如何判斷一個元素在化合時顯的價數(不嚴謹,但不知道該怎麼說了)?
准初三,要學化學咯|?ω?`)~之前也做過些膚淺的學習,對於電子排布也有所了解,粗淺地董了一點點規則(全空,半滿,全滿),但是不是元素化合都是要一個一個記住...而沒有一個比較好的規則大致指明哪種跟哪種化合會顯怎樣的特性(就是特別希望有一個比較統一的規則)。並不專程只是為了考試,希望了解更多。比方說SO4H2吧,我該怎麼知道S該丟掉6個電子呢(不通過O和H判斷)?我該怎麼知道一種元素在和其它元素化合時該得失多少(!對√主要是多少qwq)電子呢?是不是會關乎到每個元素的特性呢?
這是一個非常基礎的問題,局限在初高中知識點內,我再怎麼回答,也不可能比教材講得更全面、透徹。學習並沒有什麼捷徑,跟著教材和教輔一點點磨透才是正道。對於化學專業本科生小朋友,更本質一些的回答,可以參見我的另一個相關答案。
考慮到很多初三和高一的小朋友初次接觸化學,化合價可能是第一個讓你們有點懵的概念,那麼我就用初等語言給教材做一個補充。
請記住,這只是教材外的補充,同時以下討論會有很多不嚴謹之處。但是初高中範疇內,無傷大雅。
首先你要確立一個非常非常重要的化學概念,即所有化學反應,都是電子云在原子間流動,並重新分布的過程。
然後,化合價只是一個形式概念,而非可測量量,簡單的說,你不能像用天平稱質量一樣,拿一個儀器精確測量元素化合價。化合價是用來幫助總結和預測反應的,而不是一個真的物理量。
教材中,氫氣H2在氧氣O2中燃燒生成水H2O。微觀過程就是氫氣和氧氣分子撞來撞去,在撞到某個合適角度時,它們的電子云重疊得非常好,就發生了流動,兩個H原子的電子流向了O,組合形成了H2O,因此我們稱H在這個過程中失去了一個電子,呈+1價,O得到了兩個電子,呈-2價。
注意,這裡是我們稱H為+1。事實上,這只是一個人為規定,因為水分子中H和O間的電子對強烈偏向O。你硬要說H是0.95價,O是-1.9價,誰也不能拿你怎麼樣。
接著老師和教材會告訴你,所謂主族元素八電子規則,即主族元素的最外層原子軌道全充滿和全空是最穩定的。因此根據這個規律,很多常見的主族元素的常見化合價就被人為規定下來了。
如果還想問為什麼,要理解本質需要大學結構化學課程,以及線性代數和微分方程作為補充。因此無需著急。
所以化合價,其實就是一個描述化學反應中,得失電子數的一個標量。且為了方便,人為規定大量化合價為整數。
很快,你會學到複分解反應,複分解反應中不涉及化合價的變化,這是因為複分解反應中,電子云的流動變化幅度很小。當然硬要死扣,說化合價變了0.1也可以,可沒什麼太大價值。好的概念是為了方便化學家的,不是來折磨人的。
所以硫酸中H2SO4中S為+6,因為人為規定了H為+1,O為-2,和必須為0。當然,你硬要說H為+1,2個O為-2,2個O為0,S為+2,我也不能把你怎麼樣。只不過你跟教材對著干,考試可能沒有分罷了…
當然規定也要講基本法,比如NaH中,因為Na比H更容易給出電子,所以Na+1, H-1,而不是相反。找一本《無機化學》,學習一下「氧化數」的概念,你就不會糾結在「化合價」上了。再看《結構化學》,順帶學一些量子的知識,原子領域基本就不再有問題可以問了。你在哪個年級,多大歲數並不重要,潛心看看會有很多收穫。
感覺題主已經大略有了一些知識儲備,所以解釋起來會更加輕鬆。
初三的化學第一課,課本和老師就會告訴你,化學是一門以實驗為基礎的學科。請記住這句話,以後你遇到的所有bug,都與它有關。因為化學的這個特點,註定了它很多的規律都是經驗性的,非一般的(除了電化學和熱力學等一眾能夠由物理和數學證明的方程以外)
本題所提到的化合價就是其中的一個代表:化合價不是一個並存在的物理量,而是人們基於元素的常見價態等,用來確定化合物元素組成比的數值,一般來說被規定為帶符號的整數。化學老師會說,每個中性化合物中的元素價態乘上化合物中的原子數(或者比例)相加代數和為0。接著,就如同每個中學生會學到的一樣,我們知道了很多元素的常見價態,比如H+1,O-2,Na、K+1等等。我們回過頭來研究一下老師這麼說的原因:我們在了解八隅體規則之後,知道元素的電子排布如果保持了稀有氣體排布的狀態就會比較穩定,這使價層(中學裡默認為最外層)有一個電子的Na極其容易失去一個電子,呈+1價態,保持了Ne的全滿結構;價層有六個電子的氧容易獲得兩個電子,保持Ne的全滿。八隅體規則讓不用考慮眾多特殊情況的課本可以列出一個可供背誦的常見價態表。
那麼從初中對化合價的這個解釋來看,這個問題就變成了每個元素的原子在形成化合物的時候應該獲得/失去多少電子,那麼這麼理解,中性化合物的所謂價數代數和為0也就很好理解了,因為給來給去還是那麼多電子,不會帶有多出來的電荷。看上去很簡單對吧,只要背出所有的元素價態,是不是所有物質基本就能預言或者確定了?
