🔬 初中科学八年级下第2章 微粒的模型与符号中考必考化学式化合价

表示物质的符号

水为什么是「氢二氧一」而不是「氢一氧一」?答案藏在一张化合价表里,会用它就能推出成千上万个化学式。

难度:★★★★

知识背景

💡知识背景 · 从一个真实的问题说起

1800 年前后,化学家们已经知道水由氢和氧组成,却在一个问题上争了二十多年:一个水分子里到底有几个氢原子、几个氧原子?有人主张氢一氧一,有人主张氢二氧一,谁也说不服谁。

僵局的打破靠的是定量实验。人们反复测定,发现无论水从哪里来——钱塘江水、雨水、还是氢气燃烧生成的水——其中氢与氧的质量比永远是 1:81 : 8。结合原子的相对质量,只有「两个氢配一个氧」才能解释这个固定比例。

于是有了 H2O\mathrm{H_2O} 这个写法。它不是随意约定的代号,而是实验测定的结果:每一个下角标都对应着一个可以称量出来的事实。

更妙的是,化学家后来发现原子之间的结合能力可以用一个数字来概括——化合价。掌握了它,你不必记住每一个化学式,而是可以出它们。这是本节最有力的工具。

知识讲解

化学式及其意义

🔑

元素符号数字的组合来表示物质组成的式子,叫做化学式

每种纯净物的组成是固定的,所以一种纯净物只有一个化学式;混合物没有化学式。

H2O\mathrm{H_2O} 为例,它有四层意义:

层面含义
宏观·物质表示这种物质
宏观·组成表示水由氢元素和氧元素组成
微观·分子表示一个水分子
微观·构成表示一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成

数字位置不同,含义完全不同:

  • 右下角的数字表示一个分子中该原子的个数H2O\mathrm{H_2O} 中的 22 表示一个水分子含 2 个氢原子。
  • 化学式前面的数字表示分子的个数3H2O3\mathrm{H_2O} 表示三个水分子(其中共有 6 个氢原子、3 个氧原子)。

化学式的书写规则

🔑
  • 单质:由原子直接构成的写元素符号本身(Fe\mathrm{Fe}Cu\mathrm{Cu}C\mathrm{C}He\mathrm{He});由双原子分子构成的气体要写下角标 22H2\mathrm{H_2}O2\mathrm{O_2}N2\mathrm{N_2}Cl2\mathrm{Cl_2})。
  • 化合物:一般把金属写在边,非金属写在边;氧化物中氧写在右边
  • 读法与写法顺序相反Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3} 写作「铁在前氧在后」,读作「三氧化二铁」,从右往左读。

化合价

🔑

化合价表示元素的原子在形成化合物时相互结合的数目关系,用带正负号的数字标在元素符号正上方

铁律:在化合物中,各元素化合价的代数和为零单质中元素的化合价为 00

必背的常见化合价:

化合价元素或原子团
+1+1K\mathrm{K}Na\mathrm{Na}Ag\mathrm{Ag}H\mathrm{H}NH4\mathrm{NH_4}(铵根)
+2+2Ca\mathrm{Ca}Mg\mathrm{Mg}Ba\mathrm{Ba}Zn\mathrm{Zn}Cu\mathrm{Cu}
+3+3Al\mathrm{Al}
1-1Cl\mathrm{Cl}OH\mathrm{OH}(氢氧根)、NO3\mathrm{NO_3}(硝酸根)
2-2O\mathrm{O}S\mathrm{S}CO3\mathrm{CO_3}(碳酸根)、SO4\mathrm{SO_4}(硫酸根)
变价铁:+2+2(亚铁)或 +3+3;铜:+1+1+2+2;碳:+2+2+4+4
⚖️化合价与离子电荷:像却不同
  • 写法不同:化合价写在元素符号正上方符号在前数字在后(如 +2+2);离子电荷写在右上角数字在前符号在后(如 Mg2+\mathrm{Mg^{2+}})。
  • 数值往往相同:镁的化合价 +2+2,镁离子带 2 个单位正电荷;但适用对象不同:化合价描述元素在化合物中的结合能力,离子电荷描述一个具体微粒的带电情况。

用化合价推写化学式

🔑

四步法(以铝和氧结合为例):

