化合价与简单化合物命名 | 自在学

化合价与简单化合物命名

上一节学习了化学式的含义与书写，知道了 $\text{H}_2\text{O}$ 中氢和氧的原子个数比是 2:1，而不是 1:1。为什么水里氢原子一定是2个，而不是3个或者4个？这背后有一条规律在控制着原子之间的组合方式，这条规律就叫做化合价。理解了化合价，书写任何化合物的化学式都会有据可依，不再需要死记硬背。

化合价是什么

食盐 $\text{NaCl}$ 中，1个钠原子和1个氯原子结合；而氧化铁 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 中，铁原子和氧原子的个数比却是 2:3。同样是两种元素结合，为什么比例各不相同？

这是因为不同元素的原子在形成化合物时，“连接”其他原子的能力各不相同。化学中用化合价来描述这种能力的大小。化合价是元素在形成化合物时，原子之间相互化合的数目关系，是一种固定的数值属性。

化合价有正有负，正价和负价的绝对值代表该原子能与几个氢原子（或等价原子）结合。

化合价是原子的一种固有属性，不同元素的化合价数值不同，同一种元素在不同化合物中有时也会表现出不同的化合价，这种现象称为“变价”。

常见元素的化合价

学习化合价，首先需要记住一批常见元素的化合价数值。这些数值是通过大量实验总结出来的，在书写化学式时会直接用到。

化合价的正负符号写在数字的前面，不能写在后面。例如应写作 $+2$ ，而不是 $2+$ 。这与离子所带电荷的写法（如 $\text{Ca}^{2+}$ ）正好相反，学习时要特别注意区分。

记忆化合价有一个常用的口诀，方便快速记忆：

氢加一，氧负二，钾钠银氯加减一；钙镁铜锌均加二，铝加三；碳有加二和加四，铁有加二和加三。

化合价的规律：化合价代数和为零

所有化合物中，各元素化合价都遵循一条核心规律：化合物中各元素化合价的代数和等于零。

这条规律是书写和检验化学式正确性的根本依据。

以 $\text{NaCl}$ （氯化钠）为例验证：

(+1) \times 1 + (-1) \times 1 = +1 - 1 = 0 \quad \checkmark

以 $\text{H}_2\text{O}$ （水）为例验证：

(+1) \times 2 + (-2) \times 1 = +2 - 2 = 0 \quad \checkmark

以 $\text{Al}_2\text{O}_3$ （氧化铝）为例验证：

(+3) \times 2 + (-2) \times 3 = +6 - 6 = 0 \quad \checkmark

例题

已知铁在 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 中的化合价为 $+3$ ，氧的化合价为 $-2$ ，验证代数和是否为零。

(+3) \times 2 + (-2) \times 3 = +6 + (-6) = 0 \quad \checkmark

代数和为零，说明 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 的化学式书写正确。

“化合价代数和为零”这条规则是检验化学式是否正确的万能工具。遇到任何化学式，都可以用这个方法快速判断它的书写是否符合规律。

用化合价推导化学式

掌握了化合价数值和“代数和为零”的规律后，就可以反过来利用化合价推导出化合物的化学式，而不需要死背。

推导方法：交叉相乘法

两种元素形成化合物时，将两者化合价的绝对值交叉作为对方的下标数字，再进行最简化约分。

以 $\text{Al}$ （ $+3$ ）和 $\text{O}$ （ $-2$ ）为例：

\text{Al}^{+3} \quad \text{O}^{-2}

将铝的化合价绝对值3作为氧的下标，将氧的化合价绝对值2作为铝的下标：

\text{Al}_2\text{O}_3

验证： $(+3)\times2 + (-2)\times3 = 0$ ✓

例题1：推导氯化镁的化学式

镁（Mg）的化合价为 $+2$ ，氯（Cl）的化合价为 $-1$ 。

\text{Mg}^{+2} \quad \text{Cl}^{-1}

交叉：Mg的下标取1，Cl的下标取2，得到 $\text{MgCl}_2$

验证： $(+2)\times1 + (-1)\times2 = 0$ ✓

例题2：推导氧化钙的化学式

钙（Ca）的化合价为 $+2$ ，氧（O）的化合价为 $-2$ 。

\text{Ca}^{+2} \quad \text{O}^{-2}

交叉得到 $\text{Ca}_2\text{O}_2$ ，但下标可以约分（最大公因数为2），化简为 $\text{CaO}$

验证： $(+2)\times1 + (-2)\times1 = 0$ ✓

用交叉法得到下标后，如果两个下标有公因数，需要约分到最简整数比。例如 $\text{Ca}_2\text{O}_2$ 约分后写作 $\text{CaO}$ ，否则化学式不符合规范。