Bug於是出現了。如果我告訴你一種物質的組成是KO2,價態如何判斷呢?如果默認鉀還是正一,那麼氧就是-0.5,如果默認氧還是負二,那麼鉀就是+4。實際上前者是正確的,對於不常見的物質,有時只有一兩種元素保持常見價態,有時都不。問題出在哪裡呢,初中時代對於化合價的解釋不夠完備,八隅體原則(當然課本里不叫這個)本身也有問題,因為穩定的狀態不僅限於稀有氣體的狀態,高周期的相對論效應,過渡金屬的d軌道都是典型的例子。另一方面,環境又是影響穩定性的重要因素,打算以後再贅述。
所以回到開頭那句話,化學是一門以實驗為基礎的學科,只要能觀察到,再bug的事實也是正確的。想要正確理解化合價這類的理論,就一定要認識到,這是不完備的,是有例外的。
其實還有挺多可寫的,有空更新。用XPS、EXAFS圖譜分析?明兒個補充
首先正面回答一下問題。圖中下方的H的1s軌道上少畫了一個電子,請見諒!
首先要知道硫酸的成鍵方式,兩個氧分別和氫成和硫成單鍵,兩個氧分別和硫成雙鍵,共有6個氧硫鍵,因為氧的電負性強於硫,所以共用電子對偏向氧,所以硫呈+6價。------------------------------------------------------------------------然後介紹一下一般化合物中元素化合價的判斷方法。化合價的一般規律:化合物中金屬元素的化合價一般為正,非金屬元素的化合價一般為負,化合物中正負化合價的代數和為0,單質的化合價為0。這是一般規律,非金屬元素很多也是有正化合價的!然後記住下面的順口溜:
一價氫氯鉀鈉銀,二價氧鈣鋇鎂鋅。
三鋁四硅五價磷,二三鐵,二四碳。二四六硫都齊全,銅汞二價最常見。這個順口溜簡單易懂我就不過多解釋了。
然後就需要記住一些結論,比如主族元素的最高價氧化數等於族數(氧、氟除外)。然後還有一些元素在化合物中的常見化合價。氫 非金屬氫化物(硼烷、硅烷除外)中+1 金屬氫化物中-1鹼金屬元素均為+1鹼土金屬元素均為+2硼 鋁 +3碳 一氧化碳中+2 二氧化碳、碳酸、碳酸鹽、酸式碳酸鹽等中+4 在烴中為負化合價硅 通常為+4
氮的化合價比較多,在氨氣NH3中為-3,在聯氨(肼)N2H4中為-2,在一氧化二氮(笑氣)N2O中為+1,一氧化氮NO中為+2,在亞硝酸HNO2中為+3,在二氧化氮中為+4,在硝酸HNO3中為+5磷 在膦PH3中為-3,在次磷酸H3PO2中為+1,在亞磷酸H3PO4中為+3,在磷酸H3PO4及其同多酸和偏磷酸HPO3中為+5氧 通常為-2,在過氧基或過氧根離子中為-1,在臭氧化物、超氧化物中更低,在與F化合時為正價氟只有-1價氯、溴、碘在鹵化物中為-1,在次鹵酸中為+1,在亞鹵酸中為+3,在鹵酸中為+5,在高鹵酸中為+7過渡金屬中常遇到的鐵通常為+2或+3(高鐵酸鹽中為+6),銅通常為+2(也有+1),銀通常為+1,鋅為+2,金為+3(也有+1),汞通常為+2(也有+1),鉛通常為+2或+4,鉻通常為+3或+6(+2價的鉻有強還原性),錳通常為+2,+4,+6,+7,鈷鎳都有+2或+3的化合價。在過渡金屬的酸性氧化物或兩性氧化物及其對應的水化物中該金屬化合價通常較高,如七氧化二錳和高錳酸鹽中為+7,在鉻酸鹽中為+6等等。一般判斷化合物中化合價的方法:
根據容易判斷化合價判斷不不確定的化合價,比如硫酸H2SO4,H為+1價,O為-2價,想要保持代數和為零,S只能是+6價(1*2+6-2*4=0)。再比如超氧化鉀KO2,K只有+1,O只能是-1/2。再比如錳酸鉀K2MnO4,K只能為+1,O為-2,計算可得Mn為+6。再比如二氧化鉛PbO2,O的化合價為-2,Pb的化合價一定為+4。這個方法需要記住常見元素的化合價規律!