  1. 写符号:正价元素在左、负价在右 → Al O\mathrm{Al}\ \mathrm{O}
  2. 标价Al\mathrm{Al}+3+3O\mathrm{O}2-2
  3. 求最小公倍数3322 的最小公倍数是 66
  4. 定角标并约简Al\mathrm{Al} 的角标 =6÷3=2= 6 \div 3 = 2O\mathrm{O} 的角标 =6÷2=3= 6 \div 2 = 3Al2O3\mathrm{Al_2O_3}

这就是俗称的交叉法:把两个价数的绝对值互换到对方的右下角,能约简的要约简(角标为 11 时省略不写)。含原子团时要给整个原子团加括号再标角标,如 Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2}Al2(SO4)3\mathrm{Al_2(SO_4)_3}

实验与探究

由实验数据反推化学式

某实验小组测得:2.4 g2.4\ \text{g} 镁在氧气中完全燃烧,生成 4.0 g4.0\ \text{g} 白色固体。已知镁的相对原子质量为 2424、氧为 1616。请推断该氧化物的化学式,并用化合价加以验证。

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第一步:求参加反应的氧元素质量,依据质量守恒,生成物质量等于参加反应各物质质量之和m=4.02.4=1.6 gm_{\text{氧}} = 4.0 - 2.4 = 1.6\ \text{g}第二步:求两种元素的原子个数比,依据原子个数比等于各元素质量除以其相对原子质量之比。镁:2.4÷24=0.12.4 \div 24 = 0.1;氧:1.6÷16=0.11.6 \div 16 = 0.1第三步:化简比值:N:N=0.1:0.1=1:1N_{\text{镁}} : N_{\text{氧}} = 0.1 : 0.1 = 1 : 1第四步:写出化学式。原子个数比为 1:11 : 1,且金属写左边,故化学式为 MgO\mathrm{MgO}(角标 11 省略不写)。第五步:用化合价验证,依据化合物中各元素化合价的代数和为零:镁为 +2+2、氧为 2-2,代数和 (+2)+(2)=0(+2) + (-2) = 0,成立。用交叉法也得到角标各为 11,与实验结论一致。第六步:化学式为 MgO\mathrm{MgO},名称氧化镁。方法要点:由质量求化学式的通路始终是「质量 → 除以相对原子质量 → 原子个数比 → 化简取整 → 化学式」,中间任何一步跳过都容易算错。注意:镁条燃烧前要用砂纸打磨除去表面氧化膜,否则测得的镁质量偏大。

经典例题

化合价推写化学式与化学式的意义

①用化合价推写:氧化铝、氢氧化钙、硫酸铝、硝酸铵。②说出 2CO22\mathrm{CO_2} 中各数字的含义。③指出 Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3} 中铁的化合价。

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第一步:推氧化铝,依据交叉法与代数和为零Al\mathrm{Al}+3+3O\mathrm{O}2-2,最小公倍数 66,角标分别为 6÷3=26 \div 3 = 26÷2=36 \div 2 = 3,得 Al2O3\mathrm{Al_2O_3}第二步:推氢氧化钙。Ca\mathrm{Ca}+2+2OH\mathrm{OH}1-1,最小公倍数 22,角标分别为 1122;原子团角标不为 11 必须加括号,得 Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2}第三步:推硫酸铝。Al\mathrm{Al}+3+3SO4\mathrm{SO_4}2-2,最小公倍数 66,角标分别为 2233,得 Al2(SO4)3\mathrm{Al_2(SO_4)_3}第四步:推硝酸铵。NH4\mathrm{NH_4}+1+1NO3\mathrm{NO_3}1-1,最小公倍数 11,角标都是 11 故都省略,也不加括号,得 NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3}第五步:解释②,依据式前数字表示分子个数、右下角数字表示一个分子中的原子个数2CO22\mathrm{CO_2} 中前面的 22 表示两个二氧化碳分子;右下角的 22 表示一个二氧化碳分子中含两个氧原子;两个分子共含 22 个碳原子和 44 个氧原子。第六步:解答③,依据代数和为零。设铁的化合价为 xx,氧为 2-233 个:2x+3×(2)=02x + 3 \times (-2) = 0,即 2x=62x = 6x=+3x = +3:①Al2O3\mathrm{Al_2O_3}Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2}Al2(SO4)3\mathrm{Al_2(SO_4)_3}NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3};②如上;③铁为 +3+3 价。

