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化合价是中学里的重要基础知识,它对能否快速准确地写出物质的化学式起着决定性作用。因此,我们既要正确深刻理解化合价的涵义,还要熟记一些常见元素和原子团的化合价,从而才能在该知识领域里去灵活地解决实际问题。
1.从前面所学的知识可知,元素在相互化合时,反应物原子的个数比总是一定的,例如,2Na+Cl[,2]=2NaCl反应中,反应物的钠原子与氯原子的个数比总是1∶1。这是因为在化学反应中,元素的原子最外电子层总是要趋于8个电子的稳定结构,既元素的原子就会得到或失去一定数目的最外层电子,或者是元素原子之间共用一定数目的电子对。因此,不同元素的原子间相互化合时就有一定的个数比,如果不是这个个数比,就不能形成稳定的化合物。所以,化合价是元素在形成化合物时表现出来的一种性质。是由原子结构决定的,化学上就把一定数目的一种元素的原子跟另一种元素一定数目的原子化合的性质,叫做这种元素的化合价。如在形成氯化镁MgCl[,2]分子中,一个镁原子失去2个电子,它的化合价数值是2;一个氯原子得到一个电子,它的化合价数值是1。在形成水分子H[,2]O中,一个氢原子与氧原子共用一对电子,它的化合价数值是1,一个氧原子与氢原子共用2对电子,它的化合价数值就是2。可见,化合价的实质就是:元素的一个原子在与其他元素的原子化合时,得失电子或共用电子对的数目。
2.化合价是一些具体的数值,且有正负之分(通常在-4~+7之间)。化合物中元素化合价的数值与正、负价的确定方法:
化合价的数值 正价 负价
失电子的原子
离子 一个原子得失 (阳离子)为正 得电子的原子(阴
化合物
电子的数目
价
离子)为负价
一个原子共同
共价化
用的电子对的 电子对偏离的 电子对偏向的
合物 数目 原子显正价
原子显负价
3.几个重要结论
(1)单质中,元素的化合价为零。(因为,元素在形成单质中没有与其他元素化合,不存在电子得失,也不存在电子对的偏移或偏向。)
(2)不论在离子化合物还是共价化合物中,各元素正、负化合价的代数和为零。(因为,不同元素在形成化合物时,一种元素的原子与另一种元素的原子得失电子数目或共用电子对数目是相等的。注意:一种与一个的区别!)
(3)原子团的化合价又称为根价,其数目等于构成该原子团的各原子元素化合价的总和,但一定不为零。(硫酸根的化合价为-2价,它是硫元素与氧元素化合价的总和。即+6+(-2×4)=-2。)
(4)金属元素通常显正价,非金属元素通常显负价(非金属元素氧化物里氧显负价,另一种非金属元素显正价),化合价最高不超过+7价。
4.元素化合价的表示方法与离子符号的书写区别(见表2)
附图
5.对于有一些元素之所以具有可变化合价,是因为它在“不同条件下”与其他元素起反应时,既可失去电子(或电子对偏离)又可得到电子(或电子对偏向),而且得失电子数目也可能不同,所以,有些元素就显示出了多种化合价,即可变化合价。如:高锰酸钾KMnO[,4]与锰酸钾K[,2]MnO[,4]中锰元素Mn的化合价分别是+7价、+6价;硝酸铵NH[,4]NO[,3]中氮元素N的化合价前者为-3价,后者为+5价。
6.熟记常见元素和原子团的化合价
(1)用顺口溜记忆
一价钾钠银氯氢 二价氧钙钡镁锌
三铝四硅五氮磷 二三铁、二四碳
二四六硫都齐全 铜汞二价较常见
(2)常见原子团的化合价
附图
7.根据化合价书写化学式的规律有:
(1)先读后写,后读先写。如氯化钠NaCl,氧化镁MgO,二氧化碳CO[,2]
(2)金属前,非金属后,氧化物中氧在后,原子个数不能漏。如氧化铁Fe[,2]O[,3]
具体应结合元素或原子团的化合价采用“交叉法”书写。如以氧化镁、氧化铝为例来说明其写法:
附图
附图
对于较复杂的化学式,其中含有两个或两个以上的原子团,书写这部分时要添加括号,将原子团个数写在括号右下角。如氢氧化钙Ca(OH)[,2]、硝酸镁Mg(NO[,3])[,2]、硫酸铵(NH[,4])[,2]SO[,4]。可见,熟记常见元素、原子团的化合价是正确书写化合物的化学式的基础。
注意:不能用化合价随意去写不存在的物质的化学式!
