巧用化合價提高高中化學解題效率探析

羅來葉

(貴州省都勻第一中學 558000)

1 化合價的相關概述

化合價是化學學習中，最基礎的知識之一，也是學生學習化學知識必須具備的技能.化合價主要是指某種元素的一個原子和其他化學元素的原子在化合過程中表現出來的特征、性質.一般情況下化合價的價數與該元素原子在反應中達到穩定結構后得到或失去的電子數相等，如果該原子是得到電子，則記作“-”價，如果該原子失去電子，則記作“+”價.

化合價是化學鍵能力形成的體現，其體現了多個元素化合后的穩定性質，一般情況下單質元素化合價被記作“0”，也就是當元素通過游離的狀態存在時，沒有與其他元素化合，是無法體現出化合價性質的.教師在日常教學中需要指引學生充分理解化合價的內涵，并且要靈活的應用化合價知識來解決化學問題，掌握更加簡單的化學解題方式，實現對化學知識的靈活把控.

2 高中化學解題中化合價的作用

2.1 判斷化學式書寫正確性

化學式是通過化學元素符號、數字組合將物質結構表達出來的式子，每種物質都對應有化學式，如二氧化碳—CO2、氫氧化鈉—NaOH等.在判斷化學式書寫是否正確時，用到的方法有很多，但是通過化合價判斷，其過程更加簡單直觀.在化學式中化合價為“0”其本質在于正化合價數與負化合價數相同，書寫化學式需要將正價元素寫在前面，負價元素寫在后面，如CO2、SO2，這種規律可以讓學生在解決化學問題時尋找更加清晰的解題思路.借助化合價知識，能讓學生快速地在化學計算中建立等式，有助于減少學生的解題時間.

2.2 結合化學式逆向推理化合價

化學式、化合價之間具有互為求導的關系，高中生在解決化學問題時，如果對化合價知識缺乏良好的認知，那么在解題中很容易出現思維混亂，胡亂解題的情況.對此高中化學教師需要指導學生對化合價知識有充分的了解，要意識到元素化合價是由元素核外電子相互化合的數據所決定，同一種元素在不同質量、與不同元素化合的情況下，反應得到物質存在一定差異，如鐵元素在化學反應中會產生FeO、Fe2O3、Fe3O4等不同物質，其性質也存在一定的差異.如果高中生片面地借助化合價來掌握化學式知識，難免會遇到一定問題，甚至會出現很多地方不理解的情況.對此高中化學教師可以指導學生從化學式中深入了解每個元素的化合價，從而加深學生對化學知識的理解.

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

在這個問題中，對學生來說并沒有太大的難度，學生根據化學式中化合價總數是0，然后找出熟悉的化合價，就可以計算出來.氧元素為-2價，鉀元素為+1價，在高錳酸鉀中，錳元素的化合價是+7價；在錳酸鉀中，錳元素的化合價是+6價.

從本質上看，這屬于比較常見的化學解題思想，能延伸出很多種解題方法，如在化學式中學生遇到了自己不熟悉的元素，那么就需要先對化學式的組成形式進行觀察分析，結合化學式中化合價為0的規律，將未知元素的化合價計算出來.化學式和化合價本身具有一定的互通性，高中化學教師可以指導學生將這種內在關系看作是已知條件，特別是在復雜的化學式中，其更容易幫助學生了解未知元素.

例1 某種新型化學物質Y2Ba4Cu6O13是以CuO、BaCO3、YaOb為原料合成，其具有超導性、高溫性，如果在該物質合成過程中各化學元素的化合價沒有發生變化，求出釔元素的化合價及YaOb的化學式.

在這個問題中，學生由于對釔元素、鋇元素比較陌生，但是結合題目中的信息，則可將鋇元素化合價求出，然后在代入到Y2Ba4Cu6O13中，就可以將釔元素的化合價求出來.結合題目中的信息可以求出鋇元素的化合價是+2價，設釔元素化合價是x則，根據化學式Y2Ba4Cu6O13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的化學式是Y2O3.

3 化合價在高中化學解題中的應用路徑

3.1 化合價在化學式書寫中的應用

在寫化學式時，需要充分考慮到正負化合價總數相等，并且要將正價元素寫在化學式前，負價元素寫在化學式后.在化學式書寫中，通過化合價的應用可以在很大程度上縮短學生的解題時間.