难点与易错点

⚠️难点 · 易错点
  1. 原子团角标忘加括号:氢氧化钙必须写 Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2},写成 CaOH2\mathrm{CaOH_2} 就变成了另一种(不存在的)组成。
  2. 角标为 1 时仍写出来NaCl\mathrm{NaCl} 不写成 Na1Cl1\mathrm{Na_1Cl_1}NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3} 中的原子团角标为 11 时也不加括号。
  3. 交叉后忘记约简:碳和氧按 +4+42-2 交叉得 C2O4\mathrm{C_2O_4},必须约简为 CO2\mathrm{CO_2}
  4. 化合价与离子电荷写法混用:化合价 +2+2 写在正上方(符号在前),离子写 Mg2+\mathrm{Mg^{2+}}右上角(数字在前)。
  5. 认为单质也有化合价:单质中元素化合价为 00O2\mathrm{O_2} 中氧不是 2-2 价。
  6. 给混合物写化学式:空气、自来水、龙井茶汤都是混合物,没有化学式。
  7. 弄错式前数字与角标的含义3H2O3\mathrm{H_2O}33分子个数22 是一个分子中的氢原子个数
  8. 化学式读法写反Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3} 读作三氧化二铁(从右往左读),但书写时铁在前。
  9. 忘记铁、铜是变价元素FeO\mathrm{FeO} 中铁为 +2+2Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3} 中铁为 +3+3,写化学式前必须先确认题目指哪一种。

生活中的应用

🌏生活中的应用
  • 杭州自来水的消毒剂:常用氯气 Cl2\mathrm{Cl_2} 或次氯酸钠,水质报告上的余氯指标就来自它们。
  • 建筑工地的石灰浆:主要成分是氢氧化钙 Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2},刷在墙上与空气中的二氧化碳 CO2\mathrm{CO_2} 反应生成坚硬的碳酸钙 CaCO3\mathrm{CaCO_3}
  • 龙井茶园的氮肥:尿素与硝酸铵 NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3} 都靠其中的氮元素促进茶树长叶。
  • 亚运场馆的铝合金与钢结构:铝表面会自然生成致密的氧化铝 Al2O3\mathrm{Al_2O_3} 薄膜起保护作用,而铁生成的 Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3} 疏松不防锈,所以钢结构必须刷漆。

生活应用题 1 · 龙井茶园选氮肥

某茶园可选两种氮肥:硫酸铵和硝酸铵。①用化合价推写这两种物质的化学式;②说明各由几种元素组成,属于哪类物质;③硫酸铵化学式中的括号和角标分别表示什么?

分步解:

  1. 推硫酸铵的化学式,依据代数和为零与交叉法:铵根 NH4\mathrm{NH_4}+1+1、硫酸根 SO4\mathrm{SO_4}2-2,最小公倍数为 22,故 NH4\mathrm{NH_4} 的角标为 2÷1=22 \div 1 = 2SO4\mathrm{SO_4} 的角标为 2÷2=12 \div 2 = 1,得 (NH4)2SO4\mathrm{(NH_4)_2SO_4}
  2. 推硝酸铵的化学式NH4\mathrm{NH_4}+1+1NO3\mathrm{NO_3}1-1,最小公倍数为 11,两个角标都是 11 全部省略,得 NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3}
  3. 数元素种类并分类,依据由不同种元素组成的纯净物是化合物(NH4)2SO4\mathrm{(NH_4)_2SO_4} 含氮、氢、硫、氧共四种元素;NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3} 含氮、氢、氧共三种元素。两者都是化合物;因元素种类多于两种,都不是氧化物。
  4. 解释括号与角标:括号把铵根这个整体括起来,外面的角标 22 表示一个硫酸铵单元中含两个铵根;若不加括号写成 NH42SO4\mathrm{NH_42SO_4},那个 22 就会被误读为氢原子的个数,组成完全变了。
  5. 补充一条施肥提示:两者都靠氮元素起作用,但硝酸铵含氮比例更高且易溶,见效快;同时它易吸湿结块,必须密封干燥保存。:①(NH4)2SO4\mathrm{(NH_4)_2SO_4}NH4NO3\mathrm{NH_4NO_3};②分别含四种和三种元素,都是化合物、都不是氧化物;③括号表示铵根是一个整体,角标 22 表示含两个铵根。

生活应用题 2 · 西湖景区石灰浆刷墙的化学式

工人把石灰浆(主要成分氢氧化钙)刷在围墙上,一段时间后墙面变硬。①推写氢氧化钙的化学式;②墙面变硬是因为生成了碳酸钙,请推写它的化学式;③指出这两种物质各由几种元素组成,哪一种含钙的比例可能更高(只作定性判断)。

