化合价是怎样确定的?

题目

化合价是怎样确定的?
比方说H,它为什么是+1价

答案

确定元素化合价方法例析
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中学化学中确定元素的化合价,一般是从常见元素的化合价入手考虑的.例如,确定K2MnO4中Mn元素的化合价,是从K元素为+1价,O元素为-2价入手,然后根据化合物中元素化合价的代数和为零,确定出Mn元素的化合价为+6价.笔者认为,除了熟练常握上述确定元素化合价的方法以外,还应学会从以下几方面来确定元素的化合价.
一．根据物质的结构确定元素的化合价
例1．用稀硫酸酸化的双氧水溶液中,加入乙醚后液体分层,再加入少量重铬酸钾溶液并振荡,在乙醚层中出现深蓝色,这是因为生成的CrO5溶于乙醚所致.CrO5的结构如右图.上述反应的离子方程式为：Cr2O72- +4H2O2+2H+=2CrO5+5H2O.下列叙述中不正确的是（ ）
A．Cr2O72- 被氧化成CrO5 B．H2O2被还原成H2O
C．该反应不属于氧化还原反应 D．此反应可用于检验Cr2O72-
分析：解本题的关键是确定Cr元素和O元素的化合价.本题容易错误地把CrO5中O元素的化合价确定为-2价,从而得出Cr元素为+10价,该反应为氧化还原反应,答案选为C.其实,Cr元素与O元素形成共价键时,Cr元素吸引电子对的能力弱于O元素,从CrO5的结构不难看出,Cr与O共形成了6个价键,且有2个过氧键.因此在CrO5中Cr元素的化合价为+6价,其中1个O为-2价,4个O为-1价,反应前后元素的化合价并没有改变.故答案应为A、B.
又如异氰酸(HNCO),其结构是H－N＝C＝O,由于N元素吸引电子对的能力强于C元素,由结构可看出其中N元素为-3价,C元素为+4价.
例2．固体A的化学式为NH5,它的所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外电子层结构.指出NH5中元素的化合价,并写出其电子式.
分析：N原子、H原子的最外层都符合稀有气体原子的最外层电子结构,可推知N原子应为八电子结构,H原子应为二电子结构,即在NH5中N原子与4个H原子应形成3个共价键,1个配位键,成为铵根离子,另一个H原子应成为阴离子.故在NH5中,N元素为-3价,其中4个H为+1价,另一个H为-1价；NH5的电子式为(如图).
二．根据元素在周期表中的位置确定元素的化合价
例3．S2O8n- 离子在一定条件下可把Mn2+ 离子氧化成MnO4-离子,若反应后S2O8n- 离子变为SO42- 离子；又已知反应中氧化剂与还原剂的离子数之比为5∶2.则S2O8n-中n的值和S元素的化合价是（ ）
A．2 ；+7 B．2 ；+6 C．4 ；+7 D．4 ；+6
分析：本题易错设S元素的化合价在反应中降低X价,然后根据氧化还原反应中得、失电子总数相等列式,即5×2X=2×5,解得X=1,从而得出S2O8n-离子中S元素的化合价是+7价,由S2O8n-离子中O元素为-2价,求得n=2,得出答案为A.其实,S元素位于元素周期表中的第ⅥA族,由于主族元素的最高正价数等于其族数,所以S元素的最高正价应为+6价,则S元素在反应前后的化合价没有变化,由此可推知作为氧化剂的S2O8n- 离子中必存在着-1价的氧,在反应中-1价的氧元素化合价降低到-2价.设S2O8n-离子中-1价的氧为Y个,根据氧化还原反应中得、失电子总数相等列式,即5×Y=2×5,求得Y=2.因此S2O8n- 离子中-1价的氧为2个,-2价的氧为6个,可求得n=2.正确答案应为B.
又如过硝酸钠（NaNO4）中,N元素位于元素周期表中的第ⅤA族,其最高正价为+5价,由此可推知NaNO4中,有2个氧为-2价,2个氧为-1价.
