巧用化合價(jià)提高高中化學(xué)解題效率探析

羅來(lái)葉

(貴州省都勻第一中學(xué) 558000)

1 化合價(jià)的相關(guān)概述

化合價(jià)是化學(xué)學(xué)習(xí)中，最基礎(chǔ)的知識(shí)之一，也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)必須具備的技能.化合價(jià)主要是指某種元素的一個(gè)原子和其他化學(xué)元素的原子在化合過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特征、性質(zhì).一般情況下化合價(jià)的價(jià)數(shù)與該元素原子在反應(yīng)中達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后得到或失去的電子數(shù)相等，如果該原子是得到電子，則記作“-”價(jià)，如果該原子失去電子，則記作“+”價(jià).

化合價(jià)是化學(xué)鍵能力形成的體現(xiàn)，其體現(xiàn)了多個(gè)元素化合后的穩(wěn)定性質(zhì)，一般情況下單質(zhì)元素化合價(jià)被記作“0”，也就是當(dāng)元素通過(guò)游離的狀態(tài)存在時(shí)，沒(méi)有與其他元素化合，是無(wú)法體現(xiàn)出化合價(jià)性質(zhì)的.教師在日常教學(xué)中需要指引學(xué)生充分理解化合價(jià)的內(nèi)涵，并且要靈活的應(yīng)用化合價(jià)知識(shí)來(lái)解決化學(xué)問(wèn)題，掌握更加簡(jiǎn)單的化學(xué)解題方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)知識(shí)的靈活把控.

2 高中化學(xué)解題中化合價(jià)的作用

2.1 判斷化學(xué)式書寫正確性

化學(xué)式是通過(guò)化學(xué)元素符號(hào)、數(shù)字組合將物質(zhì)結(jié)構(gòu)表達(dá)出來(lái)的式子，每種物質(zhì)都對(duì)應(yīng)有化學(xué)式，如二氧化碳—CO2、氫氧化鈉—NaOH等.在判斷化學(xué)式書寫是否正確時(shí)，用到的方法有很多，但是通過(guò)化合價(jià)判斷，其過(guò)程更加簡(jiǎn)單直觀.在化學(xué)式中化合價(jià)為“0”其本質(zhì)在于正化合價(jià)數(shù)與負(fù)化合價(jià)數(shù)相同，書寫化學(xué)式需要將正價(jià)元素寫在前面，負(fù)價(jià)元素寫在后面，如CO2、SO2，這種規(guī)律可以讓學(xué)生在解決化學(xué)問(wèn)題時(shí)尋找更加清晰的解題思路.借助化合價(jià)知識(shí)，能讓學(xué)生快速地在化學(xué)計(jì)算中建立等式，有助于減少學(xué)生的解題時(shí)間.

2.2 結(jié)合化學(xué)式逆向推理化合價(jià)

化學(xué)式、化合價(jià)之間具有互為求導(dǎo)的關(guān)系，高中生在解決化學(xué)問(wèn)題時(shí)，如果對(duì)化合價(jià)知識(shí)缺乏良好的認(rèn)知，那么在解題中很容易出現(xiàn)思維混亂，胡亂解題的情況.對(duì)此高中化學(xué)教師需要指導(dǎo)學(xué)生對(duì)化合價(jià)知識(shí)有充分的了解，要意識(shí)到元素化合價(jià)是由元素核外電子相互化合的數(shù)據(jù)所決定，同一種元素在不同質(zhì)量、與不同元素化合的情況下，反應(yīng)得到物質(zhì)存在一定差異，如鐵元素在化學(xué)反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生FeO、Fe2O3、Fe3O4等不同物質(zhì)，其性質(zhì)也存在一定的差異.如果高中生片面地借助化合價(jià)來(lái)掌握化學(xué)式知識(shí)，難免會(huì)遇到一定問(wèn)題，甚至?xí)霈F(xiàn)很多地方不理解的情況.對(duì)此高中化學(xué)教師可以指導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)式中深入了解每個(gè)元素的化合價(jià)，從而加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解.

例如：高錳酸鉀的化學(xué)式是KMnO4，是一種強(qiáng)氧化劑，呈黑紫色；錳酸鉀的化學(xué)式是K2MnO4，是一種灰黑色、墨綠色的物質(zhì).為了清楚高錳酸鉀與錳酸鉀形成時(shí)的化學(xué)反應(yīng)狀況，需要選指出錳元素的化合價(jià).

在這個(gè)問(wèn)題中，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)并沒(méi)有太大的難度，學(xué)生根據(jù)化學(xué)式中化合價(jià)總數(shù)是0，然后找出熟悉的化合價(jià)，就可以計(jì)算出來(lái).氧元素為-2價(jià)，鉀元素為+1價(jià)，在高錳酸鉀中，錳元素的化合價(jià)是+7價(jià)；在錳酸鉀中，錳元素的化合價(jià)是+6價(jià).

