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离子、化学式与化合价
一、内容概述
　　第四单元的课题3：离子，课题4：化学式与化合价。本单元教材是“双基”的重要组成部分，是为学生的终生学习和将来适应现代社会生活打好基础所必需的，所以本单元教材对学生十分重要，它既是学习化学的理论基础，又是必不可少的工具。
二、重点知识归纳及讲解
（一）、核外电子的分层排布
　在含有多个电子的原子里，电子是分层运动的，把能量最低、离核最近的叫第一层，由里往外依次类推。
（二）、原子结构示意图
　　用表示原子核，n表示质子数，用弧线表示电子层，弧线上的数子表示该层的电子数目，用上述方法可以表示原子的结构。如O、Na的原子结构简图为：
（三）、各类元素原子结构的特点
1、稳定结构:　　最外层有8个电子（最外层是第一层时有2个电子）的结构，是一种稳定结构。
2、稀有气体元素:最外层有8个电子（He是2个），化学性质比较稳定，一般不跟其他物质发生化学反应。
3、金属元素:最外层电子数一般少于4个，在化学反应中容易失去最外层电子，使次外层变成最外层，达到8个电子的稳定结构。
4、非金属元素:最外层电子数一般多于或等于4个，在化学反应中容易得到电子，使最外层达到稳定结构。
　　元素的化学性质跟它的原子的最外层电子数目的关系非常密切。
（四）、离子
　　带电荷的原子或原子团叫做离子，带正电的离子叫做阳离子，如Na＋、NH4＋，带负电的离子叫做阴离子，如Cl－、NO3－，离子所带的电荷数等于该原子失去或得到电子的数目。
　　1、离子可以由原子得失电子形成，在化学反应中，金属元素原子失去最外层电子。非金属元素原子得到电子，从而使参加反应的原子带上电荷。
　　2、离子也是构成物质的粒子之一，如NaCl是由Na＋和Cl－构成的。
（五）、离子符号
　　数字和“＋”、“－”号标在元素符号的右上角，“＋”、“－”号表示电性，数字在“＋”、“－”号的前面。例如，Cl－表示氯离子带1个单位负电荷，Mg2＋表示镁离子带2个单位正电荷。
　　注意：离子符号和相关数字的意义，例如，2Al3＋；“2”表示两个铝离子；“3＋”表示每个铝离子带3个单位正电荷。
（六）、核电荷数为1～18的原子结构示意图
（七）、化学式
　　用元素符号来表示物质组成的式子叫做化学式。例如：二氧化碳的化学式为CO2，一种物质只有一个化学式，各物质的化学式是通过实验的方法，测定物质的组成，然后得出来的。
（八）、化学式的书写
　　
（九）、化学式表示的意义
构成纯净物的粒子有多种，当物质是由分子构成时，化学式表示的意义有：
　　1、宏观方面：①表示某种物质；②表示某物质组成元素。例如，CO2表示二氧化碳这种物质，表示二氧化碳是由碳元素和氧元素组成的。
　　2、微观方面：①表示某物质的一个分子；②表示某物质一个分子中所含的原子个数。例如，CO2表示一个二氧化碳分子，也表示一个二氧化碳分子是由1个碳原子和2个氧原子构成的。
　　2H2只表示2个氢分子，2CO2表示2个二氧化碳分子，注意对比前面的2与元素符号右下角的小2的意义的不同：2CO2中，前面的2表示2个二氧化碳分子，小2表示每个二氧化碳分子中含有2个氧原子。
　　当化学式前面有系数时，只能表示粒子的个数，只有微观的意义，而没有宏观的意义了。
　　3、量的方面：①表示物质的相对分子质量；②表示组成物质的各元素的质量比；③表示物质中某元素的质量分数。
（十）、化合价的规律
1、化合价有正价和负价
　　（1）化合物中氧元素通常显－2价，氢元素通常显＋1价；②金属元素跟非金属元素化合时，金属元素显正价，非金属元素显负价；③一些元素在不同物质中可显不同的化合价。