例2 某金屬Y的最高化合價是+m，最高價氧化物所對應的水化物化學式中有b個氧原子，試寫出該金屬最高價氧化物水化物化學式？

在處理本題時，由于題目中并沒有給出具體的氫、氧原子的具體數據，而是用字母表示，學生在解題時會被題目信息弄得不知所措，難以形成正確的解題思路，通過化合價的巧妙應用，可以幫助學生順利的完成解題.

在題目中給出金屬最高價氧化物的水化物化學式中氧子數量是b，學生需要計算出含氧酸中氫原子的數量，通過化合價，可以得出m+n(H)=2b，這里氫原子的個數用n(H)表示，得出n(H)=2b-m，從而寫出該金屬最高價氧化物水化物化學式是H2b-mYOb.

在解題中學生根據化學式正價數、負價數相等的規律，對化學式中涉及到的元素價數進行整合分析，構建方程，將化學式中各個元素的原子個數計算出來，完成解題.

3.2 化合價在確定原子序數中的應用

高中化學教師在指導學生確定化學式中原子序數時，也可以借助化合價，一般主族元素最高化合價和主族序數及最外層電子數一樣，當化學元素原子序數為偶數時，化學元素的常見化合價也為偶數.教師指引學生可以利用這一規律處理相應的化學問題，以此提高解題效率.

例3A、B兩種短周期元素通過化學反應可以形成化合物AB4，已知A、B元素的原子序數分別是m、n，則m、n的關系是( ).

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

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

在此問題中，學生在解題過程中可以嘗試利用化合價知識.如果A為+4價，那么B就是-1價，如果A是-4價，那么B就是+1價，也就說A、B的化合價不會同為奇數或者偶數，兩者只能是一奇一偶，從而得出答案為選項中A、B、C.

3.3 化合價在計算化學產物的應用

在解決金屬與水、酸反應的相關問題時，教師可以指導學生利用規律“在反應中金屬單質物質的量乘以化合價等于兩倍的氫氣物質的量”完成解題，其可以引導學生更加高效率的進行解題.學生在解題過程中，要注意將反應物質化合價變成生成物化合價.

例4 硝酸與金屬A發生反應，假設生成的還原產物只有一種，并且還原的硝酸物質的量和參加反應的金屬A比例為1∶2，則還原產物為( ).

A.NO B.NO2C.N2D.N2O

學生在解決這一問題時，就可以用到化合價知識.一般情況下，常見金屬化合價為+1價、+2價、+3價，硝酸與金屬在反應過程中，得到的電子數等于失去的電子數，如果硝酸還原產物氮元素化合價是a，則氮元素得到的電子數為1×(5-a)，金屬失去電子數為2x(x為金屬化合價)，即2x=1×(5-a).金屬化合價分別是+1價、+2價、+3價時，a的值分別是3、1、-1，從而得出最終答案是N2O.D項正確.

3.4 化合價在氧化還原反應中的應用

在氧化還原反應中，組成物質的元素價態改變是很常見的現象，在實踐中為了引導學生能夠更好地解決氧化還原反應問題，教師就可以指引學生靈活的應用化合價知識.特別是在氧化還原反應方程式配平上，通過化合價的應用可以獲得良好的效果，能顯著提高學生的解題效率.

例5 已知

是制取氯氣反應的化學方程式，試將其配平.

在解決此問題時，學生必須用到化合價的知識，而由于部分學生對元素價態變化規律不太了解，在配平時會感覺比較困難.在本題中，有一部分氯原子變成了0價，還有一部分氯原子保持-1價，部分學生會感覺難度比較高.通過觀察錳原子，可以發現其價態從原來的+7價變為+2價，化合價降低5.氯原子有一部分價態不變，有一部分升高，對氯氣進行分析，氯離子變成氯氣時化合價從-1價升至0價，在氯氣中有2個氯離子，對此在氯氣上標升2，尋找標記的升2與降5兩個數的最小公倍數為10，得出在高錳酸鉀前面寫2，氯氣前面寫5，結合原子守恒原則進行配平，得出

5Cl2↑+8H2O+2MnCl2+2KCl

在解決這類問題時，教師需要指導學生先找出參與氧化還原反應的主要物質，然后找出發生價態變化的元素，確定單一變量及具體數目，找出變量的最小公倍數，這樣就可以順利地完成化學方程式配平.