有的時候一些化合物的名稱透露出化合物元素的化合價,比如錳酸某,錳的化合價一定為+6,高錳酸某,錳的化合價一定為+7;氫氧化鐵,鐵的化合價一定為+3,氫氧化亞鐵,鐵的化合價一定為+2。通常這樣判斷化合價然後讓你寫出化合物的化學式。
對於一些複雜化合物及有機物的化合價(氧化數),除了我們根據出分子式計算某元素平均化合價(氧化數)外,如果我們知道它們的結構我們可以計算各元素的氧化數,這個時候需要知道各原子的吸引電子能力(電負性)比如丙醛
我們可以計算每個碳的氧化數,最左面的碳,連著3個氫和另一個碳,由於碳的電負性比氫強,所以共用電子對偏向碳,有3個氫,所以第一個碳的氧化數為-3。第三個碳,與一個碳單鍵相連,與一個氫單鍵相連,與一個氧雙鍵相連,氧比碳的電負性大,所以兩對共用電子對都偏向氧,合計共有一對共用電子對偏離碳,於是這個碳的氧化數為+1。同理第二個碳的氧化數為-2。碳的平均氧化數為(-3+1-2)/3=-4/3,與通過分子式C3H6O計算得出的平均氧化數相同。我覺得這個得看你的需求,如果你只是普普通通學個化學,那你大可不必擔心。高考要求不高,等到初三你化合價應該就不會出現什麼問題了。但如果你有志於更高層面的理解,不妨看看其他教材。祖德的,博雅的。巨本、藍皮都可以看看啦,提前進入,也容易為未來沖化學競賽做準備。另外可以去網易公開課聽一聽普通化學啦。很細緻,當然也比較快。
背下來!
元素的電子是各階段化學學習的重要部分,所以各階段都有不同的內容,內容相當多,學習還是需要循序漸進,如果現在從根本上給你清楚明白地解釋一遍,估計需要洋洋洒洒寫上成千上萬字。初三是化學入門的時候,又即將面臨中考,化學此時的作用不過是為你打開新世界的大門。所以最高效的方法就是將常見的化合價記住。分享一下我初三是怎麼記化合價的。
化合價就是人為定義的概念,也就是所謂化學直覺的產物。。。
唔儘管沒什麼幫助,不過還是想講下,在計算化學或者一些比較理論的子學科上,有一些演算法根據計算得到的電子云密度來強行把電子歸屬到某一個原子上,從而產生各種不同的電荷,比如馬利肯電荷等(嗯其實具體的我只知道這個),不過這種算出來的東西有的時候只是一個參考,甚至都不一定是半定量的,只是定個性,跟用的近似方法有關係
emmmmmmm……初中知識不應該涉及到軌道排布,默認你提前接觸一部分基礎知識。
核外電子排布已經ok了對嗎?在高中範圍內結構式+電負性包打天下,基本沒有判斷不了的電子得失情況。簡單玩法:pauling電負性。
高級玩法:阿萊羅周電負性電子云重合成鍵,成鍵後絕大多數情況下核外最外層電子數0(原最外層軌道),2(1s),8。只要涉及大學階段內容這類方法一律作廢(尤其是有機)……就是個初三,說那麼多幹嘛?
首先背會化合價表,然後記得化合價跟最外層電子數有關,金屬都是正化合價,然後用熟悉的推導不熟悉的就完事了,化合價代數和為0.
至於之後的事情,你也不一定上化學專業的大學,也理解不了。
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