例题3：推导氧化铁的化学式（铁化合价为 $+3$ ）

铁（Fe）的化合价为 $+3$ ，氧（O）的化合价为 $-2$ 。

\text{Fe}^{+3} \quad \text{O}^{-2}

交叉：Fe下标取2，O下标取3，得到 $\text{Fe}_2\text{O}_3$

验证： $(+3)\times2 + (-2)\times3 = +6-6 = 0$ ✓

下面汇总了几种常见化合物的推导过程：

化合物中元素化合价的推算

知道化学式，也可以反向推算出某个元素的化合价，这是“代数和为零”规律的另一种应用。

推算方法：已知其他元素的化合价，设未知元素化合价为 $x$ ，列方程求解。

例题1：求 $\text{Fe}_3\text{O}_4$ 中铁的化合价

$\text{Fe}_3\text{O}_4$ 是磁铁矿的主要成分，氧的化合价为 $-2$ ，设铁的化合价为 $x$ 。

x \times 3 + (-2) \times 4 = 0

3x - 8 = 0 \implies x = +\frac{8}{3}

这个结果表明， $\text{Fe}_3\text{O}_4$ 中铁的平均化合价为 $+\frac{8}{3}$ ，这是因为该化合物中同时含有 $+ 2$ 价和价的铁，是一种特殊的“混合价态”化合物。

例题2：求 $\text{H}_2\text{SO}_4$ （硫酸）中硫的化合价

已知 H 化合价为 $+1$ ，O 化合价为 $-2$ ，设 S 的化合价为 $x$ 。

(+1) \times 2 + x \times 1 + (-2) \times 4 = 0

2 + x - 8 = 0 \implies x = +6

所以硫酸中，硫的化合价为 $+6$ 。

例题3：求 $\text{KMnO}_4$ （高锰酸钾）中锰的化合价

已知 K 化合价为 $+1$ ，O 化合价为 $-2$ ，设 Mn 的化合价为 $x$ 。

(+1) \times 1 + x \times 1 + (-2) \times 4 = 0

1 + x - 8 = 0 \implies x = +7

高锰酸钾中，锰的化合价为 $+7$ 。

推算化合价时，只要记住氢的化合价为 $+1$ ，氧的化合价为 $-2$ （这两个是最稳定的，几乎不变），就能把大多数未知元素的化合价推算出来。

简单化合物的命名

化学式是物质的“名片”，而物质名称则是我们在日常交流中使用的称呼。掌握命名规则，就能做到看到名称写出化学式、看到化学式说出名称，两者之间自由转换。

两种元素组成的化合物（二元化合物）的命名规则

由两种元素组成的化合物，命名时按照“后者念前者”的顺序，并在中间加上表示原子个数的汉字（一般省略“一”）。具体格式：

\text{“某化某”或“几氧化几某”}

通常命名格式为：氧化物命名为“某化某”或“某氧化某”，非氧化物中把非金属写在前，金属写在后。

实际上，中文化合物命名遵循以下规则：

规则一：氧化物（含氧的两元素化合物）

读作：“某化某”，其中“某”按照“后读前”的顺序。

规则二：非氧化物的二元化合物

读作“某化某”，非金属元素名在前，金属元素名在后（或者阳性元素在后）。

当一种金属有两种常见化合价时（如铁的 $+2$ 价和 $+3$ 价），命名时用“亚”字区分低价态： $+2$ 价的铁叫“亚铁”， $+3$ 价的铁直接叫“铁”。例如 $\text{FeCl}_2$ 叫氯化亚铁，叫氯化铁。铜也类似：叫氯化亚铜，叫氯化铜。

例题：根据名称写出化学式

（1）氧化铝

铝（Al）化合价为 $+3$ ，氧（O）化合价为 $-2$ ，交叉得 $\text{Al}_2\text{O}_3$

（2）硫化钠

钠（Na）化合价为 $+1$ ，硫（S）化合价为 $-2$ ，交叉得 $\text{Na}_2\text{S}$

（3）氯化钙

钙（Ca）化合价为 $+2$ ，氯（Cl）化合价为 $-1$ ，交叉得 $\text{CaCl}_2$

（4）氯化亚铁

亚铁中铁化合价为 $+2$ ，氯（Cl）化合价为 $-1$ ，交叉得 $\text{FeCl}_2$

化合物名称	化合价分析	化学式
氧化铝	Al: $+3$ ，O: $-2$	$\text{Al}_2\text{O}_3$
硫化钠	Na: $+1$ ，S:

