简述化合价知识在高中化学解题中的应用

郑晖

摘要：高中化学的题型繁杂多样，而解题方法过于单一，导致高中化学的解题效率低下。化合价是化学元素的基本属性之一，贯穿于整个高中化学学习的全过程，巧妙运用化合价能够有效提高高中化学的解题效率。

关键词：高中化学;解题效率;化合价;巧妙运用

中图分类号：G634.8 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2019）01-0233-01

高中化学往往是大多数高中生的学习觉得困难的学科之一，因为高中化学涉及原子序数、电极反应、化学方程式和化学产物等多种化学知识，知识点且灵活多样，由此衍生出多种不同的题型。化合价作为化学元素的基本属性之一，在高中化学知识体系中占有重要地位，很多的化学题型往往涉及到化合价知识的运用。为此，在高中化学教学中，引导学生巧妙运用化合价知识解题，既有助于提高学生的解题效率，培养灵活变通的思维能力，也有助于学生的学科素养培养。

1.化合价在原子序数确定中的巧妙运用

原子序数的确定对学生来说算是比较简单的一类题型，因为高中化学教师通常都会要求学生记忆元素周期表中前20位元素的原子序数，学生只要从中找出符合题目要求的元素即可。因此，学生常直接尝试将自己记忆下来来的元素一一代人来验证，虽然一般都能得到正确答案，但却浪费了大量时间，降低了解题效率。从化合价角度来看，主族元素的最高化合价、主族序数及其原子最外层电子数相等，且原子序数为偶数的元素的常见化合价也是偶数，巧妙运用这些规律，能够快速确定原子序数。

[例1]若短周期中的两种元素可以形成原子个数比为2：3的化合物，则这两种元素的原子序数之差不可能是（）。

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

简析：解本题时，若用常规的方法分析，则需罗列出所有符合题意的可能的化学式，再逐一排除，从而得出正确的答案，该方法繁琐费时，若罗列的化学式不全面，也易于造成判断失误。由题意若令化学式为X₂Y₃，则X的化合价为+3价，Y的化合价为-2价，由“价奇序奇、价偶序偶”的规律，X的原子序数为奇数，Y的原子序数为偶数，则X与Y的原子序数之差只能为奇数，从而快速推得正确答案为D。该方法是在总结大量的化合价奇偶性与原子序数奇偶性相一致的基础上所得的普遍规律，避免了多次代人和验证，有效提高了原子序数确定类化学题的解题效率。

2.化合价在电极反应式判断中的巧妙运用

在原电池中，负极发生氧化反应，元素的化合价升高，正极发生还原反应，元素的化合价降低;而在电解池中，阳极发生氧化反应，元素的化合价升高，阴极发生还原反应，元素的化合价降低，如果忽视化合价的变化，往往会造成判断的错误。

[例2]镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni（OH）₂+M=NiOOH+MH，充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e^-=MH+OH^-，由该电极反应式，有的同学认为H₂O中的H被M还原，这种说法对吗？为什么？

简析：有的同学凭直觉认为，MH中M呈+1价，H呈-1价，从而认为题意中的说法是正确的，其实，充电时阴极发生还原反应，化合价降低，不可能出现H₂O中的H由+1变为-1价，化合价降低，而M的化合价由0价变为+1价，化合价升高的情况，也即 MH中的M和H的化合价只能均为0价。忽视化合价变化在电化学知识中的运用，易于导致判断失误。

3.化合价在化学方程式配平中的巧妙运用

化学方程式的配平是化学方程式书写的最后一个环节，在此之前，一般需要通过元素守恒法则确定化学方程式两边化合物的元素组成，再根据原子守恒法则确定两边化合物的原子组成，但这种方法有一定的局限性，因为在配平过程中有时会出现同一元素同时出现在多种化合物中的情况，导致配平化学方程式时这些化合物的系数互相干扰，学生易受此困扰，无法顺利配平化学方程式。从化合价的角度来看，无论化合物的原子組成比例如何变化，其化学式中正化合价总数总等于负化合价总数，即各元素的得失电子数相同，利用这一规律，可以求出反应前后元素的最小公倍数，进而确定电子得失数，再根据原子守恒法则配平化学方程式。

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

解析：该题与普通的化学方程式配平题有所不同，Na、S、H和O四种元素同时存在于NaIO₃、NaHSO₃、NaHSO₄、Na₂SO₄和H₂O等多种化合物中，配平化学方程式时，NaHSO₄和Na₂SO₄的系数同时受NaIO₃和NaHSO₃的影响，H2O的系数也要根据这些化合物的系数来确定，所以直接用原子守恒法则依次配平各原子是很难一次性使化学反应方程式前后各原子数量保持一致的，需要再次进行多次训算，浪费大量解题时间。若根据化合价法则，先根据NaHSO₃中S的化合价由+4价升到NaHSO₄、Na₂SO₄中的+6价，失2个电子;NaIO₃中I的化合价由+5价降低到I₂中的0价，得5个电子，故S和I两种原子的最小公倍数是2×5=10，进而得出NaIO₃的系数为2，NaHSO₃的系数为5，再根据原子守恒法则即可计算出NaHSO₄Na₂SO₄、I₂和H₂O的系数分别为3、2、1和1，最终配平化学方程式2NaIO₃+5%HSO₃→3NaHSO₄+2Na₂SO₄+I₂+H₂O。该法巧妙运用化合价法则直接确定了反应物的系数，避免了二次计算的问题，提高了化学方程式配平类化学题的解题效率。

4.化合价在化学产物计算中的巧妙运用

化学产物的计算一直是守恒法的典型应用题型，主要是根据原子守恒和质量守恒将化学题转化为数学问题，通过计算得出化学产物，但有些化学产物的涉及的数学计算非常复杂，如果按部就班地计算，需要耗费大量时间，而且需要学生具备较强的运算能力，保证运算结果的准确性，不利于解题效率的提高。从化合价的角度来看，化学反应前后虽然元素的化合价可能发生变化，但化合物的正化合价总数总仍等于负化合价总数，也就是说，反应物的得电子数和失电子数相同。利用这一原理，可以快速确定反应物之间的关系，再结合已知条件，更容易计算出反应产物，提高解题效率。

总之，在高中化学教学中，巧妙运用化合价，能够快速、准确地确定原子序数、判断电极反应式、配平化学方程式、计算化学产物，进而提高高中化学的解题效率。

参考文献：

[1]周敏，陶丽红.高中化学解题效率提升之化合价的利用[J].考试周刊，2018（45）：178.

[2]刘秀杰.应用“化合价”提高高中化学解题效率[J].中学化学教学参考，2018（06）：75.