物质的化学式与优化

【课标要点】

1.说出几种常见元素的化合价。

2.能用化学式表示某些常见物质的组成。

3.能初步认识常见离子符号。

4.能看懂某些商品标签上标示的物质成分及其含量。

【梳理归纳】

1.元素化合价与原子结构

化合价反映了不同元素在相互化合时的原子个数关系，在化合物中，这种关系是固定的，因此相同的化合物都具有相同的元素组成。常见的元素化合价请参阅教材。

化合价与元素的原子结构有很密切的联系。对于一些常见金属元素来说，它的最高正价的数值正好等于这种元素的原子最外层电子数。而对于常见的非金属元素而言，它的最低价的数值与其最外层电子数的和为8。如通常情况下，钠的化合价为+1，镁的化合价为+2，氧的化合价为-2。

2.化合价与化学式书写

在符合事实的前提下，书写化学式一般应遵循：

①正确、规范地书写组成化学式的元素符号；

②在元素符号正上方标出化合价；

③正价元素写在左边，负价元素写在右边；

④初步确定元素符号右下侧代表该元素原子个数的“小数字”；

⑤利用“最小公倍数”等约简法确定化学式里的元素原子个数；

⑥根据“化学式中各元素正、负化合价代数和为零”的原则来检验化学式的正误。

但也有特例，如：

①氨气（NH3）、甲烷（CH4）中的+1价的氢元素却写在了右侧；

②过氧化氢（H2O2）、乙烯（C2H4）等分子式里元素符号右下侧的两个“偶数”是不必约简的。

3.化学式的含义

化学式含有丰富的化学信息，我们可以通过化学式了解物质的组成元素，可以了解各组成元素的原子个数关系、质量比关系等。具体地讲化学式可以表示：①物质；②组成该物质的元素种类；③该物质所含元素的质量比；④该物质所含各元素的原子个数比；⑤该物质可能的所属类别。

4.物质种类与化学式

用元素符号和数字的组合表示纯净物组成的式子叫化学式。化学式不是任意臆造的，既需通过精密实验测定来得到，又得有一种国际公认的“约定俗成”的标准去表述。

（1）单质的化学式

金属单质的化学式

由于在金属固体内存在自由电子（金属是导电体的缘故）、金属阳离子和金属原子，内部结构比较复杂，一般用其元素符号简单表示某金属，如：镁（Mg）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）等。

非金属单质的化学式

非金属单质由于构成微粒的复杂性，表示方法不尽相同。

①由分子组成的物质用分子式表示：氧气（O2）、氢气（H2）、氮气（N2）、氯气（Cl2）、液溴（Br2）、足球烯（C60）等；

②由复杂分子组成的物质就用元素符号简单表示：S代表硫磺，而P既表示红磷又代表白磷（白磷还可以用P4表示）；

③由原子组成但空间排列复杂的也用元素符号简单表示：C可以表示石墨、金刚石和活性炭，Si可以表示晶体硅；

④稀有气体是由原子直接组成的（即“单原子分子”），故其化学式直接用元素符号表示，如：氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn）等。

（2）无机化合物的化学式

氧化物：二氧化硅（SiO2）、二氧化硫（SO2）、氧化铁（Fe2O3）、氧化汞（HgO）等。

酸：盐酸（HCl）、硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）、碳酸（H2CO3）等。

碱：氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）、氢氧化钙［Ca（OH）2］等。

盐：氯化钠（NaCl）、硫酸锌（ZnSO4）、硫酸铜（CuSO4）、硝酸钠（NaNO3）等。

（3）有机化合物的化学式

乙醇（C2H5OH）、乙酸（CH3COOH）、葡萄糖（C6H12O6）、淀粉［（C6H10O5）n］等。

5.分子式

由分子组成的纯净物，其化学式又可以称为分子式。如水的分子式为H2O，宏观上可表示水由氢、氧两种元素组成，微观上可表示每个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。

分子式或化学式已经具有一定的含义，但它还是存在局限性：如不能表达和反映组成分子的原子之间的空间位置、连接方式和连接次序。

*6.结构式

结构式是用元素符号和其周围的短线表示分子中各个原子的连接方式及顺序的式子。如：

注：标记“*”的条目是类似于“拓展视野”范畴的内容，以下同。

7.常见的离子符号及其含义

离子是原子或原子团失去或得到电子后的显电性的微粒。

简单离子符号一般用元素符号以及其右上方依次标注电荷量数（电荷量数为1时可省略）和电荷符号（+或-），如：钾离子（K+）、钠离子（Na+）、钙离子（Ca2+）、氯离子（Cl-）等；复杂离子即原子团离子（又称“某某根离子”），如：铵根离子、氢氧根离子（OH-）、硫酸根离子、硝酸根离子、高锰酸根离子、锰酸根离子等。