　　（2）在化合物中正、负化合价的代数和为零。
　　（3）元素的化合价是元素的原子在形成化合物时表现出来的一种性质，因此在单质的分子里，元素的化合价为零。例如O2中，氧元素的化合物为0。
　　为什么在化合物中正、负化合价的代数和为零？
　　任何化合物的分子作为一个整体是电中性的，因为在化合物里，某些原子失去多少个电子（我们规定为正几价），就有另一些原子一定得一定得到多少个电子（我们规定为负几价），有多少共用电子对偏离某些原子（我们规定为正几价），也就有多少共用电子对偏向另一些原子（我们规定为负几价），所以在化合物中正、负化合价的代数和为零。
（十一）、化合价的表示方法
　　化合价标在元素符号的正上方，“＋”、“－”号在数字的前面，如等。
　　1、化合价的表示方法与离子符号不同。“头上长着化合价，离子旁边带个把（bà）”。
　　2、有些元素常见化合价为两种，通常低价的称为“亚”，如FeCl2称为氯化亚铁，FeCl3称为氯化铁。
　　3、同一种元素在同一种化合物中可显示不同的化合价，如NH4NO3中N元素分别显－3价和＋5价。
（十二）、元素的化合价与元素原子的最外层电子数的关系
　　在化学反应中发生变化的是原子的最外层电子，元素的化合价就是元素的一个原子得失电子数目或形成共用电子对的数目，所以金属元素的化合价一般等于它的最外层电子数，非金属元素最高正价等于它的最外层电子数，非金属元素的负化合价等于最外层电子数－8。
常见元素化合价的记忆口诀：
　　一价氢氟钾钠银，二价氧钙钡镁锌， 三铝四硅五价磷，二三铁，二四碳，
　 二四六硫三五氮，铜汞二价最常见， 一五七氯都齐全，单质零价永不变。
（十三）、原子团
　　由几个原子组成的集团，在化学反应里作为一个整体参加反应，好像一个原子一样。例如，氢氧化钠中的氢氧根（OH）、硝酸钠中的硝酸根（NO3）都是原子团，也叫做根，根也有化合价，如OH的化合价为－1价，NO3的化合价为－1价。
　　1、原子团不是化合物，不能把原子团看成化学式，它只是化合物中的一个部分。
　　2、有些原子团形式相同，但并不是同一种原子团，如KMnO4中的MnO4为高锰酸根，其中Mn的化合价为＋7价；而K2MnO4中的MnO4则为锰酸根，其中Mn的化合价为＋6价。
　　常见原子团的化合价：
三、难点知识剖析
（一）、各类元素最处层电子数与其化学性质比较表
　　核外电子数与核电荷数的关系
　　原子中：核电荷数＝质子数＝核外电子数，如Al、Cl、Ne。
　　阳离子：核电荷数＝质子数＞核外电子数，如Na＋、Mg2＋、Al3＋。
　　阴离子：核电荷数＝质子数＜核外电子数，如O2－、S2－、Cl－
（二）、化合价的应用
1、根据化合价写化学式（十字交叉法）
　　（1）按“正价左、负价右”的原则写出元素的符号，并标明各元素的化合价。
　　（2）把化合价（有公约数需约简）数字交叉写在另一种元素符号（或原子团）的右下角。例如，已知Al为＋3价，O为－2价，则氧化铝的化学式为：。
2、已知化学式判断化合物
根据化合物中正、负化合价的代数和为零，单质中元素的化合价为零，并结合一些常见元素的化合价，判断未知元素的化合价。
同步练习
【基础巩固】
1.按要求用正确的化学符号表示：
(1)2个氮原子____________。(2)铵根离子____________。(3)地壳中含量最多的金属元素。____________ (4)1个硫酸分子____________。(5)构成氯化钠晶体的阴离子____________。(6)由硫离子与亚铁离子构成的物质____________。
2.根据下列各组元素的原子结构示意图分析，具有相似化学性质的一组是( )
