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。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。
卤素互化物碳的化合价,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Cr2O7^2-,碱性环境中多为铬酸根CrO4^2-。+3价铬则是Cr^3+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和二氧化铅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价碳的化合价,铂Pt常见于+2 +4价,题中都会给足信息,见到不用怕就是了。