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初中化学专题总结化合价

在九年级的化学学科中,有一节是专门讲“化合价”的。在这一节,一些学生总是感到有些难懂,有的学生还感到“知识太多、太杂”。

要知道,“化合价”是化学学科中的一项基础内容,学好了这部分内容,不仅有利于帮助大家打下良好的化学基础并理解、掌握更多的化合物,还能为高中阶段学“氧化还原反应”以及“得失电子法配平氧化还原方程式”打下良好的基础。因此,大家一定要引起足够的重视。

要想学好这部分内容,大家首先需要学好一些关于“元素”和“元素周期表”的基础知识。

元素周期表(如下图所示)大家都已经见过了。在这张表(A表示主族元素,B表示副族元素,0表示稀有气体即惰性气体元素,前面的罗马数字表示族序数)中,大家需要熟悉元素周期表中的一些常用元素,即前20号元素以及锰、铁、铜、锌等一些常用的副族元素。对于这些元素,大家一定要做到元素名称和符号名称之间能够准确对应。

而在前20号元素中,氦、氖、氩三种稀有气体(惰性气体)元素之所以被称为“0族元素”,是因为这些元素的原子能够保持“相对稳定状态”,和其他元素均不易发生化学反应。

而在剩下的主族元素中,大家不仅要记住每一个元素的原子序数,还要记住每一个主族元素所在的周期序数(排在周期表中的第几周期),这又是为什么呢?

这个的原因很简单,也很关键:主族元素的周期序数,往往能够代表该元素在化学反应中的一些常用的化合价(O、F元素除外)。之所以在这里把“周期序数”和“化合价”进行有机关联,不仅能够帮助大家更好地理解“化合价”的概念,还能够帮助大家更好地记住一些元素的化合价。

什么是化合价呢?

在表面意义上,化合价是元素的原子在形成化合物时所表现出来的一种性质,说明白一些,化合价用来表示某种元素在化合物中相对于单质状态下原子的“得失电子状态”(即正化合价为相对于元素单质状态下的原子失去电子,负化合价表示得到电子,且价数=得失电子数),因此也可以理解成“元素由单质状态转化为该化合物的过程中每个原子得失电子的状况”。

下面,我们结合着上面的元素周期表,来熟悉一下一些常用元素的化合价

大家首先要知道的是,元素在单质状态下的化合价均为0价,只有在化合物状态下才能出现“正负化合价”。

钠、镁、铝、钾、钙、钡这六种金属元素在化合物中的化合价只有一种,分别为+1、+2、+3、+1、+2、+2价,即它们在元素周期表中的周期序数。大家要记住,金属单质在参加化学反应转化为化合物的过程中只能失去电子,因此金属元素在化合物中的化合价只能为正价,不能为负。

H元素在初中常用的大多数化学物质中的化合价为+1价,只有在氢化钠(NaH)、氢化钙(CaH2)等和金属元素组成的化合物中才显-1价(这些金属化合物在初中化学中均不常用)。

O元素也是大家在初中化学常用的元素之一,在大多数化合物中,O元素的化合价为-2价。只有在一些过氧化物中,O元素的化合价才能为-1价,初中范围内这类物质只有过氧化氢(H2O2)一种。

Si元素位于第3周期第4主族,因此其常用的化合价为+4价;而对于F(氟)、Br(溴)两种非金属元素来说,它们常用的化合价-1价,由于这两种化学元素在多数常用的化合物中相对单质状态下的原子是“得电子”的,所以为负化合价。

N、S、Cl这三种非金属元素的化合价,则除了其主族序数所表示的正化合价之外,还有很多其他的化合价:

N元素在NH3中为-3价,在NO中为+2价,在亚硝酸根(NO2-)中为+3价,在NO2中为+4价,在N2O5(五氧化二氮)、HNO3(硝酸)和NO3-(硝酸根)中才是+5价。