【案例解析】

例1 下列对二氧化碳（CO2）的组成说法正确的是（　）。

A.二氧化碳是由一种碳元素和两种氧元素组成的

B.二氧化碳是由一个碳原子和两个氧原子组成的

C.二氧化碳是由二氧化碳分子组成的

D.二氧化碳是由碳元素和氧气组成的

分析 “二氧化碳”是由碳、氧两种元素组成的氧化物，氧元素只有一种，不存在第二种氧元素。二氧化碳气体（或干冰）由无数个二氧化碳分子组成（这里讲“组成”或“构成”都是合理的）；而每一个二氧化碳分子则由一个碳原子和两个氧原子所组成（这里讲“组成”或“构成”也是合理的）。二氧化碳本身属于纯净物，不可能含有另外的物质如氧气等。因此只有C正确。

答案 C

例2 请你从给定化合价的五种元素中，选择适当的元素，按要求各写出一种符合要求的化学式。单质：____________；金属氧化物：__________；非金属氧化物：__________；由三种元素组成的化合物：__________。

分析 根据题给的五种元素的化合价可知，能形成单质的元素化合价应为0，因此只有Cu元素才能组成单质，同时，Cu元素不能再与其他元素组成化合物。金属氧化物是金属元素和氧元素组成的化合物，显然应由K与O组成氧化物。非金属氧化物是非金属元素和氧元素组成的化合物，因此应由N与O（或由H与O）组成。由三种元素组成的化学式，一般都含有原子团，因此，应先确定原子团，然后再写出化学式。上述给定的元素中，能组成两种原子团，即OH和NO3，其化合价均为-1，这样就能写出符合要求的化学式了。

答案 Cu K2O N2O5或H2O HNO3或KOH或KNO3

例3 水受热变成水蒸气和水分解生成氢气和氧气有何区别？请用分子原子观点解释。

分析及解答 水受热变成水蒸气，从微观的角度来说是水分子之间的空隙增大了，水分子的运动速率增大了，而水分子本身没有发生改变，没有其他物质生成，所以是物理变化。水分解生成氢气和氧气，是由氢原子和氧原子构成的水分子分裂，生成了氢原子和氧原子，每两个氢原子结合成一个氢分子，大量的氢分子聚集成氢气；每两个氧原子结合成一个氧分子，大量的氧分子聚集成氧气。在变化中，原子所属元素的种类没有变化，分子的种类发生了改变，生成了新物质，是化学变化。

例4 右图是已破损的维生素C（简写VC）说明书部分信息。已知维生素C由碳、氢、氧三种元素组成。请回答：

××牌维生素C（片剂）

化学式：C6H8O

相对分子质量：176

规格：每片含VC10mg

用法与用量：一日3次，

成人每次2片

……_________________

（1）VC中碳、氢元素质量比为__________。

（2）VC的化学式为________________。(www.xing528.com)

（3）小辉妈妈每天服用VC片剂，小辉建议妈妈可食用西红柿代替VC片，若100g西红柿含VC30mg，则小辉妈妈每天食用西红柿________g即可达到服用上述VC片的效果。

分析 本题通过给出维生素C说明书，考查化学式的有关计算。解答此题一定要抓住说明书所给有用信息。（1）由于VC的化学式中含6个C原子、8个H原子，因此碳、氢元素质量比m（C）∶m（H）为（12×6）∶（1×8）=72∶8（或9∶1）。（2）根据Mr（VC）为176，则其中含O原子的个数为（176-12×6-1×8）÷16=96÷16=6，因此VC的化学式为C6H8O6。（3）每日服3次，每次2片，共计服6片VC片剂，其中含VC的质量m（VC）=6×10mg=60mg。则需食用西红柿的质量m（西红柿）=60mg÷30mg×100g=200g。

答案 （1）72∶8（或9∶1） （2）C6H8O6 （3）200

例5 （1）根据要求写出下列符号的含义：①N2 ②2O ③3Cl-

（2）根据要求写出相应的化学符号：①三个镁离子 ②+2价的铜元素 ③硫酸根离子

分析 对于化学式，它既有宏观上表示一种物质的含义，又有微观的意义，如果是分子构成的物质，其化学式还可以表示一个分子。元素符号既可表示一种元素，又能表示该种元素的一个原子。但当符号前有化学计量数后，就含有多种不同意义，既有宏观的，又有微观的意义，而目前同学们只要了解其微观意义就行了。离子符号与元素符号是类似的。