分步解:

  1. 推氢氧化钙,依据交叉法与代数和为零Ca\mathrm{Ca}+2+2OH\mathrm{OH}1-1,交叉后 Ca\mathrm{Ca} 角标 11OH\mathrm{OH} 角标 22;原子团角标不为 11 须加括号,得 Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2}
  2. 推碳酸钙Ca\mathrm{Ca}+2+2、碳酸根 CO3\mathrm{CO_3}2-2,最小公倍数 22,两个角标都为 11 全部省略,也不加括号,得 CaCO3\mathrm{CaCO_3}
  3. 数元素种类,依据不同的元素符号代表不同元素Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2} 含钙、氧、氢三种元素;CaCO3\mathrm{CaCO_3} 含钙、碳、氧三种元素。两者都是化合物,都不是氧化物。
  4. 定性比较含钙比例,依据同样含一个钙原子时,其余部分越轻则钙占比越高Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2} 中除钙外是 22 个氧和 22 个氢,CaCO3\mathrm{CaCO_3} 中除钙外是 11 个碳和 33 个氧,后者其余部分明显更重,所以氢氧化钙中钙的质量分数更高(准确数值要用下一节的方法计算)。:①Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2};②CaCO3\mathrm{CaCO_3};③各含三种元素,氢氧化钙中钙的比例更高。

考点

🎯考点提示
  • 书写题·必考:用化合价交叉法推写化学式,原子团加括号
  • 计算题·高频:由化学式求某元素的化合价(代数和为零)
  • 简答题·高频:化学式的四层意义;式前数字与右下角数字的区别
  • 辨析题·高频:化合价与离子电荷的写法差异
  • 实验推断·高频:由各元素质量反推原子个数比与化学式
  • 概念题:单质中元素化合价为 00;混合物没有化学式
  • 读写规范:Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3} 读作三氧化二铁,读写顺序相反
  • 易错点:铁、铜等变价元素的化合价确认

中考真题

真题2023 · 浙江杭州中考(改编)

下列说法正确的是( )A. O2\mathrm{O_2} 中氧元素的化合价为 2-2 B. 硫酸铝的化学式为 AlSO4\mathrm{AlSO_4} C. 3H2O3\mathrm{H_2O} 表示三个水分子 D. 空气的化学式是 N2O2\mathrm{N_2O_2}

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逐项分析:A 错,O2\mathrm{O_2}单质,其中元素的化合价为 00;B 错,Al\mathrm{Al}+3+3SO4\mathrm{SO_4}2-2,交叉后应为 Al2(SO4)3\mathrm{Al_2(SO_4)_3};C 对,化学式前面的数字表示分子个数;D 错,空气是混合物,没有化学式。答案:C。

真题2022 · 浙江中考(改编)

高锰酸钾的化学式为 KMnO4\mathrm{KMnO_4}。①它由几种元素组成,属于哪类物质?②求锰元素的化合价。③写出 2KMnO42\mathrm{KMnO_4} 所表示的含义。

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第一步:数元素种类,依据化学式中不同的元素符号代表不同元素:含 K\mathrm{K}(钾)、Mn\mathrm{Mn}(锰)、O\mathrm{O}(氧)共三种元素,故为化合物;虽然含氧,但元素种类为三种,不属于氧化物。第二步:求锰的化合价,依据化合物中各元素化合价的代数和为零。已知 K\mathrm{K}+1+1O\mathrm{O}2-2 且有 44 个,设锰为 xx,列式 (+1)+x+4×(2)=0(+1) + x + 4 \times (-2) = 0第三步:解方程:1+x8=01 + x - 8 = 0,得 x=+7x = +7。所以锰在高锰酸钾中显 +7+7第四步:解释 2KMnO42\mathrm{KMnO_4},依据式前数字表示分子(或基本单元)个数:它表示两个高锰酸钾单元,其中共含 22 个钾原子、22 个锰原子和 88 个氧原子。第五步:①三种元素,是化合物但不是氧化物;②锰为 +7+7 价;③表示两个高锰酸钾单元,共含钾、锰各 22 个原子与氧 88 个原子。答题提醒:求化合价必须写出代数和为零的等式再解,直接报答案不给过程分。

视频讲解

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