3.下列粒子结构示意图能表示原子的是_________；表示阳离子的是_________；表示阴离子的是_________。
4.质子数相同、核外电子数不同的两种粒子，它们可能是( )
A.两种不同元素的原子 B.同种元素的原子和离子
C.不同种元素的原子和离子 D.一种分子和一种离子
5.标出下列化合物中带点元素的化合价。
KMnO4 K2MnO4 Fe(NO3)2 Na2FeO4NH4NO3Ca(ClO)2HClO4
6.___________________称为该物质的化学式。
7.元素的_______________是体现化合物中不同元素原子数目比值关系的数值。
8._____________称为离子。化学上常用“____________”来命名。常见的原子团有（OH-）、碳酸根( )、______________( )、____________( )、____________( )等。
9.(2006山东菏泽模拟)“三氯生”是一种高效广谱抗菌剂，广泛用于牙膏、药皂、洗面奶、空气清新剂等。下面关于三氯生（C12H7Cl3O2）的说法中错误的是（ ）
A.三氯生中含有氧气分子 B.三氯生由碳、氢、氧四种元素组成
C.三氯生是一种有机物 D.一个三氯生分子共含有24个原子
10.乙醚是人类很早就使用的麻醉剂，分子结构如下所示，其中短线表示原子间的连接（例如水分子的结构可表示为H—O—H），乙醚是由_________种元素组成的，各元素的原子个数比为_________，每个乙醚分子共有_________个原子。
【能力提升】
1.某粒子的结构示意图为，下列说法中不正确的是( )
A.该元素原子的原子核外有2个电子层
B.该是一种金属元素
C.该粒子是阳离子
D.该粒子具有稳定结构
2.元素Mn+的结构示意图为，则下列各式正确的是( )
A.m=2+8 B.m=2+8+n C.m=2+8-n D.m=8+n
3.核电荷数相同的粒子是( )
A.同一种原子 B.同一种离子
C.同一种分子 D.无法确定
4.右图是盐酸滴入氢氧化钠溶液中，有关粒子之间反应的示意图，下列说法错误的是( )
A.盐酸溶液中含有氢离子和氯离子
B.氢氧化钠溶液中含有钠离子和氢氧根离子
C.两种溶液混合时，氢离子与氢氧根离子结合生成了水分子
D.两种溶液混合时，钠离子与氯离子结合生成了氯化钠分子
5.下列说法正确的是( )
A.因核外电子质量小，运动速度快，所以核外电子运动状态和宏观物体不同，没有固定的轨道，只有经常出现的区域
B.在多电子的原子里，电子的能量各不相同，能量高的在离核较近的区域里运动
C.最外层只有达到8个电子的结构才是稳定结构
D.金属元素的最外层电子数一定少于4个，非金属元素的最外层电子数一定多于或等于4个，稀有气体元素的最外层电子数一定为8个
6.碳酸氢铵（NH4HCO3）是一种常用的氮肥，其中氮元素的化合价为 ( )
A.+5 B.+1 C.-1 D.-3
7.下列计算正确的是( )
A.2CO2的相对分子质量总和=2×12+16×2=56
B.Ca(OH)2的相对分子质量=40+16+1×2=58
C.(NH4)2SO4的相对分子质量=（14+1×4）×2+32+16×4=132
D.2H2O的相对分子质量总和=2×1×2+16=20
8.下列物质中，硫元素的化合价为+6的是( )
A.H2SO4 B.SO2 C.S D.H2SO3
9.下列含氮元素的化合物，氮元素化合价最高的是( )
A.NO B.NO2 C.N2O5 D.N2O
10.下列物质的化学式书写正确的是( )
A.五氧化二磷2PO5 B.氯化钾KCl
C.氧化铝AlO D.高锰酸钾K2MnO4
11.在CuSO4中铜元素、硫元素、氧元素的质量比为( )