答案 （1）①氮气或一个氮气分子 ②两个氧原子 ③三个氯离子

（2）

【基础检测】

（一）选择题（单项选择）

1.化学符号“N”除表示氮元素外，还能表示（　）。

A.氮原子　　B.氮分子

C.氮离子　　D.氮气

2.下列说法中正确的是（　）。

A.物质都是由分子构成的，分子又由原子构成

B.同种分子物质的化学性质相同，不同种分子物质的性质不同

C.同种原子可以构成分子，而不同种原子不能结合成分子

D.水电解生成氢气和氧气，说明水中含有氢分子和氧分子

3.下列物质的俗名与化学式不相符的是（　）。

A.纯碱（Na2CO3）　　B.烧碱（NaOH）

C.食盐（NaCl）　　D.生石灰（CaCO3）

4.市场上销售的加碘盐通常加入了碘酸钾（KIO3），则恰当表示碘酸钾中碘符号的是（　）。

5.我国科学家发现，亚硒酸钠能消除加速人体衰老的活性氧。亚硒酸钠中硒元素（Se）为+4价，氧元素为-2价，则亚硒酸钠的化学式为（　）。

A.Na2SeO3　　B.Na2SeO4

C.NaSeO3　　D.Na2SeO2

6.高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、杀菌、灭藻、去浊、脱色、除臭于一体的新型高效水处理剂。下列关于该物质的叙述正确的是（　）。

A.它是一种氧化物

B.K2FeO4中铁元素的化合价为+6价

C.它是一种混合物

D.该物质含有两种非金属元素

7.1985年科学家们发现了C60。下列关于C60的说法正确的是（　）。

A.C60是一种新型化合物

B.C60是由60个中子构成的碳原子

C.C60是一种单质分子

D.C60的相对分子质量为720g

8.大蒜中含有一种有效成分辣素“硫化丙烯”，其化学式为C3H6S，能杀菌，具有一定的抗病功能和食疗价值。下列关于硫化丙烯的说法中正确的是（　）。

A.1个硫化丙烯分子中含有3个氢分子

B.1个硫化丙烯分子由3个碳原子、6个氢原子、1个硫原子构成

C.由碳、氢、氧三种元素组成

D.分子中C、H、S元素质量比为3∶6∶1

（二）填空题

9.用化学符号表示：

2个水分子__________，3个亚铁离子__________，4个汞原子__________；

氧气__________，高锰酸钾__________，双氧水__________，氧化镁__________。

10.现有H、S、O、Na四种元素，请选用其中的元素写出符合下列要求的化学式各一个：

（1）相对分子质量最小的氧化物_____________。

（2）用于金属表面除锈的酸________________。

（3）厨房清洁剂中含有的碱_________________。

（4）由三种元素组成的一种盐______________。

11.天然水中含有的部分杂质如下表所示。

请根据上表内容回答：

（1）写出“主要气体”中两种气体的化学式：____________、____________。

（2）写出“主要离子”中一种阳离子和一种阴离子的符号：__________、__________。

（3）写出由“生物生成物”中的离子组成的磷酸二氢铵的化学式：____________。

12.维生素是人体必备的营养物质，维生素D2的化学式为C28H44O。试计算：

（1）维生素D2的相对分子质量：____________。

（2）维生素D2中的碳、氢、氧三种元素的质量比：____________。

（3）198g维生素D2中含碳元素的质量：____________g。

【探究尝试】

1.两位美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，因为发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究做出的开创性贡献而获得2003年诺贝尔化学奖。他们之所以获得诺贝尔化学奖而不是生理学或医学奖是因为（　）。

A.他们的研究深入到细胞的层次

B.他们的研究深入到分子、原子的层次

C.他们的研究有利于研制针对一些神经系统疾病和心血管疾病的药物

D.他们只研究水的化学性质

2.天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷。例如，在某种氧化镍（NiO）晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。若这种氧化镍样品组成为Ni97O100，则该晶体中Ni3+和Ni2+的离子个数比为_____________。

3.已知每个电子的质量是每个质子（或中子）质量的1/1836，观察下表。

结合已学原子结构的知识，通过此表你可以总结出的规律有：

（1）_______________________________；（2）_______________________________；

（3）______________________________；（4）______________________________；

（5）______________________________；（6）______________________________。