從本質(zhì)上看，這屬于比較常見(jiàn)的化學(xué)解題思想，能延伸出很多種解題方法，如在化學(xué)式中學(xué)生遇到了自己不熟悉的元素，那么就需要先對(duì)化學(xué)式的組成形式進(jìn)行觀察分析，結(jié)合化學(xué)式中化合價(jià)為0的規(guī)律，將未知元素的化合價(jià)計(jì)算出來(lái).化學(xué)式和化合價(jià)本身具有一定的互通性，高中化學(xué)教師可以指導(dǎo)學(xué)生將這種內(nèi)在關(guān)系看作是已知條件，特別是在復(fù)雜的化學(xué)式中，其更容易幫助學(xué)生了解未知元素.

例1 某種新型化學(xué)物質(zhì)Y2Ba4Cu6O13是以CuO、BaCO3、YaOb為原料合成，其具有超導(dǎo)性、高溫性，如果在該物質(zhì)合成過(guò)程中各化學(xué)元素的化合價(jià)沒(méi)有發(fā)生變化，求出釔元素的化合價(jià)及YaOb的化學(xué)式.

在這個(gè)問(wèn)題中，學(xué)生由于對(duì)釔元素、鋇元素比較陌生，但是結(jié)合題目中的信息，則可將鋇元素化合價(jià)求出，然后在代入到Y(jié)2Ba4Cu6O13中，就可以將釔元素的化合價(jià)求出來(lái).結(jié)合題目中的信息可以求出鋇元素的化合價(jià)是+2價(jià)，設(shè)釔元素化合價(jià)是x則，根據(jù)化學(xué)式Y(jié)2Ba4Cu6O13可以得出x×2+2×4+2×6+(-2)×13=0，從而得出x=+3，則3a=2b，因此YaOb的化學(xué)式是Y2O3.

3 化合價(jià)在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用路徑

3.1 化合價(jià)在化學(xué)式書寫中的應(yīng)用

在寫化學(xué)式時(shí)，需要充分考慮到正負(fù)化合價(jià)總數(shù)相等，并且要將正價(jià)元素寫在化學(xué)式前，負(fù)價(jià)元素寫在化學(xué)式后.在化學(xué)式書寫中，通過(guò)化合價(jià)的應(yīng)用可以在很大程度上縮短學(xué)生的解題時(shí)間.

例2 某金屬Y的最高化合價(jià)是+m，最高價(jià)氧化物所對(duì)應(yīng)的水化物化學(xué)式中有b個(gè)氧原子，試寫出該金屬最高價(jià)氧化物水化物化學(xué)式？

在處理本題時(shí)，由于題目中并沒(méi)有給出具體的氫、氧原子的具體數(shù)據(jù)，而是用字母表示，學(xué)生在解題時(shí)會(huì)被題目信息弄得不知所措，難以形成正確的解題思路，通過(guò)化合價(jià)的巧妙應(yīng)用，可以幫助學(xué)生順利的完成解題.

在題目中給出金屬最高價(jià)氧化物的水化物化學(xué)式中氧子數(shù)量是b，學(xué)生需要計(jì)算出含氧酸中氫原子的數(shù)量，通過(guò)化合價(jià)，可以得出m+n(H)=2b，這里氫原子的個(gè)數(shù)用n(H)表示，得出n(H)=2b-m，從而寫出該金屬最高價(jià)氧化物水化物化學(xué)式是H2b-mYOb.

在解題中學(xué)生根據(jù)化學(xué)式正價(jià)數(shù)、負(fù)價(jià)數(shù)相等的規(guī)律，對(duì)化學(xué)式中涉及到的元素價(jià)數(shù)進(jìn)行整合分析，構(gòu)建方程，將化學(xué)式中各個(gè)元素的原子個(gè)數(shù)計(jì)算出來(lái)，完成解題.

3.2 化合價(jià)在確定原子序數(shù)中的應(yīng)用

高中化學(xué)教師在指導(dǎo)學(xué)生確定化學(xué)式中原子序數(shù)時(shí)，也可以借助化合價(jià)，一般主族元素最高化合價(jià)和主族序數(shù)及最外層電子數(shù)一樣，當(dāng)化學(xué)元素原子序數(shù)為偶數(shù)時(shí)，化學(xué)元素的常見(jiàn)化合價(jià)也為偶數(shù).教師指引學(xué)生可以利用這一規(guī)律處理相應(yīng)的化學(xué)問(wèn)題，以此提高解題效率.

