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3.4　物质构成的表示式
1．了解物质的化学式及其所表示的意义。
2．能正确读写单质和化合物的化学式。
3．了解化合价的含义，认识化合价的规律和原则，记住常见元素及原子团的化合价，并能根据化合价书写化学式，根据化学式求化合价。
4．根据化学式所表示的含义，利用化学式进行有关计算。
1．怎样用式子表示物质的构成
元素和原子用元素符号表示，由元素组成的物质和由原子构成的分子用什么表示呢？
我们用元素符吾民和数字给合的式子，即化学式来表示物质的元素组成和分子的构成，如水和水分子都有H2O表示，氧气和氧分子都有O2表示，氢气和氛分子都用H2表示。
(1)定义：用元素符号和数字的组合来表示物质组成的式子叫做化学式。
其中，元素符号右下角的数字，用来表明这种物质的组成元素的原子数目。
(2)化学式表示的含义
H2O表示什么意义？2H2O表示什么意义？H2O与2H2O中小数字“2”表示的意义相同吗？
水的化学式表示的意义
水的化学式中元素符号周围数字的意义
(1)化学式表示的意义：
①表示一种物质；
②表示物质的元素组成；
③表示物质的一个分子；
④表示物质一个分子的构成。
(2)化学式前化学计量数表示的意义：表示物质分子(原子)的数目。如：2Fe，表示2个铁原子。
(3)化学式中元素符号右下角化学计量数表示的意义：表示物质的1个分子中含有该原子的数目。
【例1】O2表示氧气，还可以表示：①氧元素；②一个氧分子；③两个氧元素；④氧气由氧元素组成；⑤每一个氧分子由两个氧原子构成；⑥两个氧原子。正确的是(　　)。
A．①②③　　　B．②④⑤
C．②④⑥
D．①④⑥
解析：化学式的意义有四点：
①表示一种物质，如O2表示氧气；②表示物质的一个分子，如O2表示一个氧分子；③表示物质的组成元素，如O2由氧元素组成；④表示物质一个分子中各元素原子个数，如O2表示一个氧分子由两个氧原子构成；
此外，还要区分元素和原子的概念，如元素只论种类，不论个数，③是错误的；⑥两个氧原子应表示为2O。
答案：B
2．单质化学式的写法和读法
单质是由同种元素组成的纯净物。因此，单质化学式的书写不存在排列符号顺序的问题。
(1)单质化学式的书写
单质
构成
化学式
举例
金属
由原子构成
元素符号
铜Cu；铁Fe；汞Hg
稀有气体
氦气He；氖气Ne；氩气Ar
部分固态非金属
碳C；硫S；磷P；硅Si
气态非金属
由分子构成
氧气O2；氢气H2；氮气N2；氯气Cl2；臭氧O3
①任何物质都有化学式吗？
小顾问：纯净物有固定的组成，才能用化学式表示其组成；混合物没有固定的组成，故不能用化学式来表示。
②同种物质可以有不同的化学式吗？
小顾问：每种纯净物都有它固定的组成，所以，一种物质只有一个化学式，但是一种化学式可能表示不止一种物质。如P，既表示红磷，又表示白磷。
③化学式可以任意书写吗？
小顾问：化学式的书写首先要通过实验确定物质的组成，然后再按国际通用规则书写。不能瞎编乱造物质的化学式，更不能随意写出实际上并不存在的物质的化学式。
化学式中元素符号及其右下角的数字都不能改动，否则就意味着改变了物质的组成，就不是这种物质了。
(2)单质化学式的读法
①固体或液体单质，一般直接读元素符号的名称“某”；有时为了区别于元素名称也可读作“单质某”或“某单质”。如铁的化学式Fe可读作“铁”、“单质铁”或“铁单质”。
②气体单质一般读作“某气”，如He氦气；H2氢气。
【例2】下列单质的化学式书写错误的是(　　)。
A．氧气O2
B．氢气H2
C．氮气N2
D．氖气Ne2
解析：氧气、氢气和氮气都是气态非金属单质，且都是由双原子分子构成，故A、B、C选项都是正确的；而氖气是稀有气体单质，是由单原子直接构成的，因此氖气的化学式应是Ne，D选项错误。
答案：D
3．元素的化合价
(1)元素化合价的含义