三．根据元素的非金属性确定元素的化合价
例4．长期以来一直认为氟的含氧酸不可能存在,但是,自1971年斯图杰尔和阿佩里曼（美国）成功地合成次氟酸后,这种观点被强烈地动摇了.他们在0℃以下将氟从细冰末的上面通过,得到毫克量的次氟酸.请写出次氟酸的结构式,并指出各元素的化合价.
分析：氟与氯是同主族元素,与次氯酸的结构进行类比,不难写出次氟酸的结构式为H—O—F；在次氯酸（HClO）中,Cl元素为+1价,但在次氟酸中氟元素的化合价不能与次氯酸中的氯元素进行类比,因为F元素吸引电子对的能力比O元素强,在次氟酸中F元素呈-1价,H元素为+1价,则O元素呈零价.
又如甲醛（HCHO）中碳元素的化合价也为零价.由此可见,元素在化合物中的化合价也可能是零价.
例5．本世纪初期,化学家合成出了NaBH4.在强碱性条件下NaBH4可使许多金属离子还原成金属原子,故被称为万能还原剂.NaBH4极易溶于水并与水反应产生H2,同时硼以BO2- 形式存在.试写出NaBH4与水反应的离子方程式.
分析：解本题的关键是确定NaBH4中B元素和H元素的化合价.B是第ⅢA族元素,当B元素与H元素形成共价键时,H元素吸引电子对的能力强于B元素.因此,在NaBH4中B元素的化合价为+3价,H元素的化合价为-1价,则B元素在反应前后的化合价并没有变化,NaBH4与水反应的实质是NaBH4中-1价的H元素与水中+1价的H元素之间的氧化还原反应,其离子方程式为：BH4-+2H2O= BO2-+4H2↑.
可见,B元素与其它非金属元素化合时呈+3价；H元素与金属元素及B元素化合时呈-1价,H元素与除B以外的非金属元素形成共价键时呈+1价.
四．根据物质的性质确定元素的化合价
例6．金属铁分别与单质Cl2、Br2反应可以制得氯化铁、溴化铁,当把铁粉与碘粉混在一起研磨时,则生成相当于Fe3I8的产物,在此产物中铁元素的化合价是 .根据铁元素的化合价把产物Fe3I8写成碘化物形式应为 .
分析：根据已学知识可知铁元素有+2、+3价,如果仅仅依据金属铁分别与单质Cl2、Br2反应可以制得氯化铁、溴化铁的信息进行类推,得出Fe3I8中铁元素为+2、+3价,产物Fe3I8写成碘化物形式为2FeI3•FeI2,则是错误的.原因是Fe3+离子有较强的氧化性,能氧化I-离子,亦即Fe3+、I-不能共存.其实,卤族元素的原子随着原子序数的增大,半径增大,元素的非金属性减弱,单质碘与变价金属反应时只能将变价金属氧化为低价态.故在产物Fe3I8中,铁元素只呈+2价,碘元素的化合价是-1价和零价,Fe3I8写成碘化物形式应为3FeI2•I2.
五．根据化学反应确定元素的化合价
例7．目前,世界各国不少科学家致力于高效、安全、无毒的饮用水消毒剂的研究.一氯氨（NH2Cl）在中性或酸性条件下是一种强消毒杀菌剂,常用于城市自来水消毒,其原理是一氯氨溶于水发生复分解反应产生杀菌物.写出此反应的化学方程式,并指出一氯氨中N元素和Cl元素的化合价.
分析：解本题的关键是对题干信息的摄取,即一氯氨溶于水发生复分解反应产生杀菌物,根据已学的知识不难推出杀菌物应为HClO,反应的化学方程式为：NH2Cl+H2O=NH3+HClO.由于此反应是复分解反应,反应前后元素的化合价没有变化,则一氯氨中N元素为-3价,Cl元素为+1价.
又如NCl3中N元素为-3价.可见N元素与Cl元素形成共价键时,N元素呈负价.