A.2∶1∶2 B.1∶1∶4 C.4∶2∶1 D.1∶2∶1
12.在二氧化硫中，硫元素的质量分数是( )
A.66.7% B.50% C.33.3% D.3.1%
【中考模拟】
1.某粒子由12个质子、12个中子和10个电子构成，该粒子是
A.分子 B.原子 C.阴离子 D.阳离子
2.根据粒子结构示意图给出的信息，下列说法正确的是( )
A.①②③表示的是三个原子 B.③表示的元素是非金属元素
C.①③表示的是阳离子 D.①②表示的元素化学性质相似
3.下图是几种粒子的结构示意图，观察它们的特征完成下列问题：
（1）属于原子的是________________________。
（2）属于阳离子的是________________________。
（3）属于阴离子的是________________________。
（4）属于稀有气体元素的是________________________。
（5）属于同种元素的是________________________。
（6）属于金属元素的是________________________。
（7）属于非金属元素的是________________________。
4.某粒子结构示意图为则：
（1）若该粒子为原子，则x与y的关系是____________。
（2）若该粒子为带两个单位正电荷的阳离子，则____________x=，y=____________。
（3）若该粒子为带两个单位负电荷的阴离子，则x=____________。
5.元素Z的核电荷数为a，它的阳离子Zm+与元素Y的阴离子Yn-的电子层结构相同，则元素Y的核电荷数是_________。
6.某物质的化学式是R(OH)2，相对分子质量为58，则R的相对原子质量为( )
A.24 B.24g C.40 g D.40
7.某正三价金属元素A，它的氧化物中含氧元素的质量分数是30%，则A的相对原子质量是 ( )
A.56 B.27 C.32 D.16
8.1985年科学家发现一种新物质，化学式为C60，下列说法中正确的是( )
A.该物质是混合物 B.该物质为新型化合物
C.该物质的相对分子质量为120 D.该物质的一个分子中含有60个碳原子
9.下列化合物中，含有相同原子团的是( )
A.SO3和H2SO4 B.Cu(OH)2和NaOH
C.KMnO4和K2MnO4 D.KClO3和KCl
10.某物质含有A、B两种元素，已知A、B两种元素原子的相对原子质量之比为7∶2，经测定该物质A、B两元素的质量比为7∶3，则该物质的化学式为( )
A.A2B3 B.AB2 C.A2B D.A3B2
11.(1)一个氢原子与一个水分子的质量比是多少？一个水分子与一个二氧化碳分子的质量比是多少？
(2)一个水中分子中氢、氧原子质量比是多少？其中氢原子的质量分数是多少？
(3)二氧化碳中碳元素的质量分数是多少？
12.写出氢、硫、碳、钠、镁、铝、铁等十种元素的常见化合价并分别写出它们氧化物的化学式。
(1)在上述元素中，哪些元素能结合组成化合物？写出其中几种化合物的化学式。
(2)依据下列物质名称写出化学式：硫酸钠、碳酸铜、硝酸镁、三氯化铝。
(3)依据下列物质的化学式写出名称：K2SO4、KNO3、Na2CO3、Al(OH)3、（NH4）2SO4。
(4)比较三种氮肥的含氮量大小：硫铵、硝铵、尿素〔CO（NH2）2〕。
(5)要在每亩地上增加1 kg氮元素，问10亩地应施加尿素多少千克。如果改用碳酸氢铵，需要增加多少千克？
离子、化学式与化合价答案
同步练习
【基础巩固】
1、思路解析：本题考查基本化学符号及其应用。
答案：(1)2N　(2)NH+4　(3)Al　(4)H2SO4　 （5）Cl-　（6）FeS