化合价是元素特有的性质，是元素形成化合物时表现出来的。化合物有固定的组成，也就是形成化合物的元素有固定的原子个数比，化学上就用化合价来表示原子之间相互化合的数目。化合价有正价和负价。
①只有元素形成化合物时才表现化合价这种性质；②元素的化合价主要取决于原子的最外层电子数；③单质中，元素的化合价为零。
(2)元素化合价的表示方法
你知道吗？在形成化合物时，有些原子会构成固定的原子集团，这些集团常作为一个整体构成物质或参加反应，好像一个原子一样，我们把这样的原子集团叫做原子团。常见的原子团有：OH(氢氧根)、CO3(碳酸根)、NO3(硝酸根)、SO4(硫酸根)、NH4(铵根)等。
元素和原子团都有化合价。正、负化合价的表示方法如下：
化合价的正、负和数目要标在元素和原子团符号的正上方，且价的性质(即正、负)标在前，价的数目标在后；价数为“1”时，不能省略。如、、、、、。
(3)常见元素及原子团的化合价
元素或原子团的名称
元素或原子团的符号
常见的化合价
氢
H
＋1
钠
Na
＋1
钾
K
＋1
银
Ag
＋1
镁
Mg
＋2
钙
Ca
＋2
钡
Ba
＋2
铁
Fe
＋2　＋3
锌
Zn
＋2
铜
Cu
＋1　＋2
铝
Al
＋3
锰
Mn
＋2　＋4　＋6　＋7
氯
Cl
－1　＋1　＋5　＋7
氧
O
－2
硫
S
－2　＋4　＋6
氮
N
－3　＋2　＋4　＋5
磷
P
－3　＋3　＋5
碳
C
＋2　＋4
氢氧根
OH－
－1
铵根
NH
＋1
硝酸根
NO
－1
硫酸根
SO
－2
碳酸根
CO
－2
①在化合物中，氢元素通常显＋1价；氧元素通常显－2价；金属元素通常显正价；非金属元素通常显负价。
②一些元素具有可变化合价。如铁、氮、硫、氯、磷、碳等。
③在化合物里各元素正负化合价的代数和为0。
④元素的化合价是元素原子在形成化合物时表现出来的一种性质。因此，在单质中的元素的化合价为0。
⑤化合价记忆口诀：
一价氢氯钾钠银；二价氧钡钙镁锌；
三铝四硅五氮磷；二三铁，二四碳；
二四六硫都齐全；铜汞二价最常见；
单质为零要记全。
负一氢氧硝酸根；负二碳酸硫酸根；
正一价的是铵根。
【例3】化合价是元素形成化合物时表现出来的某种性质。下列关于化合价的认识正确的是(　　)。
A．一种元素只有一种化合价
B．化合物中非金属元素一定显负价
C．元素的化合价是元素在形成化合物时表现出来的一种性质。因此，在单质中的元素没有化合价
D．原子团也有化合价，它的化合价等于该原子团中各元素正、负化合价的代数和
解析：
A
×
有些元素有多种可变价。
B
×
非金属元素与氧结合时，经常显正价。
C
×
在单质中，元素的化合价规定为0。
D
√
原子团的化合价由其构成原子决定。
答案：D
4．化合价与化学式
化合价是元素形成化合物时表现出来的，化合物中元素的化合价与化学式存在着什么关系？
①一些含氢化合物中组成元素的原子个数比
化学式
HF
H2O
NH3
CH4
原子数目比
1∶1
2∶1
1∶3
1∶4
化合价数比
1∶1
1∶2
3∶1
4∶1
②一些含氧化合物中组成元素的原子个数比
化学式
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P2O5
原子数目比
2∶1
1∶1
2∶3
1∶2
2∶5
化合价数比
1∶2
1∶1
3∶2
2∶1
5∶2
化合价数比与原子数目比互为倒数关系，因此，我们可以根据化合价数值推求原子数目，或者根据原子数目推求化合价数值。
(1)根据化学式求元素的化合价。
【例4—1】Na2FeO3是一种绿色、无污染的净水剂。则其中铁元素的化合价为(　　)。
A．＋2
B．＋3
C．＋4
D．＋6
解析：已知Na的化合价为＋1，O的化合价为－2，都是我们已经记住的固定不变的化合价；而铁有变价，必须通过“在化合物里各元素正负化合价的代数和为0”计算确定。