例8．G、Q、X、Y、Z均为含氯元素的物质.我们不了解它们的化学式,但知道它们在一定条件下具有如下的转变关系（未配平）： ①G→Q+NaCl
②Q+H2O X+H2 ③Y+NaOH→G+Q+H2O ④Z+NaOH→Q+X+H2O
这五种化合物中氯的化合价由低到高的顺序为（ ）
A．QGZYX B．GYQZX C．GYZQX D．ZXGYQ
分析：根据氧化还原反应中元素化合价升降总数相等这一规律,对于反应①中,G→NaCl,Cl元素的化合价降低,则G→Q,其中Cl元素的化合价必然升高,亦即Q中氯的化合价高于G中氯的化合价；同理,由②可判断X中氯的化合价高于Q中氯的化合价；由③并结合Q中氯的化合价高于G中氯的化合价,可判断Q中氯的化合价高于Y中氯的化合价高于G中氯的化合价；由④并结合X中氯的化合价高于Q中氯的化合价,可判断氯的化合价是X中氯的化合价高于Z中氯的化合价高于Q中氯的化合价.综合之,答案为B.
六．根据离子反应前后电荷守恒确定元素的化合价
例9．在一定条件下,RO3n-和氟气可发生反应：RO3n-+F2+2OH- =RO4-+
2F-+H2O.则在RO3n-中,元素R的化合价是（ ）
A．+4 B．+5 C．+6 D．+7
分析：本题若能求出RO3n-中的n值,其R的化合价就不难确定.从题给出的离子方程式不难发现,反应后微粒所带的总负电荷为3个单位,那么反应前微粒所带的总负电荷也应为3个单位,所以n=1.在RO3n-中O元素为-2价,则R的化合价应为+5价.答案是B.
七．根据氧化还原反应电子得失总数相等确定元素的化合价
例10．某单质能与足量浓硝酸反应放出NO2气体,若参加反应的单质和硝酸的物质的量之比为1∶a,则该元素在反应中所显示的化合价可能是（ ）
A．+2a B．+a C．+a/2 D．+a/4
分析：与浓硝酸反应的单质可能是金属或非金属.设组成该单质的元素在反应中所显示的化合价为+X价.当单质为金属时,反应产物中必有硝酸盐生成, 1mol单质能还原HNO3的物质的量为a-Xmol,且浓硝酸的还原产物是NO2,根据氧化还原反应中电子得失总数相等的规律,则有X= a-X,即X= a/2；当单质为非金属时,1mol单质能把a mol HNO3全部还原成NO2气体,则有X= a.故答案为B、C.
例11．用0.2mol/L Na2SO3溶液32mL还原含2×10－3mol X2O72-的溶液,过量的Na2SO3用0.1mol/L酸性KMnO4溶液氧化（KMnO4被还原成Mn2+）,共消耗酸性KMnO4溶液1.6mL,则元素X在产物中的化合价为（ ）
A．+1 B．+2 C．+3 D．+4
分析：氧化还原反应中氧化剂得到电子的总数应等于还原剂失去电子的总数.设X2O72-离子在反应过程中,X元素的化合价降低a价,则有：
2×10－3mol×2a+0.1mol/L×1.6×10－3L×5=0.2mol/L×32×10－3L×2
解得a=3,在X2O72-中X的化合价为+6价,所以元素X在产物中的化合价为+3价.故答案为C.
八．根据化合物的式量确定元素的化合价
例12．某金属元素的磷酸正盐的式量为m,相同价态的该元素的硝酸盐的式量为n.则该元素化合价的数值如果用m、n的代数式表示,可能有（ ）
A．一种 B．二种 C．三种 D．四种
分析：设金属元素为M,其相对原子质量为MR,在盐中的化合价为+X价.当X=1,2,4,5等时,则磷酸正盐的化学式可表示为M3(PO4)X,当X=3,6等时,则磷酸正盐的化学式可表示为M(PO4)X/3；硝酸盐的化学式可表示为M(NO3)X,则有：3MR+95X=m或MR +95X/3=m；MR +62X=n,故X=(3n-m)/91或X=3(n-m)/91,答案为B.