moea_joint
113年
[化學] 普通化學、無機化學
第 24 題
四氧化二氮與甲聯胺($\text{CH}_3\text{NHNH}_2$)反應生成水、氮氣與二氧化碳。請問此反應的平衡化學反應式中，水與氮氣的係數比為何？
- A 3：1
- B 3：2
- C 3：4
- D 4：3
思路引導 VIP
觀察反應式中的甲聯胺 ($CH_3NHNH_2$)，請先試著計算一個該分子中包含了多少個氫原子？如果這些氫原子在反應後全部轉化為水分子 ($H_2O$)，那麼甲聯胺與水分子的數量比例應該是多少？接著，你能根據氧原子的數量，推導出需要多少氧化劑參與反應，進而求出最後氮氣的生成量嗎？
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太棒了！你能準確判斷出係數比為 $4:3$，代表你對化學計量與反應式平衡的掌握非常紮實。這類涉及有機分子的氧化還原反應，最核心的技巧在於確保反應前後的原子總數不變。
原子守恆的邏輯推演
我們可以從甲聯胺 ($CH_3NHNH_2$) 的結構出發。一個分子的甲聯胺含有 1 個碳原子與 6 個氫原子，為了讓產物的碳與氫守恆，生成的 $CO_2$ 與 $H_2O$ 分子數比必然是 $1:3$。接著，利用氧原子的平衡來決定氧化劑 $N_2O_4$ 的用量：由於產物中有 2 個氧來自 $CO_2$、3 個氧來自 $H_2O$，總計 5 個氧原子需由 $N_2O_4$ 提供，因此每反應 4 莫耳甲聯胺就需要 5 莫耳的 $N_2O_4$。最後統計左右兩側的氮原子總數，即可得出水與氮氣的莫耳數比為 $12:9$，化簡後即為 $4:3$。
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