设Na2FeO3中Fe的化合价为x
则(＋1)×2＋x＋(－2)×3＝0
解得　x＝＋4
答案：C
首先熟记“在化合物中，氢元素通常显＋1价；氧元素通常显－2价；元素的固定化合价”。然后，根据“在化合物里各元素正负化合价的代数和为0”求出未知化合价。
(2)根据已知化合价写出化合物的化学式。
①化合物化学式的写法
书写化合物的化学式时，怎样排列元素符号顺序的呢？又是怎样确定元素符号右下角数字的呢？
书写化合物化学式的方法很多，如：最小公倍数法；约简交叉法；化合价倒比法等。但不论哪种方法，都要注意做到下面几点：
①正价元素写在左边，负价元素写在右边；
②原子的数目标在元素符号的右下角；
③化合物中各元素正负化合价的代数和为零。
【例4—2】地壳中含量最多的元素是______，地壳中含量最多的金属元素是______，二者形成化合物的化学式为________。
解析：地壳中含量最多的元素是氧元素(O)，地壳中含量最多的金属元素是铝元素(Al)，二者形成化合物的化学式可用下列方法写出：
方法一：最小公倍数法
①写出元素符号，正价在左，负价在右：
　　　　　
②求元素化合价绝对值的最小公倍数：
3×2＝6
③求各元素的原子数目＝最小公倍数/化合价数
Al：＝2　　O：＝3
④把原子数目写在各元素符号的右下角：
Al2O3
⑤根据化合物中正负化合价的代数和为0的原则检验化学式正误：
(＋3)×2＋(－2)×3＝0，化学式书写正确。
方法二：约简交叉法
①前正后负，排顺序：　
②约简交叉，标个数：→Al2O3
不要忘记哦：
正价左，负价右；先约简，后交叉！若化合价数目不能约分(最大公约数为“1”)，直接交叉。
方法三：化合价倒比法
①前正后负，比价数：　，Al、O的化合价数目之比为3∶2(最简比)；
②价数倒比，标个数：Al、O的原子个数之比为2∶3；所以，Al、O形成化合物的化学式为Al2O3。
答案：O　Al　Al2O3
应该注意的事项：
①当原子、原子团的个数为“1”时，“1”要省略不写；不为“1”时，应在符号(原子团要用括号括起来)的右下角标明个数。
②如过氧化氢H2O2等化合物，不能利用最小公倍数法、约简交叉法。
③如NH3、PH3、CH4、SiH4等化合物，负价在左，正价在右。
②化合物化学式的读法
化学式的读法与写法正好相反，应该从化学式的右边往左读，也就是从后边往前读。
a：由两种元素组成的化合物的化学式，通常读作“某化某”，如Al2O3(氧化铝)，KCl(氯化钾)。
b：有时还要读出化学式中各元素的原子个数(特别对于有多种可变价的元素)，如CO(一氧化碳)、MnO2(二氧化锰)、P2O5(五氧化二磷)等。
c：含有原子团的化合物，要读出原子团的名称(不读“根”字)，如NaOH(氢氧化钠)、NH4Cl(氯化铵)等。
d：含有酸根的化合物，一般读作“某酸某”，如CaCO3(碳酸钙)、Na2SO4(硫酸钠)等。
e：有多种可变价的某些元素，高价的可按正常命名，低价的命名为“亚某”，如Fe2(SO4)3(硫酸铁)、FeSO4(硫酸亚铁)。
【例4—3】下列化合物的化学式与它的读法一致的是(　　)。
A．FeO(氧化铁)　　　　
B．SO3(硫氧三)
C．CaOH2(氢氧化钙)
D．H2O(水)
解析：
A
×
因为O显－2价，所以Fe显＋2价，该化合物应该读作氧化亚铁。
B
×
应从后边向前读，读作三氧化硫。
C
×
“2”是氢氧根的个数，即Ca(OH)2。
D
√
水是H2O的俗名，替代H2O的学名“氧化氢”而成为正式名称。
答案：D
5．有关化学式的计算
(1)计算相对分子质量
化学式中各原子的相对原子质量的总和，就是相对分子质量(Mr)。
【例5—1】计算硝酸铵(NH4NO3)的相对分子质量。
解析：就是将化学式中所有原子的相对原子质量相加。不能漏掉或添加原子。
答案：硝酸铵(NH4NO3)的相对分子质量＝14＋1×4＋14＋16×3＝80[或14×2＋1×4＋16×3＝80]