例3A、B兩種短周期元素通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以形成化合物AB4，已知A、B元素的原子序數(shù)分別是m、n，則m、n的關(guān)系是( ).

A.n+5=mB.m-13=n

C.n-11=mD.m+8=n

在此問(wèn)題中，學(xué)生在解題過(guò)程中可以嘗試?yán)没蟽r(jià)知識(shí).如果A為+4價(jià)，那么B就是-1價(jià)，如果A是-4價(jià)，那么B就是+1價(jià)，也就說(shuō)A、B的化合價(jià)不會(huì)同為奇數(shù)或者偶數(shù)，兩者只能是一奇一偶，從而得出答案為選項(xiàng)中A、B、C.

3.3 化合價(jià)在計(jì)算化學(xué)產(chǎn)物的應(yīng)用

在解決金屬與水、酸反應(yīng)的相關(guān)問(wèn)題時(shí)，教師可以指導(dǎo)學(xué)生利用規(guī)律“在反應(yīng)中金屬單質(zhì)物質(zhì)的量乘以化合價(jià)等于兩倍的氫氣物質(zhì)的量”完成解題，其可以引導(dǎo)學(xué)生更加高效率的進(jìn)行解題.學(xué)生在解題過(guò)程中，要注意將反應(yīng)物質(zhì)化合價(jià)變成生成物化合價(jià).

例4 硝酸與金屬A發(fā)生反應(yīng)，假設(shè)生成的還原產(chǎn)物只有一種，并且還原的硝酸物質(zhì)的量和參加反應(yīng)的金屬A比例為1∶2，則還原產(chǎn)物為( ).

A.NO B.NO2C.N2D.N2O

學(xué)生在解決這一問(wèn)題時(shí)，就可以用到化合價(jià)知識(shí).一般情況下，常見(jiàn)金屬化合價(jià)為+1價(jià)、+2價(jià)、+3價(jià)，硝酸與金屬在反應(yīng)過(guò)程中，得到的電子數(shù)等于失去的電子數(shù)，如果硝酸還原產(chǎn)物氮元素化合價(jià)是a，則氮元素得到的電子數(shù)為1×(5-a)，金屬失去電子數(shù)為2x(x為金屬化合價(jià))，即2x=1×(5-a).金屬化合價(jià)分別是+1價(jià)、+2價(jià)、+3價(jià)時(shí)，a的值分別是3、1、-1，從而得出最終答案是N2O.D項(xiàng)正確.

3.4 化合價(jià)在氧化還原反應(yīng)中的應(yīng)用

在氧化還原反應(yīng)中，組成物質(zhì)的元素價(jià)態(tài)改變是很常見(jiàn)的現(xiàn)象，在實(shí)踐中為了引導(dǎo)學(xué)生能夠更好地解決氧化還原反應(yīng)問(wèn)題，教師就可以指引學(xué)生靈活的應(yīng)用化合價(jià)知識(shí).特別是在氧化還原反應(yīng)方程式配平上，通過(guò)化合價(jià)的應(yīng)用可以獲得良好的效果，能顯著提高學(xué)生的解題效率.

例5 已知

是制取氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式，試將其配平.

在解決此問(wèn)題時(shí)，學(xué)生必須用到化合價(jià)的知識(shí)，而由于部分學(xué)生對(duì)元素價(jià)態(tài)變化規(guī)律不太了解，在配平時(shí)會(huì)感覺(jué)比較困難.在本題中，有一部分氯原子變成了0價(jià)，還有一部分氯原子保持-1價(jià)，部分學(xué)生會(huì)感覺(jué)難度比較高.通過(guò)觀察錳原子，可以發(fā)現(xiàn)其價(jià)態(tài)從原來(lái)的+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，化合價(jià)降低5.氯原子有一部分價(jià)態(tài)不變，有一部分升高，對(duì)氯氣進(jìn)行分析，氯離子變成氯氣時(shí)化合價(jià)從-1價(jià)升至0價(jià)，在氯氣中有2個(gè)氯離子，對(duì)此在氯氣上標(biāo)升2，尋找標(biāo)記的升2與降5兩個(gè)數(shù)的最小公倍數(shù)為10，得出在高錳酸鉀前面寫2，氯氣前面寫5，結(jié)合原子守恒原則進(jìn)行配平，得出

5Cl2↑+8H2O+2MnCl2+2KCl

在解決這類問(wèn)題時(shí)，教師需要指導(dǎo)學(xué)生先找出參與氧化還原反應(yīng)的主要物質(zhì)，然后找出發(fā)生價(jià)態(tài)變化的元素，確定單一變量及具體數(shù)目，找出變量的最小公倍數(shù)，這樣就可以順利地完成化學(xué)方程式配平.