2、答案：A
3、思路解析：原子结构示意图中，弧线表示电子层，弧线上面的数字表示该层的电子数；当质子数= 核外电子数时，为原子的结构示意图；质子数>核外电子数时，是阳离子的结构示意图；质子数<核外电子数时，是阴离子结构示意图。
答案：AD　B　C
4、思路解析：两种不同元素的原子，其质子数一定不等，故A不选；同种元素的原子和离子，质子数必然相同而核外电子数一定不同，故B正确；不同种元素的原子和离子，其质子数必然不同，故C不选。一种分子和一种离子完全有可能，例如O2分子，其质子数为16，核外电子数也为16，而S2-的质子数为16，但其核外电子数为18，显然D正确。
答案：BD
5、思路解析：本题考查基本化合价。
答案：+7　+6　+2　+6　-3和+5　+1　+1
6、思路解析：本题考查化学式的定义。化学式是利用元素符号表示物质组成的式子。
答案：利用元素符号表示物质组成的式子
7、思路解析：本题考查化合价的概念和作用。
答案：化合价
8、答案：带电的原子或原子团　根　氢氧根　CO2-3　硫酸根（SO2-4）　硝酸根（NO-3）　碳酸氢根（HCO-3）　(其他合理答案也正确)
9、思路解析：化学式是用元素符号来表示物质组成的式子，它表明了物质是由哪几种元素组成的、各元素的质量比或原子个数之比。题中B、C、D对化学式的描述准确，A不正确。
答案：A
10、思路解析：通过信息学会观察和分析分子的结?构图。
答案：3 4∶10∶1 15
【能力提升】
1、思路解析：题给是Al3+的结构示意图，表示的离子是阳离子，具有相对稳定结构，元素为金属元素，但它的原子核外有3个电子层。
答案：A
2、思路解析：由结构示意图可知m代表质子数，Mn+为阳离子，它的核外电子总数为2+8。根据阳离子的核外电子数=质子数－离子带电荷数的绝对值，可知质子数=阳离子核外电子数+离子带电荷数的绝对值，故m=2+8+n。
答案：B
3、思路解析：仅仅把核电荷数相同的粒子中的“粒子”二字理解为原子，实际上“粒子”包括分子、原子、离子、质子、中子和电子等。例如：甲烷（CH4）分子、氖（Ne）原子、水（H2O）分子、钠离子（Na+），这四种粒子的核电荷数都是10，所以仅凭核电荷数相同这一个条件，无法确定是否为“同一种”粒子。
答案：D
4、思路解析：本题同样将微观粒子用图示展现，帮助学生从宏观的角度认识事物、分析问题。解本题可用“排除法”。酸溶于水电离出H+和酸根离子；碱溶于水电离出OH-和金属离子。酸、碱溶液混合发生中和反应，其实质是H+与OH-结合生成了水。A、B、C三个选项都正确。NaCl在溶液中不形成分子，D错。
答案：D
5、思路解析：在多电子的原子里，电子的运动状态与宏观物体不同，没有固定的轨道，电子的能量各不相同，能量低的在离核较近区域里运动，能量高的在离核较远区域里运动。金属元素原子最外层电子数一般少于4个，非金属元素原子最外层电子数一般多于或等于4个，稀有气体元素原子最外层电子数一般为8个，但氦原子最外层只有2个电子，稀有气体元素的原子结构是一种相对稳定结构。
答案：A
6、思路解析：
根据“化合物中各元素的化合价代数和为零”的原则，可求出NH4HCO3中N元素的化合价为-3。
答案：D
7、思路解析：A错误，因为在2CO2中共有4个氧原子；B错误，在Ca(OH)2中有两个氧原子，而不是一个氧原子；C正确；D在2H2O中，共有两个氧原子。
答案：C
8、思路解析：A中S元素为+6价；B中S元素为+4价；C中S元素为0价；D中S元素为+4价。
答案：A
9、思路解析：A中氮元素化合价为+2，B中氮元素的化合价为+4，C中氮元素化合价为+5；D中氮元素的化合价为+1。
答案：C