相对分子质量与相对原子质量都是以一种碳12原子质量的1/12为标准所得到的比值，也是一个相对质量。
(2)计算组成化合物各元素的质量比
组成化合物各元素的质量比就是各相对原子质量与该原子个数乘积之比
【例5—2】计算硝酸铵(NH4NO3)中各元素的质量比。
解析：硝酸铵(NH4NO3)中含有N、H、O三种元素，它们的原子数目分别是2、4、3。元素的质量比＝各相对原子质量与该原子个数乘积之比。
答案：硝酸铵(NH4NO3)中N、H、O三种元素的质量比＝(14×2)∶(1×4)∶(16×3)＝7∶1∶12
①必须指明元素的顺序，且叙述与运算对应；②每种原子的数目必须准确；③元素的质量比与原子个数比必须分清。
(3)计算化合物中某元素的质量分数
化合物中某元素的质量分数，就是该元素的质量与组成物质的元素总质量之比，即
×100%。
【例5—3】计算硝酸铵(NH4NO3)中N元素的质量分数。
解析：N的相对原子质量是14，原子个数是2，NH4NO3的相对分子质量是80。
答案：硝酸铵(NH4NO3)中N元素的质量分数＝×100%＝35%
①所求元素的原子数目必须准确；
②计算过程中100%不能省略。
6．确定化学式的常用方法
(1)化合价法
根据元素的化合价，利用“化合物中各元素正负化合价的代数和为零”的原则，使用约简交叉法或最小公倍数法、化合价倒比法等方法确定化学式。
(2)比例法
由于不同元素在形成化合物时，化合物中的原子的数目、元素的质量和化合价都是固定的，根据这种比的关系来确定化学式。
【例6—1】某金属元素R的氯化物的化学式为RCl3，若R的化合价不变，则它的氧化物的化学式是(　　)。
A．R2O　
　　B．RO　
　　C．R2O3　　
　D．RO2
解析：R的氯化物的化学式为RCl3，设R的化合价为x，则x＋(－1)×3＝0，可求出R为＋3价。由于R的化合价不变，在其氧化物中也显＋3价，氧为－2价，则R的氧化物的化学式是R2O3。
答案：C
【例6—2】有一种氮的氧化物，其中氮与氧元素的质量比为7∶4，则该氧化物的化学式为(　　)。
A．N2O
B．NO2
C．N2O3
D．N2O5
解析：设该氧化物的化学式为NxOy
则(14×x)∶(16×y)＝7∶4
x∶y＝2∶1
所以，该氧化物的化学式为N2O。
答案：A
7．化学式能提供的重要信息
(1)宏观角度：
①表示一种物质；②表示这种物质的元素组成。
(2)微观角度(由分子构成的物质)：
①表示一个分子；②表示这种分子的原子构成；③前边加化学计量数，表示分子个数。
(3)质量角度(通过必要计算说明)：
①组成化合物的各原子个数之比；②组成化合物的各元素质量之比；③该物质的相对分子质量；④化合物中某一元素的质量分数；⑤组成物质的元素或根的化合价。
(4)分类角度：
①是混合物还是纯净物；②是单质还是化合物；③是否是氧化物。
【例7】为防止灾后疫情出现，防疫人员用过氧乙酸(C2H4O3)、次氯酸钠(NaClO)进行消毒。下列说法正确的是(　　)。
A．次氯酸钠中氯元素的化合价为－1
B．次氯酸钠是氧化物
C．过氧乙酸的相对分子质量为76
D．过氧乙酸中C、H、O元素的质量比为2∶4∶3
解析：
A
×
钠的化合价为＋1，氧的化合价为－2，设Cl的化合价为x，则(＋1)＋x＋(－2)＝0　x＝＋1
B
×
氧化物由两种元素组成，其中之一是氧元素。而NaClO含有三种元素，因此它不是氧化物
C
√
C2H4O3的相对分子质量为：12×2＋1×4＋16×3＝76
D
×
2∶4∶3是过氧乙酸中C、H、O的原子个数比，元素的质量比为(12×2)∶(1×4)∶(16×3)＝6∶1∶12；这是易错点
答案：C
解题的关键是熟练把握化学式提供的重要信息，针对题设信息综合分析。
8．化学符号周围计量数的意义
(1)在化学用语的前面的计量数(mM)：表示粒子的个数。
