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高中阶段化学会涉及到哪些不常见的化合价

说明:

1.不同于大学所说的“氧化数”,高中所学的“化合价”只是一个工具,是为了更快更好地分析氧化还原问题、电化学问题而设立的一个参数,具有半天然、半规定的性质。

2.因此,在高中,平均化合价法在分析问题时具有不可替代的优势,尽管有时不符合本质。


1.关于氢

正常来讲,如果氢与非金属元素结合,大多都是+1 价(当然例外也很多,就按这么规定,除非另有信息);但若出现在金属氢化物中,则是-1 价,如NaH、CaH2、LiAlH4。-1 价的氢往往具有较强的还原性。

特别的,电化学问题里出现的储氢材料中,氢往往被当作零价来处理(尽管写作MH 形式)。这一点甚至会有题目考察,要小心。

2.关于碳

碳从-4 到+4 都可以有,有机物中构造任何一种都能实现,不论是个别的化合价还是平均价。

3.关于氮

氮元素化合价互变本来就是高中重点内容,-3 、0、+1、+2、+3、+4、+5 这些老生常谈,不废话。

N2H4 联氨,也叫肼,-2 价,结构好画。顺着推还可以有N2H2,氮氮双键,氮-1 价。

NaN3 叠氮化钠,以及所有的叠氮根、叠氮基,三个氮总共-1 价,做题时可以平均为-1/3 价。注意区分叠氮化物与氮化物,NaN3 与 Na3N,看清 3 在哪里。

NCl3 三氯化氮,存在争议。这个涉及到 N 和 Cl 的电负性比较、非金属性比较、 NCl3 的水解产物等多个问题,+3/-1 和-3/+1 两种说法都有。做题时如无额外信息,可选择其中一种。

还有一些连“存在”都存在争议的物质:NH5 ,N2H6 ,N4H4 ,N5H5等。这些往往出自某些不负责任的出题人。按他们的意思,它们分别是 NH4H ,N2H5H ,NH4N3 ,N2H5N3。人为刀俎,如果遇到了就按题目意思来吧。这时候最好别用平均化合价法,因为题目这样出就是想对化合价有考察。

氰根、氰酸根/异氰酸根/雷酸根、硫氰根,这几个遇到了要超小心。比如,NaCN中碳+2 氮-3(为什么不是碳+4 氮-5?) ,NaCNO 中碳+4 氮-3 氧-2(我记得有道电化学题就拿这个说事,考死一大片)。

有机物里的硝基,亚硝基,氮分别是+3 价、+1 价(前提是连在碳上)。

4.关于氧

氧的电负性仅次于氟,所以除了 OF2 之外很难见到正价的氧。

臭氧是一种化合物”是一个梗,高中把臭氧当作零价就好。

过氧化物不必多说。顺带了解一下超氧化物,如KO2 超氧化钾,平均下来-1/2价。

5.关于磷

H3PO4 磷酸,H3PO3 亚磷酸,H3PO2 次磷酸,磷的化合价分别是+5、+3 、+1。注意亚磷酸和次磷酸分别是二元酸和一元酸,因为有1 个/2 个氢是直接连在磷原子上的,不能电离。

注意题目把磷与氮类比,考察磷的负价,如PH3、PH4、Cu3P 等要会识别出磷-3 价。(磷和氢的电负性大小存在争议,高中化合价常按-3、+1 处理,除非题中另有信息)

6.关于硅

硅酸盐材料中,硅之间通过氧桥交联,另有一些具有一定酸性的硅羟基。凡是连了 4 根 Si-O 键的硅都是+4 价。要注意含 Si-Si 键的物质,非极性键的存在会使得 Si 的化合价达不到+4。

注意硅的负价,常见于金属硅化物,如Mg2Si(我小硅也有今天!)。

尽管硅的电负性比氢弱,但在高中也可以把 SiH4 化合价按-4、+1 处理。这里建议向自己的化学老师取得意见、保持一致,并在做题时尊重题目信息。

碳化硅 SiC,规定为硅+4 碳-4。

注意可能出现的+2 价硅。

7.关于硫

除了高中常见的-2、 0 、+4 、+6 价,硫还有多种价态。通常用平均化合价法来做题。Na2S2O3 硫代硫酸根,S 平均为+2 价,你用+2 价做题不会错的。其结构可以了解,即硫酸根中的一个氧原子被替换成了硫;当然你也就知道了,这两个硫的化学环境其实不同。

