化学式的含义与书写

拿起一瓶矿泉水，你可能会看到配料中的“水”；拿起一包食盐，包装上会写“氯化钠”。在化学课里，科学家还要给它们一张更精确的“身份证”：$\mathrm{H_2O}$、$\mathrm{NaCl}$。字母不是英文缩写，右下角的小数字也不是装饰；它们把看不见的组成压缩成了全世界通用的化学语言。

先想一个实验现象：给水通直流电，两个试管里都会有气泡，收集到的氢气体积约为氧气的两倍。实验告诉我们，水不是“只有水元素”的一种东西，而是由氢、氧两种元素组成，并且其中氢、氧原子的个数关系为 $2:1$。于是才有了 $\mathrm{H_2O}$。化学式不是猜出来的字母组合，而是用元素符号和数字记录物质组成的式子。

一串式子，能读出哪些信息

把 $\mathrm{CO_2}$ 看成一张三层信息卡。第一层，它表示二氧化碳这种物质；第二层，它说明二氧化碳由碳元素和氧元素组成；第三层才进入微观世界：一个二氧化碳分子中有 $1$ 个碳原子和 $2$ 个氧原子。

为什么要特意说“一个分子”？因为数字写在化学式右下角，描述的是一个分子内部的原子个数。$\mathrm{CO_2}$ 中 C 后面没有数字，不是“没有碳”，而是省略了 $1$。把它想成购物清单：一份二氧化碳“套餐”里有 $1$ 个碳原子、$2$ 个氧原子。

现在用下方解码器逐项核对：你读出的信息属于宏观还是微观？

这里有一个很容易漏掉的边界：并不是每一种物质都由分子构成。铁的化学式是 $\mathrm{Fe}$。它表示铁这种物质、铁由铁元素组成；在微观意义上，$\mathrm{Fe}$ 还可表示一个铁原子，却不能说“一个铁分子”。所以，先判断题目中的物质是否由分子构成，再决定能不能使用“一个分子”的说法。

试着自己说一说。硫酸铜 $\mathrm{CuSO_4}$ 中有几种元素？答案不是把右下角的 4 算进去，而是看不同的元素符号：Cu、S、O，共三种元素。下标 4 只说明一个化学式单位中氧原子的数目。

系数和下标：位置一换，信息就换

看到 $2\mathrm{H_2O}$，不少同学会把前面的 2 和右下角的 2 当成同一种数字。先问自己：这个数字是写在整个化学式前面，还是紧跟在某个元素符号右下角？位置不同，职责完全不同。

• $\mathrm{H_2O}$ 中 H 右下角的 2，表示每个水分子含 2 个氢原子。
• $2\mathrm{H_2O}$ 中最前面的 2，表示有 2 个水分子。因此一共有 4 个氢原子和 2 个氧原子。

请注意一个关键后果：$\mathrm{H_2O}$ 表示水这种物质；而在它前面加上系数，$2\mathrm{H_2O}$ 只是在计数“2 个水分子”，不再表示宏观上的水这种物质。就像“水”是物质名称，“两滴水”是在说数量，二者不能混成一句话。

例题：$3\mathrm{NH_3}$ 中一共有多少个氮原子和氢原子？

书写化学式：先有事实，再落笔

化学式不是“看到元素符号就拼一拼”。正确顺序像填写快递单：先确认寄的是什么，再按规则填写；一开始把字母大小写写错，后面的数字再漂亮也无效。

以水为例。实验和已知组成告诉我们水由氢、氧两种元素组成，一个水分子中氢、氧原子数比为 $2:1$。写出 H、O 后，把相应的下标写成 $\mathrm{H_2O}$，其中 1 不写。对于氯化钠、氧化镁这类常见物质，化学式应依据已知组成和化合价规则确定；具体怎样利用化合价确定下标，会在下一章专门处理。

可用下方检查台按顺序自查：元素符号、书写顺序和下标是否都正确。

落笔后做三次自问，能挡住大多数失分：

1. 元素符号写对了吗？钴是 Co，钙是 Ca，氯是 Cl；大写、小写的组合不能随意改。
2. 下标位置对吗？水应写 $\mathrm{H_2O}$，不是 $\mathrm{H_2O_1}$，更不是 $\mathrm{OH_2}$。
3. 这个式子真对应题目中的物质吗？$\mathrm{O_2}$ 是氧气，$\mathrm{O}$ 表示氧元素或一个氧原子；不能用后者替代前者。

相对分子质量：给原子“称重”后再相加

原子太小，不能直接放到天平上称。相对原子质量以一种约定的原子质量为参照，用来比较原子的轻重。查表得到 H 约为 1、C 为 12、O 为 16 后，就能按化学式中各原子的相对原子质量乘以相应原子个数，再相加，得到相对分子质量；初中题目中 $\mathrm{CaCO_3}$ 等物质也按这一规则进行化学式计算。

这和点餐总价很像：每种原子有“单价”（相对原子质量），下标是“份数”，把每种原子的“单价 × 份数”相加，就是相对分子质量。相对分子质量是相对值，通常不写单位。

例题：二氧化碳 $\mathrm{CO_2}$ 的相对分子质量是多少？

同一张“点餐单”还能回答另一个中考常见问题：元素的质量比。$\mathrm{CO_2}$ 中碳、氧元素的质量比不是原子个数比 $1:2$，而是

为什么不是 $1:2$？因为一个氧原子比一个碳原子重，不能只数原子个数。看到“质量比”四个字，就立刻把相对原子质量乘进去。

可在下方交互中代入不同化学式，练习把“相对原子质量 × 原子个数”的每一步写完整。

从标签到计算：一次完整的阅读

某补钙产品的主要成分是碳酸钙，化学式为 $\mathrm{CaCO_3}$。已知 Ca、C、O 的相对原子质量分别为 40、12、16。

先别急着列式，先问自己：式子里有哪些元素、每种元素有几个原子？答案是 Ca 1 个、C 1 个、O 3 个。于是：

再问：钙、碳、氧的质量比呢？

注意，$\mathrm{CaCO_3}$ 中氧原子数最多，并不意味着氧元素的质量“必然最大”；必须完成“相对原子质量 × 原子个数”的计算再比较。本题中氧的质量份额为 48，的确最大，但这是算出来的结论，不是凭下标猜的。

课末练习

计算练习：氨气的化学式为 $\mathrm{NH_3}$，已知 N 的相对原子质量为 14，H 为 1。请计算氨气的相对分子质量，并写出氮、氢元素的质量比。