①计量数＋元素符号：原子个数；
②计量数＋离子符号：离子个数；
③计量数＋化学式：分子个数或原子个数。
(2)在符号的正上方的计量数(或)：表示(某物质中)某元素的化合价。
(3)在符号的右上角的计量数(Mm＋或Mm－)：表示离子带电的电性和电荷数。
(4)在符号的右下角的计量数(Mm)：表示1个分子中含有该原子的个数。
符号和数字的含义不尽相同。
①当符号只具有微观意义时，符号和数字的含义相同：如2H2、2H、2H＋，符号和数字的含义都分别表示两个氢分子、两个氢原子、两个氢离子。
②当符号具有宏观意义时，符号和数字的含义不同：如H2，符号表示氢气或一个氢分子，数字表示每个氢分子中含有两个氢原子；再如O2－，符号表示氧离子或一个氧离子，数字表示一个氧离子带有两个单位的负电荷。
【例8】化学用语和数字的完美组合描绘出了丰富多彩的化学世界：
(1)表示物质：五氧化二磷______，四氧化三铁______。
(2)表示分子：1个氮分子______，2个水分子______。
(3)表示元素：地壳中含量最多的元素______。
(4)表示原子：1个氧原子______，10个铁原子______。
(5)表示离子：1个钠离子______，2个镁离子______，3个亚铁离子______。
(6)表示化合价：氧元素的化合价为－2______，水中氧元素的化合价为－2________。
解析：(1)物质是用化学式表示的。物质是宏观概念，只讲种类，不讲个数。
(2)分子是用化学式表示的。分子是微观概念，既讲种类，又讲个数。
(3)元素是用元素符号表示的。元素是宏观概念，只讲种类，不讲个数。
(4)原子是用元素符号表示的。原子是微观概念，既讲种类，又讲个数。
(5)离子是用元素或根的符号加所带电荷(数字在前、正负在后标在符号的右上角)表示的。离子是微观概念，既讲种类，又讲个数。
(6)化合价是用元素符号加化合价(正负在前、数字在后标在符号正上方)表示的。
答案：(1)P2O5　Fe3O4　(2)N2　2H2O　(3)O　(4)O　10Fe　(5)Na＋　2Mg2＋　3Fe2＋　(6)　H2
9．化学式计算的实际应用
化学式计算的实际应用与化合物中某元素的质量分数密切相关，首先要计算求出。
(1)化合物的质量与所含某元素质量的互相计算。
①化合物中某元素的质量＝化合物的质量×化合物中该元素的质量分数
②化合物的质量＝化合物中某元素的质量÷化合物中该元素的质量分数
(2)不纯物中化合物的质量分数与不纯物所含某一元素的质量分数的互相计算。
如果某不纯物中含某化合物的质量分数为x%，含某元素的质量分数为y%；通过计算化合物中该元素的质量分数为z%。则它们之间成比例关系：
＝
即：y%＝x%×z%
【例9】(泉州中考)蚊香是夏日驱除蚊虫的常用物品。丙烯菊酯(化学式：C19H26O3)是蚊香中常含有的高效低毒杀虫剂。
(1)丙烯菊酯由__________元素组成。
(2)点燃蚊香时，要加热使蚊香的温度达到______，蚊香才能燃烧。
(3)点燃蚊香能闻到气味，这与构成物质的分子____________有密切的联系。
(4)蚊香在使用过程中(如下图所示)，适时熄灭蚊香是节约和安全的需要，请说出熄灭蚊香的一种方法：_____________________________。
解析：根据丙烯菊酯的化学式C19H26O3可知该物质由碳、氢、氧三种元素组成；根据可燃物燃烧的条件，要加热使蚊香的温度达到着火点，蚊香才能燃烧；点燃蚊香能闻到气味，这是由于分子不断运动造成的；熄灭蚊香一种最常用的方法就是在接近蚊香的着火处掐断。
答案：(1)C、H、O(或碳、氢、氧或3种)
(2)着火点(蚊香燃烧所需的最低温度)
(3)不断运动(答案合理即可)
(4)在接近蚊香的着火处掐断(或隔绝空气)

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