8.常见考查有关化合价的题型及解析
(1)已知元素化合价,确定物质的化学式
例1 已知A、B、C三种元素的化合价分别为+3、-2、+6价。①写出A、B两元素组成化合物的化学式。②若C和B组成的原子团CB[,x]为-2价,试写出A、B、C三种元素组成化合物的化学式。
解析 ①因A、B两元素的化合价分别为+3、-2价,由A、B化合价绝对值交叉得A[,2]B[,3]。
②由于B元素为-2价,C元素为+6价,B、C元素组成的原子团CB[,x]为-2价,则根据化合物中各元素化合价数值的代数和为零的原则,有:(+6)×1+(-2)×x=-2,解之,x=+4。因此,根据化合物中各元素化合价数值的代数和为零的原则,得ACB[,4],再将化合价绝对值交叉即得化学式A[,2](CB[,4])[,3]。
(2)根据物质的化学式,求其中元素的化合价
例2 某含氧酸的化学式为H[,n+1]RO[,n+2],则元素R的化合价为()。
解析 设元素R的化合价为x。
根据化合物中各元素正负化合价的代数和为零的原则,得
(+1)×(n+1)+x+(-2)×(n+2)二0,解之x=+(n+3)。
(3)根据化合物中元素的质量比,求元素的化合价
例3 某种含氮的氧化物中,氮元素与氧元素的质量之比为7∶4.则该氧化物中氮元素的化合价是()
A.+1价B.+2价
C.+3价D.+4价
解析 设氮的化合价为x价,则该氧化物的化学式为N[,2]O[,x]。
由题意有2N∶xO=7∶4,
即28∶16x=7∶4,
x=+1(价)。
另法:设该氧化物的化学式为N[,y]O[,x],依题意有
14y∶16x=7∶4
x∶y=2∶1
即该氧化物的化学式为N[,2]O。
(4)根据化合物中某元素所占有的质量分数,求元素的化合价
例4 已知某金属R的氯化物中含氯的质量分数为74.78%,该金属R的相对原子质量为47.9,则R在该氯化物中的化合价为()
A.+4B.+3C.+2D.+1
解析 设该氯化物中R的化合价为x价,则该氯化物的化学式为RCl[,x]。
依题意得:[35.5x/(47.9+35.5x)]×100%=74.78%
解之x=+4。故选项为A。
(5)根据某元素形成价态相同的两种化合物的式量,求元素的化合价
例5 某金属元素R,它的氢氧化物的式量为m,它的氯化物的式量为n。则该金属元素R的化合价为()
A.+(m-n)/18.5
B.+(n-m)/18.5
C.+18.5/(m-n)
D.+18.5/(n-m)
解析 设元素R的化合价为x,其相对原子质量为y,则相应的氢氧化物为R(OH)x,氯化物为RCl[,x]。根据题意得:
附图
解得 x=+(n-m)/18.5,故选项为B。
请同学们特别注意:如果化合物中已知元素或原子团的化合价为偶数时,则必须讨论R元素的化合价的奇偶性,其化学式就有两种可能。来看下面一道例题:
例6 某元素R硝酸盐的式量为m,相同价态R元素的硫酸盐的式量为n,则R元素的化合价为()
A.(m-n)/14B.(m-n)/28
C.(2m+n)/14D.(2m-n)/28
解析 读此题后,应立即想到式量与化学式有关,而化学式与化合价有关。
设R的化合价为x价,其相对原子质量为y。
则硝酸盐的化学式为R(NO[,3])[,x],而硫酸盐的化学式就有两种可能:
(1)若x为奇数时,其硫酸盐的化学式为R(SO[,4])[,x];
(2)若x为偶数时,其硫酸盐的化学式为R(SO[,4])[,x/2];
依题意,得
附图
解之 x=(m-n)/14。
故选项为A和D。
(6)根据化学反应方程式,求元素的化合价
例7 某金属M的2个原子能正好与一种酸的3个分子完全反应,生成3个氢分子。则M元素的化合价为____,这种酸的酸根的化合价为____。
解析 设该酸的化学式为H[,n]R,按题中写出化学方程式:2M+3H[,n]R=3H[,2]↑+盐。根据质量守恒,反应前后各种原子个数相等,即方程式两边氢原子个数相等:3n=6,n=2。说明此酸是二元酸,其酸根的化合价为-2价。又根据得失电子守恒得金属的化合价:
+(2×3)/2=+3。(M是失电子,酸中的氢离子H[+]是得电子。即2M=3×2,M=3)。