S元素在H2S中为-2价,在SO2、SO32-(亚硫酸根)、H2SO3(亚硫酸)中为+4价,在SO3、H2SO4(硫酸)、SO42-(硫酸根)中才是+6价。

Cl元素在HCl中为-1价,在HClO(次氯酸)中为+1价,在KClO3、HClO3(氯酸)中为+5价,只有在HClO7(高氯酸)中才是+7价,而高氯酸在初中化学中不是很常用。

在初中阶段常见的化学物质中,C元素主要有+2和+4两种化合价。+2价的C只存在于CO中,CO2、H2CO3、CO32-(碳酸根)中的C元素均为+4价。

对一些副族金属元素来说,Zn最常见的化合价为+2价,Ag最常见的化合价为+1价;Cu元素在初中常用化学物质中多为+2价(表示铜离子Cu2+),而在亚铜离子化合物中才表现+1价(此类离子化合物在初中化学中不常见,例如氧化亚铜Cu2O)。

对Mn这个副族金属元素来说,根据已学的一些物质,Mn在MnO2中为+4价,在KMnO4(高锰酸钾)中为+7价,在K2MnO4(锰酸钾)中为+6价。而在下表中所提到的+2价Mn元素的化合物,则非常罕见。

Fe元素的化合价则以+2、+3两种化合价居多,在FeO、亚铁盐中为+2价,在Fe2O3、铁盐(例如氯化铁FeCl3)中为+3价。而对Fe3O4这种物质来说,该物质可看作“FeO·Fe2O3”,因此在这种物质中铁元素的化合价则有+2、+3两种。

如上表所示,化合价的概念并不局限于“某个特定元素”,在上表的右下角部位,还有一些氢氧根、硝酸根等原子集团,又简称“根”,也可视为有“整体的化合价”。而这个整体的化合价,可“等效看作”某个负离子的化合价。

在“化合价”这一部分,大家只需知道各种“根”的化合价各自是多少,等到后面学酸碱盐等离子化合物时,再详细学“根”这种特殊的原子集团。

总结了这么多,大家应发现这样一个规律:当金属元素和非金属元素化合时,金属元素显正价,非金属元素显负价。

这样一进行总结,大家便能够在一个清晰的思路中,记住以上表中的一些常用化合价。最初大家可能会觉得“记不过来”,但随着大家接触、复习的次数越来越多,最后一定会越来越熟。

而在上表中,C、N、P、Mn元素具有很多种化合价,那么,有没有什么技巧来判断某种元素或未知元素在化合物中的化合价是什么呢?

这里再补充一点:在化合物中,所有元素的正、负化合价的代数和为0。

实际上,这不仅仅是一条定理,也是用来判断某种“多价位元素”或“未知元素”化合价的一种很好的方法。例如,在五氧化二磷(P2O5)中,我们已知O的化合价为-2价,那么,5个O原子的化合价总量为-10,那么正价的总量一定为+10,因此P元素在该化合物中的化合价为+5价。

而在化合物PH3(磷化氢)中,根据H元素为+1价,那么一个分子中H元素所有正价的总和为+3价,因此可推断出,P元素在该化合物中的化合价为-3价。说到这里,大家可不应再不明白上表中P元素-3化合价从何而来。

而在化合物CH4(甲烷)中,用同样的方法,根据H元素的+1价,可推断出C元素为-4价。之所以上表中没有体现C元素的-4价,主要考虑到例如CH4这种有机烃类化合物在初中化学中用得比较少一些,而C元素的另外两种化合价则用得多一些。

值得注意的是,这个定理只能用于不显电性的“整体”,而不能用于显正负电性的“根”(例如氢氧根等原子集合)。

结语

希望以上内容能够为大家在“化合价”这一方面解开一些谜团并梳理一下思路,今后不再为之困扰。但这部分知识点的确非常多、非常杂,需要大家在理解的基础之上多看、多记忆、多总结,才能够逐渐掌握并熟练运用。况且,这一部分也属于中学化学学科中比较基础的一部分,学好了这部分内容,才能够为学好后面更多的内容打好坚实的基础。



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