要把方程式与速率数据结合，让方程式预测产物的总量，再用数据检验它，并描述产物生成得多快。方程式回答”多少”，数据回答”多快”。
这一课承接把化学键与性质联系起来，并像整个综合化学推理模块所要求的那样使用数值。
方程式和数据如何配合？
配平方程式确定摩尔比。数据则记录某个量（这里是气体体积）随时间的变化。两者在反应结束时相遇：数据中的最终体积应该等于比例所预测的体积。
- 把质量换成摩尔数： 摩尔数 = 质量 ÷ 相对原子质量。
- 用配平方程式中的比例求气体的摩尔数。
- 用给定的摩尔体积把气体摩尔数换成体积。
- 把该体积与数据中的水平段比较。
- 求某一时间段的速率： 体积变化 ÷ 时间变化。
例题
以下数据是为练习而虚构的。一名学生用 0.12 g 镁与 25.0 cm³ 浓度为 0.50 mol/dm³ 的盐酸反应，收集气体并记录体积。
Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂
| 时间 (s) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 气体体积 (cm³) | 0 | 48 | 80 | 102 | 114 | 120 | 120 |
气体按每摩尔 24 dm³ 计算，Mg 的 Ar = 24。
第 1 步，镁的摩尔数： 0.12 ÷ 24 = 0.0050 mol。
第 2 步，比例： 1 mol Mg 产生 1 mol H₂，所以预期有 0.0050 mol H₂。
第 3 步，体积： 0.0050 × 24 = 0.12 dm³ = 120 cm³。这与 100 s 和 120 s 的水平段吻合。
第 4 步，哪个是限量反应物？ HCl 的摩尔数 = 0.50 × 0.0250 = 0.0125 mol。方程式需要 2 × 0.0050 = 0.0100 mol。酸比需要的多，所以镁是限量反应物，这就是曲线停在 120 cm³ 的原因。
第 5 步，速率：
- 0 至 20 s：48 ÷ 20 = 2.4 cm³/s
- 20 至 40 s：(80 − 48) ÷ 20 = 1.6 cm³/s
- 80 至 100 s：(120 − 114) ÷ 20 = 0.3 cm³/s
第 6 步，解释趋势： 速率下降，是因为酸的浓度降低，镁的表面也在消耗，每秒有效碰撞减少。
要小心的错误
学生常把酸的系数 2 用到氢气上。
错误答案： “0.0050 mol Mg 产生 2 × 0.0050 = 0.010 mol H₂，所以是 240 cm³。”
数据显示 120 cm³，预测与数据不一致。这个矛盾就是提醒你回头检查比例。系数 2 属于 HCl，而氢气的系数是 1。要读的是题目中那两种物质之间的比例，然后用水平段检验。
自我检测
以下数据全部是虚构的。气体按每摩尔 24 dm³ 计算。
1. 0.048 g 镁（Ar = 24）与过量的酸反应，生成多少体积的氢气？
显示答案
Mg 的摩尔数 = 0.048 ÷ 24 = 0.0020 mol。比例 1:1，所以 H₂ 为 0.0020 mol。体积 = 0.0020 × 24 = 0.048 dm³ = 48 cm³。
2. 例题中总体积是 120 cm³。到 40 s 时已生成了多少比例的气体？
显示答案
80 ÷ 120 = 2/3，所以到 40 s 时已生成约 67%。
3. 另一名学生重复实验，但水平段是 60 cm³，而不是 120 cm³。写出一个符合方程式的解释。
显示答案
镁的量减半，气体也减半，即 0.060 g 而不是 0.12 g。另一种可能是用的酸较少，使酸成为限量反应物。两种解释都改变了反应物的量，而水平段正反映这一点。
接下来
下一课从气体体积转到粒子与电荷：用粒子解释电化学现象。之后可以做综合练习题，并用科学探究评论工具检验数据是否足以支持你的结论。
很多学生能分别做好摩尔步骤和速率步骤，却丢了两者之间的联系。Co-ordinated Sciences 线上一对一补习的老师可以看你做完整道题，并准确指出联系断在哪里。