Na2S2O6 连二硫酸根 ,S 为+5 价。可以了解连二硫酸的理想结构是 HO-SO2-SO2-OH,存在一根 S-S 键。

Na2S2O7 焦硫酸根,实际上就是两个硫酸之间脱水连成氧桥所成的 HO-SO2-O-SO2-OH。这个没啥好说,+6 价,跟硫酸一样。

Na2S2O8 过硫酸根,这个值得好好说道。其结构可以认作是两个硫酸根之间用两个氧形成过氧键,即 HO-SO2-O-O-SO2-OH。如此看来,硫应该是+6价,过氧键的两个氧各是-1 价,其他氧-2 价。但是,高中题目中在没有说明过硫酸根的结构时,也可以认为氧全部-2 价、硫+7 价,这样的话硫就超过了其最大可能正价,但分析氧还反应比较快。

Na2S4O6连四硫酸根,HO-SO2-S-S-SO2-OH,即两个硫代硫酸根通过硫原子相连,也即过硫酸根中的过氧替换为两个硫。连四硫酸根中的四个硫平均为+5/2 价。(分别来看又是多少?)

总之硫的含氧酸根,在氧化还原反应中,通常定氧为-2 ,再用平均化合价法解决。 另外还要提一下 Na2Sx 多硫化物,常见如 Na2S2、Na2S5 等,其中含有 Sx 长链二价阴离子。如此说来,理应是两头的 S 各-1 价,中间的 S 零价;但高中一般直接平均为-2/x价。当然,如果你觉得这样不好算,还有一种骚操作:把它当作 Na2S·(x-1)S,即一个硫-2价,其他都是零价(仅建议用此方法配平方程式)。还一定要说一下工业制硫酸中提到的黄铁矿/二硫化亚铁 FeS2 ,铁+2 硫-1,名字不要念错,且一定要与硫化亚铁 FeS 区分开。

8.关于卤素

卤族除氟外,常见于-1、 0、+1、 +5 、+7 价,但也有+4 价的 ClO2、+3价的 ClO2等少见氧化物/含氧酸根。

卤素互化物,按照电负性判断就行。如ICl,碘+1 氯-1;IBr3,碘+3 溴-1;BrF5 ,溴+5 氟-1。(经典问题:若 ICl 与水反应生成次碘酸和氯化氢,是否属于氧化还原反应?)

三碘阴离子 I3 ,平均为-1/3 价。

9.关于铁

老生常谈,Fe3O4,其实应该是 FeO.Fe2O3,实际上题目中还可能出现各种xFeO·yFe2O3。注意类似的 Fe3S4

注意分辨铁氰酸钾 K3[Fe(CN)6]和亚铁氰酸钾 K4[Fe(CN)6]中铁的化合价,以及各自用于检测的离子。有兴趣的话可以去了解普鲁士蓝和滕氏蓝是否属于同种物质的争议。

高铁酸根 K2FeO4,铁+6 价,氧化性较强。

小心比较奇怪的三价铁化合物,比如 KFeO2、FeOOH 等。

10.关于锰

比较为人熟知的是+7 价高锰酸根、 +6 价锰酸根、 +4 价二氧化锰、 +2 价碳酸锰等。

要注意锰还有+3 价,如电池题目中常出现的氢氧化氧锰 MnOOH,听这名字就知道它是由三价锰、氧离子、氢氧根组成的。有时题中也会写成 Mn2O3或Mn(OH)3 以降低理解门槛。

11.关于铬

这个做题都能遇到。+6 价铬氧化性较强,酸性环境中多为重铬酸根Cr2O72 ,碱性环境中多为铬酸根 CrO42。+3 价铬则是 Cr3+或 Cr(OH)3。其他形式或其他化合价也有,比较少见。

12.关于铜、银、金

高中常见铜+1/+2 价,银+1 价,金+3 价。实际上 IB 族在+1、 +2 、+3 价全都有分布,只是有多有少而已,如果遇到不要怕。比如去年浙江的无机推断就是NaCuO2,这里面铜就+3 价,很多人却不敢这样猜。

13.关于砷和铋

这两个个VA族的元素常见+3和+5价。砷如As2O3(砒霜)、As2S3(雌黄)、As2O5、H3AsO4。另外有 As4S4(雄黄),可以当作砷+2 硫-2。铋的话了解一下+5 价铋的氧化性较强,如 NaBiO3

14.其他一些金属元素

镍,常见+2 价离子;也有+3 价,如氢氧化氧镍 NiOOH(也是电化学题里常见)。铅,常见+2 和+4 价,如铅蓄电池里出现的硫酸铅 PbSO4二氧化铅 PbO2。汞,常见+2价,如HgO、HgCl2(升汞);尤其值得一提的是+1价的氯化亚汞Hg2Cl2(甘汞)。

钛 Ti 常见于+2、+3、+4 价,锡 Sn常见于+2、+4 价,铂 Pt 常见于+2、+4 价,题中都会给足信息,见到不用怕就是了。

(责任编辑:化学自习室)
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