化学式的意义What a Chemical Formula Means

大思想 · 数量与比例(SPQ)AP 衔接 · Unit 1约 20 分钟

学习目标

  • 说出化学式的宏观意义和微观意义
  • 区分符号前面、右下角、右上角、正上方数字的含义
  • 根据化学式说出物质由哪些元素组成、一个分子里各有几个原子

前置知识

  • 元素、单质与化合物(1.2.6)
  • 分子与原子(1.3.1)
  • 元素符号与元素名称(1.4.1)

什么是化学式

用元素符号和数字表示物质组成的式子,叫做化学式chemical formula。每种纯净物都有确定的化学式,比如水是 HX2O\ce{H2O},二氧化碳是 COX2\ce{CO2}。化学式不是随便写的,而是通过实验测出物质的组成以后确定的。

化学式的四层意义

以 HX2O\ce{H2O} 为例:

意义以 HX2O\ce{H2O} 为例
宏观表示一种物质水
宏观表示这种物质由哪些元素组成水由氢、氧两种元素组成
微观表示这种物质的一个分子一个水分子
微观表示一个分子由哪些原子构成、各有几个一个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成

三类物质的化学式

  • 由分子构成的物质:如 HX2O\ce{H2O}、COX2\ce{CO2}、OX2\ce{O2},化学式表示一个分子的构成。
  • 由原子直接构成的物质:金属(如 Fe\ce{Fe}、Cu\ce{Cu})、稀有气体(如 He\ce{He})和少数固态非金属(如 C\ce{C}),化学式就是元素符号。
  • 由离子构成的物质:如氯化钠 NaCl\ce{NaCl}。它没有分子,化学式表示其中钠、氯原子的个数比是 1 : 1。

点下面的化学式看一看,注意加了系数以后意义有什么变化:

动手试试:点一个化学式,看看它表示什么
HX2O\ce{H2O}

宏观意义

  • 表示水这种物质
  • 表示水由氢、氧两种元素组成

微观意义

  • 表示一个水分子
  • 表示一个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成

数字写在不同位置,意思不一样

位置例子含义
前面(系数)2 H\ce{2H}、2 HX2O\ce{2H2O}粒子的个数:2 个氢原子、2 个水分子
右下角(下标)HX2O\ce{H2O} 中的 2一个分子中某种原子的个数
右上角MgX2+\ce{Mg^2+} 中的 2一个离子所带的电荷数
正上方Mg+2O\overset{+2}{\ce{Mg}}\ce{O} 中的 +2元素的化合价(下一节学)

注意:化学式前面一旦加了系数,就只有微观意义了。2 HX2O\ce{2H2O} 只表示 2 个水分子,不能说成“2 个水”。

例题 1:二氧化碳的化学式

说出 COX2\ce{CO2} 的四层意义。

分步解析
  1. 宏观:物质。 表示二氧化碳这种物质。
  2. 宏观:组成。 表示二氧化碳由碳、氧两种元素组成。
  3. 微观:分子。 表示一个二氧化碳分子。
  4. 微观:构成。 表示一个二氧化碳分子由 1 个碳原子和 2 个氧原子构成。

例题 2:四个长得很像的符号

说出 N\ce{N}、2 N\ce{2N}、NX2\ce{N2}、2 NX2\ce{2N2} 各表示什么。

分步解析
  1. N\ce{N}:表示氮元素,也表示一个氮原子。
  2. 2 N\ce{2N}:前面有系数,只表示 2 个氮原子。
  3. NX2\ce{N2}:表示氮气这种物质,氮气由氮元素组成;也表示一个氮分子,一个氮分子由 2 个氮原子构成。
  4. 2 NX2\ce{2N2}:前面有系数,只表示 2 个氮分子。
练一练:下面各符号里的 2 表示什么?
  1. 2 H\ce{2H} 中的 2
  2. OX2\ce{O2} 中的 2
  3. MgX2+\ce{Mg^2+} 中的 2
  4. Mg+2O\overset{+2}{\ce{Mg}}\ce{O} 中的 2
  5. 2 CO\ce{2CO} 中的 2
  6. HX2SOX4\ce{H2SO4} 中的 2
  7. SOX4X2−\ce{SO4^2-} 右上角的 2

常见误区

误区 1:宏观、微观混着说。 “水由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成”是错的。说物质要用元素(水由氢、氧两种元素组成),说分子才用原子(一个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成)。

误区 2:“2 HX2\ce{2H2} 表示 2 个氢气”。 加了系数只有微观意义,应该说 2 个氢分子。

误区 3:“一个氯化钠分子”。 氯化钠由离子构成,根本没有氯化钠分子。

即时小测

关于 COX2\ce{CO2},下列说法正确的是?

下列符号只有微观意义、没有宏观意义的是?

小结

  • 化学式用元素符号和数字表示物质的组成。
  • 宏观上,化学式表示一种物质和它由哪些元素组成;微观上,表示一个分子和这个分子由哪些原子构成。
  • 前面的数字是粒子个数,右下角是一个分子中的原子个数,右上角是离子电荷数,正上方是化合价。
  • 加了系数只有微观意义;由离子构成的物质没有分子。
通往 AP(以后再看)

AP U1.3 从化学式出发讨论物质的元素组成,还会区分分子式和经验式(最简式)。对离子化合物,AP 不说“分子”,而说“化学式单元”(formula unit)。

练一练这一章:模块 5 · 化学式与化合价 · 10 道题

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