簡述化合價知識在高中化學解題中的應用

鄭暉

摘要：高中化學的題型繁雜多樣，而解題方法過于單一，導致高中化學的解題效率低下。化合價是化學元素的基本屬性之一，貫穿于整個高中化學學習的全過程，巧妙運用化合價能夠有效提高高中化學的解題效率。

關鍵詞：高中化學;解題效率;化合價;巧妙運用

中圖分類號：G634.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）01-0233-01

高中化學往往是大多數高中生的學習覺得困難的學科之一，因為高中化學涉及原子序數、電極反應、化學方程式和化學產物等多種化學知識，知識點且靈活多樣，由此衍生出多種不同的題型。化合價作為化學元素的基本屬性之一，在高中化學知識體系中占有重要地位，很多的化學題型往往涉及到化合價知識的運用。為此，在高中化學教學中，引導學生巧妙運用化合價知識解題，既有助于提高學生的解題效率，培養靈活變通的思維能力，也有助于學生的學科素養培養。

1.化合價在原子序數確定中的巧妙運用

原子序數的確定對學生來說算是比較簡單的一類題型，因為高中化學教師通常都會要求學生記憶元素周期表中前20位元素的原子序數，學生只要從中找出符合題目要求的元素即可。因此，學生常直接嘗試將自己記憶下來來的元素一一代人來驗證，雖然一般都能得到正確答案，但卻浪費了大量時間，降低了解題效率。從化合價角度來看，主族元素的最高化合價、主族序數及其原子最外層電子數相等，且原子序數為偶數的元素的常見化合價也是偶數，巧妙運用這些規律，能夠快速確定原子序數。

[例1]若短周期中的兩種元素可以形成原子個數比為2：3的化合物，則這兩種元素的原子序數之差不可能是（）。

A.1 B.3 C.5 D.6

簡析：解本題時，若用常規的方法分析，則需羅列出所有符合題意的可能的化學式，再逐一排除，從而得出正確的答案，該方法繁瑣費時，若羅列的化學式不全面，也易于造成判斷失誤。由題意若令化學式為X₂Y₃，則X的化合價為+3價，Y的化合價為-2價，由“價奇序奇、價偶序偶”的規律，X的原子序數為奇數，Y的原子序數為偶數，則X與Y的原子序數之差只能為奇數，從而快速推得正確答案為D。該方法是在總結大量的化合價奇偶性與原子序數奇偶性相一致的基礎上所得的普遍規律，避免了多次代人和驗證，有效提高了原子序數確定類化學題的解題效率。

2.化合價在電極反應式判斷中的巧妙運用

在原電池中，負極發生氧化反應，元素的化合價升高，正極發生還原反應，元素的化合價降低;而在電解池中，陽極發生氧化反應，元素的化合價升高，陰極發生還原反應，元素的化合價降低，如果忽視化合價的變化，往往會造成判斷的錯誤。

[例2]鎳氫電池（NiMH）目前已經成為混合動力汽車的一種主要電池類型。NiMH中的M表示儲氫金屬或合金。該電池在充電過程中的總反應方程式是：Ni（OH）₂+M=NiOOH+MH，充電過程中陰極的電極反應式：H2O+M+e^-=MH+OH^-，由該電極反應式，有的同學認為H₂O中的H被M還原，這種說法對嗎？為什么？

簡析：有的同學憑直覺認為，MH中M呈+1價，H呈-1價，從而認為題意中的說法是正確的，其實，充電時陰極發生還原反應，化合價降低，不可能出現H₂O中的H由+1變為-1價，化合價降低，而M的化合價由0價變為+1價，化合價升高的情況，也即 MH中的M和H的化合價只能均為0價。忽視化合價變化在電化學知識中的運用，易于導致判斷失誤。

3.化合價在化學方程式配平中的巧妙運用

化學方程式的配平是化學方程式書寫的最后一個環節，在此之前，一般需要通過元素守恒法則確定化學方程式兩邊化合物的元素組成，再根據原子守恒法則確定兩邊化合物的原子組成，但這種方法有一定的局限性，因為在配平過程中有時會出現同一元素同時出現在多種化合物中的情況，導致配平化學方程式時這些化合物的系數互相干擾，學生易受此困擾，無法順利配平化學方程式。從化合價的角度來看，無論化合物的原子組成比例如何變化，其化學式中正化合價總數總等于負化合價總數，即各元素的得失電子數相同，利用這一規律，可以求出反應前后元素的最小公倍數，進而確定電子得失數，再根據原子守恒法則配平化學方程式。

[例3]配平化學方程式NaIO₃+NaHSO₃→NaHSO₄+Na₂SO₄+I₂+H₂O。

解析：該題與普通的化學方程式配平題有所不同，Na、S、H和O四種元素同時存在于NaIO₃、NaHSO₃、NaHSO₄、Na₂SO₄和H₂O等多種化合物中，配平化學方程式時，NaHSO₄和Na₂SO₄的系數同時受NaIO₃和NaHSO₃的影響，H2O的系數也要根據這些化合物的系數來確定，所以直接用原子守恒法則依次配平各原子是很難一次性使化學反應方程式前后各原子數量保持一致的，需要再次進行多次訓算，浪費大量解題時間。若根據化合價法則，先根據NaHSO₃中S的化合價由+4價升到NaHSO₄、Na₂SO₄中的+6價，失2個電子;NaIO₃中I的化合價由+5價降低到I₂中的0價，得5個電子，故S和I兩種原子的最小公倍數是2×5=10，進而得出NaIO₃的系數為2，NaHSO₃的系數為5，再根據原子守恒法則即可計算出NaHSO₄Na₂SO₄、I₂和H₂O的系數分別為3、2、1和1，最終配平化學方程式2NaIO₃+5%HSO₃→3NaHSO₄+2Na₂SO₄+I₂+H₂O。該法巧妙運用化合價法則直接確定了反應物的系數，避免了二次計算的問題，提高了化學方程式配平類化學題的解題效率。

4.化合價在化學產物計算中的巧妙運用

化學產物的計算一直是守恒法的典型應用題型，主要是根據原子守恒和質量守恒將化學題轉化為數學問題，通過計算得出化學產物，但有些化學產物的涉及的數學計算非常復雜，如果按部就班地計算，需要耗費大量時間，而且需要學生具備較強的運算能力，保證運算結果的準確性，不利于解題效率的提高。從化合價的角度來看，化學反應前后雖然元素的化合價可能發生變化，但化合物的正化合價總數總仍等于負化合價總數，也就是說，反應物的得電子數和失電子數相同。利用這一原理，可以快速確定反應物之間的關系，再結合已知條件，更容易計算出反應產物，提高解題效率。

總之，在高中化學教學中，巧妙運用化合價，能夠快速、準確地確定原子序數、判斷電極反應式、配平化學方程式、計算化學產物，進而提高高中化學的解題效率。

參考文獻：

[1]周敏，陶麗紅.高中化學解題效率提升之化合價的利用[J].考試周刊，2018（45）：178.

[2]劉秀杰.應用“化合價”提高高中化學解題效率[J].中學化學教學參考，2018（06）：75.