化合价的化学式书写流程总结

将以上知识整合，书写任何一种简单化合物的化学式，可以按照以下流程操作：

\text{确定元素种类} \rightarrow \text{查阅化合价} \rightarrow \text{交叉下标} \rightarrow \text{约分化简} \rightarrow \text{验证代数和为零}

综合例题

写出磁铁矿主要成分的化学式，已知其由铁和氧组成，铁的化合价同时存在 $+2$ 和 $+3$ ，氧的化合价为 $-2$ 。

磁铁矿中铁的两种化合价各1个 $+2$ 价的铁和2个 $+3$ 价的铁，整合后等效平均：

(+2) \times 1 + (+3) \times 2 + (-2) \times x = 0

2 + 6 - 2x = 0 \implies x = 4

所以分子式为 $\text{Fe}_3\text{O}_4$ ，这就是四氧化三铁（磁铁矿的主要成分）。

化合价是连接化合物名称与化学式的桥梁。背熟常见元素的化合价，再配合“代数和为零”和“交叉下标”两个工具，就能轻松完成名称与化学式之间的互相转换。

练习题

选择题

第1题　【化合价的判断】

下列说法中，正确的是：

A. 化合价是元素在单质中表现出来的性质，单质中元素的化合价不为零

B. 在 $\text{H}_2\text{O}$ 中，氢的化合价为 $+1$ ，氧的化合价为 $-2$ ，代数和为 $+1+(-2)=-1$

C. 所有化合物中，各元素化合价的代数和等于零

D. 化合价的数值可以是任意整数

第2题　【化合价推算】

在 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ （硫酸钠）中，已知钠（Na）化合价为 $+1$ ，氧（O）化合价为 $-2$ ，则硫（S）的化合价为：

A. $+2$ 　　B. $+4$ 　　C. $+6$ 　　D. $-2$

第3题　【根据化合价写化学式】

已知铝（Al）化合价为 $+3$ ，氯（Cl）化合价为 $-1$ ，氯化铝的化学式为：

A. $\text{AlCl}$ 　　B. $\text{AlCl}_2$ 　　C. $\text{AlCl}_3$ 　　D. $\text{Al}_2\text{Cl}_3$

第4题　【化合物命名】

$\text{FeCl}_2$ 和 $\text{FeCl}_3$ 的名称分别是：

A. 氯化铁和氯化亚铁

B. 氯化亚铁和氯化铁

C. 二氯化铁和三氯化铁

D. 氯化铁（II）和氯化铁（III）

计算题

第5题　【化合价综合推算】

硫酸铜（ $\text{CuSO}_4$ ）是农业上常用的波尔多液的主要成分，已知各元素相对原子质量：Cu为64，S为32，O为16。已知氧的化合价为 $-2$ ，硫的化合价为 $+6$ 。

（1）设铜（Cu）的化合价为 $x$ ，根据“化合价代数和为零”列方程，求铜的化合价。

（2）计算 $\text{CuSO}_4$ 的相对分子质量。

（3）在 $\text{CuSO}_4$ 中，铜元素、硫元素、氧元素的质量比是多少？

第6题　【交叉法推导化学式与相对分子质量】

铝和氧可以形成一种常见的白色固体——氧化铝，它是制造陶瓷和铝合金的重要原料。已知铝（Al）化合价为 $+3$ ，氧（O）化合价为 $-2$ ，各元素相对原子质量：Al为27，O为16。

（1）用交叉法推导氧化铝的化学式，并用“化合价代数和为零”验证。

（2）计算氧化铝的相对分子质量。

（3）在 $3\text{Al}_2\text{O}_3$ 中，铝原子和氧原子各有多少个？

+2

x

-

8

=

0

⟹

x

=

+

6

2 + x - 8 = 0 \implies x = +6

+

3

-

3

=

0

(+3)\times1+(-1)\times3=+3-3=0

-

8

=

0

⟹

x

=

+

2

x + 6 - 8 = 0 \implies x = +2