化学计量数
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提示：本条目的主题不是化学计量学。
化学计量数或化学计量是化学反应方程式中各反应物或生成物前的数值。例如，图中为甲烷在空气中完全燃烧的方程式，方程式中O2、H2O前的数值（或“系数”）2就是它的化学计量。当一个物质前的数值为1时，便省略不写，如式中的CH4和CO2。
将一个未加化学计量数的方程补充化学计量数，使其符合物质、电荷守恒的过程叫做化学反应方程式的配平。
目录
1 化学计量比
2 化学反应中化学计量的特殊情况
2.1 燃料的燃烧
2.2 和物质的量无关的反应
3 用途
4 参考文献
化学计量比
化学反应方程式中，各反应物的化学计量之比称为化学计量比。如果一个化学反应按照化学计量比发生，我们有如下假设：[1]
- 所有反应物都完全反应
- 反应物不缺少
- 反应物不过量
一些反应可以按照化学计量比进行反应，如溶液中的离子反应，有一些则需要其中的一种或多种反应物过量，如物质的燃烧。例如，对于反应：
- 2 Ag+ + S2− → Ag2S↓（沉淀反应）
- H+ + OH− → H2O（中和反应）
无论哪一个反应物过量，都可以按照化学计量比进行；而对于
- C + O2 → CO2
- 2 C + O2 → 2 CO
在氧气过量的情况下，碳燃烧生成二氧化碳，而氧气不足的时候，则有一氧化碳生成。[2]
对于一些反应，可以人为的控制化学计量比，来获得不同化合物，尤其是一些二元化合物。如红磷和钴化合，根据不同的化学计量比，可以产生Co2P、CoP和CoP3：[3]
- 2 Co + P → Co2P
- Co + P → CoP
- Co + 3 P → CoP3
化学反应中化学计量的特殊情况
燃料的燃烧
燃料在燃烧时，为确保反应完全，需要氧化剂过量。若空气作为氧化剂，则使燃料完全燃烧所需的空气与燃料之比成为空燃比。常见燃料的空燃比如下：
| 燃料 | 质量比[4] | 体积比[5] | 质量比百分数 |
|---|---|---|---|
汽油 | 14.7 : 1 | — | 6.8% |
天然气 | 17.2 : 1 | 9.7 : 1 | 5.8% |
丙烷 | 15.67 : 1 | 23.9 : 1 | 6.45% |
乙醇 | 9 : 1 | — | 11.1% |
甲醇 | 6.47 : 1 | — | 15.6% |
正丁醇 | 11.2 : 1 | — | 8.2% |
氢气 | 34.3 : 1 | 2.39 : 1 | 2.9% |
柴油 | 14.5 : 1 | — | 6.8% |
甲烷 | 17.19 : 1 | 9.52 : 1 | 5.5% |
和物质的量无关的反应
有一些反应进行的方式和物质的量无关，而和反应物的浓度有关，改变反应物的浓度，生成物的种类也随之改变，如铜和硝酸的氧化还原反应：
- Cu + 4 HNO3（浓） → Cu(NO3)2 + 2 NO2↑ + 2 H2O
- 3 Cu + 8 HNO3（稀） → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O
在10mol·L-1以上的硝酸中，按上式反应；而在4.8mol·L-1时，按下式反应。此时，无论硝酸或者铜是否过量，反应都按照硝酸的浓度进行，而和其物质的量无关。[6]类似地，对于硝酸铁溶液和银的反应，反应如何进行与硝酸铁溶液的浓度有关，低浓度时，硝酸铁水解产生的H3O+与NO3-和Ag反应；而高浓度的硝酸铁则存在Fe3+氧化Ag和NO3-（H+）氧化Ag的竞争反应，通过理论计算，Fe3+在3.16mol·L-1以上便可氧化Ag。[7]
用途
对于一个已配平的化学反应方程式，已知其中一个参与反应的物质的量（或其它已知量，如质量等），或者其中一个生成物的物质的量，便可求出反应方程式中其它物质的量，这广泛用于分析化学中的滴定、重量分析的计算中。[8]在物理化学中，如化学反应速率方程的求解与计算中，也能用到化学计量。[9]
而在物质的制备与合成中，往往需要将反应方程式中的化学计量比作为加料多少的参考；对于密闭空间有气体产生的化学反应，也需要根据生成气体的量来判断反应是否安全。
参考文献
^ What’s in a Name? Amount of Substance, Chemical Amount, and Stoichiometric Amount Carmen J. Giunta Journal of Chemical Education 2016 93 (4), 583-586 doi:10.1021/acs.jchemed.5b00690
^ 武汉大学, 吉林大学 等. 无机化学（第三版）下册. 高等教育出版社, 2011. pp 740. ISBN 978-7-04-004880
^ 项斯芬, 严宣申, 曹庭礼 等. 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. 科学出版社, 2011: pp 162. ISBN 978-7-03-030548-0
^ John B. Heywood: "Internal Combustion Engine Fundamentals page 915", 1988
^ North American Mfg. Co.: "North American Combustion Handbook", 1952
^ 罗宿星, 伍远辉, 孙东来. 铜与硝酸反应实验中硝酸浓稀界限的研究. 实验室科学, 2012. 15(5): 67-69
^ 朱正德. 硝酸铁溶液溶解银镜的理论分析与实验探索. 化学教学, 2011(5): 78-79
^ 李璧玉. 浅议分析化学中的“化学计量数比”. 云南师范大学学报(自然科学版), 2005. 25(1): 28-30
^ 潘一兵，张良军. 速率方程与反应级数、化学计量数. 辽宁师专学报:自然科学版, 2001. 3(2): 17-18
