化合价的确定方法

确定元素化合价方法例析

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