摘要:在高中化學(xué)中,化合價幾乎貫穿整個學(xué)習(xí)過程,特別在氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)中,化合價占據(jù)著重要的地位,準(zhǔn)確標(biāo)出相應(yīng)元素的化合價,是學(xué)習(xí)相關(guān)知識必備的能力。
關(guān)鍵詞:化合價;共價鍵;共用電子對
在高中化學(xué)中,化合價的應(yīng)用非常廣泛,比如在氧化還原反應(yīng)中,化學(xué)方程式的配平,氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的判斷、電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目等,都必須用到元素的化合價。另外,電化學(xué)中,電極反應(yīng)式的書寫、電路中轉(zhuǎn)移電子的情況、電極質(zhì)量變化等的計算依據(jù)都是化合價,化合價是學(xué)習(xí)相關(guān)知識的基礎(chǔ)。涉及化合價的題型在高考中經(jīng)常出現(xiàn),比如2016年全國Ⅱ卷中直接考查NaClO2中Cl的化合價,2013年全國Ⅰ卷中也考查了LiCoO2中Co的化合價。針對以上問題,我們可以從以下幾個方面處理化合價問題:
一、 記住常規(guī)元素的化合價,變價元素根據(jù)正負化合價代數(shù)和為零計算
初中化學(xué)中我們已經(jīng)學(xué)過大部分元素的化合價,比如堿金屬元素在化合物中的化合價為+1價,氧元素在化合物中的常見化合價為-2價,根據(jù)物質(zhì)中正負化合價代數(shù)和為零即可算出NaClO2中Cl的化合價為+3價,LiCoO2中Co的化合價也是+3價。
二、 根據(jù)元素的非金屬性確定物質(zhì)中的化合價
在元素周期表中,同一周期,隨著原子序數(shù)增大,元素非金屬性逐漸增強,同一主族,隨著原子序數(shù)遞增,元素的非金屬性逐漸減弱,在兩種非金屬元素形成共價鍵時,共用電子對偏向非金屬性強的元素,所以非金屬性強的元素顯負價,非金屬性弱的元素顯正化合價,比如反應(yīng)BrCl+H2O
HBrO+HCl,如果對化合價規(guī)律不熟悉,容易得出HBrO是氧化產(chǎn)物,而HCl是還原產(chǎn)物的結(jié)論,實際上在BrCl中Br非金屬性比Cl弱,Cl為-1價,Br為+1價,所以該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng),不存在氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物。
在某些離子中,也存在類似的情況,如CN-中,因為N元素的非金屬性更強,所以N為-3價,C為+2價,在反應(yīng)2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O中,N2和CO2都是氧化產(chǎn)物。還有一個非常典型的例子,一般情況下,O元素的價態(tài)為-2價,在過氧化物中也會出現(xiàn)-1價,但在O和F形成的化合物中,F(xiàn)顯-1價,O的價態(tài)為+2價,如反應(yīng)H2S+4O2F2→SF6+2HF+4O2中,O2是還原產(chǎn)物。
三、 根據(jù)共價化合物中價鍵情況確定化合價
在共價化合物中,元素化合價往往跟元素參與成鍵的數(shù)目有關(guān),即與共用電子對數(shù)有關(guān)。比如CO2中,C參與形成四對共用電子,且共用電子對偏向O而偏離C,所以C顯+4價,每個氧原子參與兩個共價鍵,所以O(shè)顯-2價。
類似的例子還有很多,比如NH3中N顯-3價,H顯+1價。根據(jù)上面的方法,能夠確定大多數(shù)共價化合物中元素的化合價,但是,如果僅僅根據(jù)成鍵數(shù)目,部分化合物中元素價態(tài)并不符合此規(guī)律,比如在H2O2中,O仍然參與兩個共價鍵,但O的化合價為-1價,N2H4中N參與三個共價鍵,但N顯-2價,類似的例子還有很多,最典型的就是有機物中碳元素的價態(tài),有的是整數(shù),如CH4中C顯-4價,HCOOH中C顯+2價,有的算出來是分?jǐn)?shù),如C3H8中,C的價態(tài)為-83價,甚至在部分有機物中,C元素的價態(tài)出現(xiàn)了0價,如C6H6O6,C2H4O2中,C均為0價,為什么出現(xiàn)以上情況呢?
我們仔細分析可以發(fā)現(xiàn),上述物質(zhì)有一個共同特點,都是既含極性鍵,又含非極性鍵,非極性鍵中共用電子對不發(fā)生偏移,所以不會導(dǎo)致原子帶電,也就可以理解為非極性鍵與元素化合價無關(guān),化合價只與偏移的共用電子對數(shù)有關(guān),比如N2H4中,每個氮原子參與3個價鍵,但只有N—H鍵中共用電子對發(fā)生偏移,所以N就是-2價而非-3價。同樣的方式可以看出CH3CH2CH3中中間的C顯-2價,兩端的C顯-3價,-83價為其平均價態(tài)。
四、 一些特殊的化合價
在中學(xué)化學(xué)中,除了上述提到的這些情況外,還存在一些較為特殊的情況,比如Fe3O4,部分資料解釋為鐵Fe顯+83價,實際上應(yīng)該將Fe3O4,改為FeO·Fe2O3,所以Fe3O4,中一個Fe顯+2價,另外兩個Fe顯+3價,類似的Pb3O4,也可以改為2PbO·PbO2。Li2Ti5O15中有7個氧原子顯-2價,其余8個顯-1價,即存在四個過氧鍵。
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作者簡介:許建松,云南省曲靖市,曲靖市第一中學(xué)。