，首先将每种物质替换为其正确的化学式，随后添加化学计量系数，确保方程式两侧各元素的原子数目相等，最后为每一种物质标注状态符号。

📘 定义

状态符号

标注在每种化学物质之后、用于说明其物理状态的缩写：(s) = 固态，(l) = 液态，(g) = 气态，(aq) = 水溶液态（溶解于水中）

📐 例题

写出金属镁与盐酸反应生成氯化镁溶液和氢气的配平化学方程式。

1
1. 写出未配平的文字方程式：镁 + 盐酸 → 氯化镁 + 氢气
2
1. 替换为正确的化学式并添加初始状态符号： $Mg(s) + HCl(aq) \to MgCl_{2} (aq) + H_{2} (g)$
3
1. 配平原子：右侧有2个Cl原子，因此在左侧HCl前添加系数2： $Mg(s) + 2 HCl(aq) \to MgCl_{2} (aq) + H_{2} (g)$
4
1. 核对数目：两侧均为1个Mg、2个H、2个Cl原子，方程式配平且状态符号标注正确。

Exam tip:

即使化学计量数完全正确，只要遗漏状态符号，每个方程式都会被扣1分。

2. 基础摩尔计算、相对分子质量与百分产率★★★☆☆⏱ 12 min

✓ 计算器

📘 定义

相对分子质量（Mr）

化学式中所有原子的相对原子质量（Ar）之和，无单位。

M_r = \text{sum of } (A_r \times \text{number of atoms of each element})

📐 例题

利用相对原子质量（Ar）数值计算硫酸（ $H_{2} SO_{4}$ ）的相对分子质量（ $M_{r}$ ）：H=1，S=32，O=16。

1
1. 计算每种元素的总相对质量：H = 2 × 1 = 2，S = 1 × 32 = 32，O = 4 × 16 = 64
2
1. 将数值相加：2 + 32 + 64 = 98，因此 $M_{r} = 98$

📘 定义

摩尔计算（质量关系）

物质的量（以摩尔为单位）等于其质量（以克为单位）除以其相对式量。

n = \frac{\text{mass (g)}}{M_r}

📐 例题

计算49 g $H_{2} SO_{4}$ （ $M_{r}$ =98）的物质的量（摩尔数）。

1
1. 将数值代入公式： $n = \frac{49}{98} = 0.5$ mol

📘 定义

百分产率

产物的实际实验产率与理论最大产率的比值，以百分比形式表示。

\text{Percentage Yield} = \frac{\text{Actual Yield}}{\text{Theoretical Yield}} \times 100

📐 例题

某反应生成8.2 g氧化铜，理论产率为10.0 g，计算该反应的百分产率。

1
1. 代入数值： $百分产率 = \frac{8.2}{10.0} \times 100 = 82%$

Exam tip:

你必须熟记本小节的全部三个公式，考试不会提供公式表。

3. 反应质量、实验式与分子式、实验操作★★★☆☆⏱ 15 min

✓ 计算器

反应质量计算利用配平后化学方程式中的摩尔比，将某一反应物或产物的质量与另一物质的质量关联起来。实验式和分子式可通过实验测得的质量或质量百分比组成数据计算得到。

📐 例题

4.8 g镁在过量氧气中燃烧，可生成多少克氧化镁？相对原子质量Ar数值：Mg=24，O=16。

1
1. 写出配平的化学方程式： $2 Mg(s) + O_{2} (g) \to 2 MgO(s)$
2
1. 计算Mg的物质的量： $n = \frac{4.8}{24} = 0.2$ mol
3
1. Mg与MgO的摩尔比为1:1，因此MgO的物质的量为0.2 mol
4
1. MgO的 $M_{r}$ =24 + 16 = 40，MgO的质量 = 0.2 × 40 = 8.0 g

📘 定义

实验式与分子式的关系

分子式 = （实验式）× n，其中 $n = \frac{M _{r} of compound}{Empirical formula mass}$

📐 例题

某化合物的质量组成为40% C、6.7% H、53.3% O， $M_{r}$ =60，求其实验式和分子式。相对原子质量Ar：C=12，H=1，O=16。

1
1. 假设样品质量为100 g，则各元素质量为：40 g C，6.7 g H，53.3 g O
2
1. 换算为物质的量：C = 40/12 ≈ 3.33，H = 6.7/1 = 6.7，O = 53.3/16 ≈ 3.33
3
1. 除以最小数值（3.33）得到最简比：C=1，H=2，O=1 → 实验式 = $CH_{2} O$
4
1. 实验式式量 = 30，n = 60/30 = 2 → 分子式 = $C_{2} H_{4} O_{2}$

测定氧化镁化学式的实验：称量装有镁条的坩埚质量，强热过程中不时掀开坩埚盖让空气进入，持续加热后重复称量直至质量恒定。利用质量变化计算参与反应的镁和氧气的质量，随后求出二者的摩尔比。

Exam tip:

计算实验式时如果得到非整数的摩尔比（例如1.5），需将所有数值乘以最小的整数以得到整数比，不要直接将1.5取整为2。

4. 高阶内容专属：溶液浓度计算★★★★☆HL 专属⏱ 8 min

✓ 计算器

📘 定义

浓度（单位：mol/dm³）

每1立方分米溶液中溶解的溶质的物质的量（摩尔数）。

c = \frac{n}{V}

其中c为浓度（单位mol/dm³），n为溶质的物质的量，V为溶液体积（单位dm³）。代入数值前需将cm³换算为dm³，换算方法为除以1000。

📐 例题

将0.2 mol NaOH溶解在250 cm³水中，计算所得溶液的浓度。

1
1. 将体积换算为dm³：250 / 1000 = 0.25 dm³
2
1. 代入公式计算： $c = \frac{0.2}{0.25} = 0.8$ mol/dm³