10、思路解析：A中五氧化二磷应该写成P2O5?；B正确；C氧化铝的化学式为Al2O3；D中高锰酸钾的化学式为KMnO4而不是K2MnO4。
答案：B
11、思路解析：CuSO4中铜元素、硫元素、氧元素质量比为64∶32∶64=2∶1∶2。
答案：A
12、思路解析：在二氧化硫中，相对分子质量为64，硫元素的相对原子质量为32，所以硫元素的质量分数为32/64×100%=50%。
答案：B
【中考模拟】
1、答案：D
2、思路解析：此题根据粒子结构示意图，判断元素种类、粒子种类、元素的性质以及结构的稳定性。解题的关键在于：
（1）由质子数和电子数的差值判断粒子种类（原子、阳离子、阴离子），①②为原子，而③为阳离子。
（2）由核内质子数决定元素种类，核内质子数不同，则表示不同元素。
（3）由原子最外层电子数决定元素的性质，①②为非金属元素，③为金属元素。且最外层电子数相同，性质相似，如①②元素化学性质相似。
（4）由最外层电子数决定粒子结构的稳定性。一般最外层电子数为8的结构称为“8电子稳定结构”。
答案：D
3、思路解析：上述七种结构示意图包含内容丰富，在读懂的基础上再根据上述判断回答问题。
答案：（1）①②③⑤⑦ 　（2）④　(3)⑥ 　（4）②?（5）③与④?，⑤与⑥　（6）③④ 　（7）①⑤⑥
4、答案：（1）x=y+10 　（2）20　8　（3）16
5、思路解析：离子是由原子失去或得到电子而形成的，且离子所带的电荷数等于原子形成离子时失去或得到的电子的数目，又Zm+?的核外电子数为a-m，若设Y的核电荷数为b，则Yn-核外电子数为b+n，又Zm+与Yn-电子层结构相同，则a-m=b+n，因此b=a-m-n。
答案：a-m-n
6、思路解析：R的相对原子质量为58-2×（16+1）=24，无单位。
答案：A
7、思路解析：该元素的化合价为+3，则该元素的氧化物的化学式为A2O3，设它的相对原子质量为x，则（3×16）/（3×16+2x）=30%，解得：x=56。
答案：A
8、思路解析：该物质为含60个碳原子的大分子,相对分子质量为720，是碳的一种单质。
答案：D
9、思路解析：B中都含有OH-，其余都不相同。
答案：B
10、思路解析：令A的相对原子质量为7x，B的相对原子质量为2x，则A、B两种元素的原子个数比为（7/7x）÷（3/2x）=2∶3。
答案：A
11、思路解析：（1）一个水分子是由2个氢原子与1个氧原子构成的，所以一个水分子的质量是2个氢原子与1个氧原子的质量之和。
一个氢原子与一个水分子的质量比为：
一个水分子与一个二氧化碳分子的质量比为
结论：原子（分子）间质量比，与相对原子（分子）质量比相等。
（2）解：m(H)∶m(O)=2Ar(H)∶Ar(O)=2×1∶16＝1∶8
w(H)=×100%=×100%=11.1%
（3）w(C)= ×100%=×100%=27.3%?
答案：（1）
（2）1∶8　11.1%
（3）27.3%
12、思路解析：本题考查基本化合物的化学式和基本物质的含量和原子个数比。
答案：(1)金属和非金属间能够形成化合物。H2S、CH4、MgS、FeS等。
(2)Na2SO4、CuCO3、Mg(NO3)2、AlCl3。
(3)硫酸钾、硝酸钾、碳酸钠、氢氧化铝、硫酸铵。
(4)硫酸铵中，氮的含量为28/（28+8×1+16×4+32）×100%=21.2%。硝铵中氮的含量为35；尿素中氮的含量为47%。故含氮量顺序为：尿素>硝铵>硫铵。
(5)增加的尿素的质量为1 kg÷47%=21.4 kg。如改用NH4HCO3，则需要增加21.4 kg×=30.2 kg

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