Exam tip:

几乎所有浓度相关题目给出的体积单位都是立方厘米（cm³），用来考察你是否记得单位换算，因此一定要先检查单位。

5. 高阶内容专属：室温常压（RTP）下的气体体积计算★★★★☆HL 专属⏱ 8 min

✓ 计算器

📘 定义

室温常压下的气体摩尔体积

1摩尔的任何气体在室温常压下占据的体积为24 dm³（24000 cm³）。

n = \frac{V}{24}

其中n为气体的物质的量，V为气体体积（单位dm³）。如有需要，可将cm³除以1000换算为dm³。

📐 例题

10 g碳酸钙分解，在室温常压下可生成多少体积的CO₂气体？相对原子质量Ar：Ca=40，C=12，O=16。

1
1. 配平的化学方程式： $CaCO_{3} (s) \to CaO(s) + CO_{2} (g)$
2
1. CaCO₃的 $M_{r}$ =100，CaCO₃的物质的量 = 10 / 100 = 0.1 mol
3
1. CaCO₃与CO₂的摩尔比为1:1，因此CO₂的物质的量 = 0.1 mol
4
1. 气体体积 = 0.1 × 24 = 2.4 dm³（若要求以cm³为单位则为2400 cm³）

Exam tip:

你必须牢记室温常压（RTP）下的气体摩尔体积为24 dm³，该数值不会在试卷中给出。

6. 常见陷阱

错误做法:

Omitting state symbols from balanced chemical equations

原因:

The 4CH1 specification explicitly requires state symbols, so you lose 1 mark per equation even if stoichiometry is correct

正确做法:

Add (s), (l), (g), (aq) to every species in all equations you write

错误做法:

Forgetting to convert cm³ to dm³ for concentration/gas volume calculations

原因:

Formulae use volume in dm³, so using cm³ gives results 1000x larger/smaller than the correct value

正确做法:

Divide volume in cm³ by 1000 to get dm³ before substituting into any formula

错误做法:

Rounding non-integer mole ratios (e.g. 1.5 to 2) for empirical formula calculations

原因:

Rounding leads to an incorrect atom ratio, and lost marks for the entire calculation

正确做法:

Multiply all mole ratios by the smallest integer to eliminate decimals (e.g. multiply by 2 for 0.5 increments, by 3 for 0.33 increments)

错误做法:

Using Ar instead of Mr for mole calculations of compounds

原因:

This gives an incorrect mole value, leading to wrong results for all downstream calculation steps

正确做法:

Always calculate Mr for compounds first by summing Ar values of all atoms in the formula

错误做法:

Using the wrong mole ratio from balanced equations for reacting mass calculations

原因:

The mole ratio links reactants and products, so an incorrect ratio leads to wrong values for the desired substance

正确做法:

Use the stoichiometric coefficients from the balanced equation to get the correct ratio between the two species in your calculation

7. 速查表

Formula / Concept	Equation / Rule	Units / Notes
Balanced Equations	Equal atoms of each element on both sides	Always add state symbols (s)/(l)/(g)/(aq)
Relative Formula Mass	$M_{r} = \sum (A_{r} \times atom count)$	No units
Mole (mass)	$n = \frac{mass}{M _{r}}$	Mass in g, n in mol
Percentage Yield	$% Yield = \frac{Actual}{Theoretical} \times 100$	No units, always <100%
Empirical Formula	Simplest whole number atom ratio	Divide masses by Ar, then divide by smallest value
Molecular Formula	$Empirical \times n$ , $n = \frac{M _{r}}{Empirical Mass}$
Concentration (Higher only)	$c = \frac{n}{V}$	c in mol/dm³, V in dm³
Gas Volume (Higher only)	$n = \frac{V}{24}$ at rtp	V in dm³, 24 dm³ = 24000 cm³

8. 常见问题

我写的所有方程式都需要包含状态符号吗？

是的！4CH1考纲明确要求所有配平方程式都必须标注状态符号。即使方程式配平完全正确，只要遗漏状态符号，每个方程式都会被扣1分。

计算时如何将cm³转换为dm³？

将以cm³为单位的体积数值除以1000，即可得到以dm³为单位的数值，例如250 cm³ = 0.25 dm³。代入浓度或气体体积公式前请务必检查单位是否统一。

实验式和分子式的区别是什么？

实验式是化合物中原子的最简整数比，而分子式是一个分子中各原子的实际数目。分子式永远是实验式的整数倍。

深入阅读

下一步

Mastering these calculation skills is foundational for all subsequent topics in Edexcel IGCSE Chemistry, as quantitative questions appear in every exam paper across both core and higher tiers. You will apply these mole calculation principles to reactions like acid-base neutralisation, redox processes, and organic synthesis in later units. Next, practice applying these skills to past paper questions to build speed and accuracy, and make sure you memorise the required formulae as no formula sheet is provided in the exam. For higher tier students, you will use these concentration calculation skills for titration practical work in the next section of the syllabus.