摘 要：随着教育改革的不断推进，高中化学教学质量也在不断提升，越来越多的化学教师开始重视培养学生的解题能力。而化合价应用作为学生必备的化学技能，對于学生明确解题思路，提高解题质量和效率具有促进作用，所以教师应在课堂上加强传授化合价的应用方法。文章就化合价对提高高中化学解题效率的作用进行简要的分析，希望能对学生提升化学能力和素养有所帮助。
关键词：化合价;高中化学;解题效率;作用;元素
一、 引言
化合价作为高中化学课程中的重点知识内容，其在概念内容理解、解题方法运用、检查解题答案等方面有较为广泛的运用。化学作为一门从微观角度上研究物质分子、原子的结构、性质、规律的科学，必然会涉及大量的计算内容。而化合价则是高质高效地解决这些问题的关键要点，化合价应用对于学生提升化学解题质量和效率有极大促进作用，所以学生必须要对其进行更加深刻的认识与理解，全面性地掌握化合价知识和用法。然而当前很多学生对于化合价知识的掌握与运用还不到位，所以教师需要加强对化合价教学的研究力度，以帮助学生深入掌握化合价知识，促进学生形成适合自身化学素质能力提升的学习方法和解题路径。
二、 化合价相关概述
化合价是最简单、基础的化学知识，亦是学好化学不可或缺的技能。它贯穿于整个高中化学课程，对于学生厘清化学概念、性质、规律，从本质上了解化学反应真实情况具有积极的促进意义。化合价是指一种元素的一个原子在与其他化学元素的原子进行化合时所表现出来的性质和特征。通常情况下，化合价的价数等同于该元素原子在进行反应且达到稳定结构后所得失的电子数。若该元素原子得到电子，则为“+”价，若该元素原子失去电子，则为“-”价。
此外，化合价是原子化学键能力形成的一种展现，它能够体现两个元素或多个元素在化合后表现出来的稳定结构性质。需要注意的是，通常来说的单质元素，其化合价为“0”。也就是说当元素以游离态的形式存在，在没有与其他元素进行化合时，不能体现其化合价性质。
学生正确理解化合价内涵，巧妙运用化合价知识，可以清晰解题思路，甚至是简化解题过程，从而更加简洁、灵活地掌握解题方法，实现对化学知识的灵活运用。
三、 “化合价”在提高化学解题效率所发挥的作用
（一）判断化学式书写正确与否
化学式是指利用化学元素符号和数字组合的方式将物质结构表达出来的式子，每种物质对应一个化学式，如氢氧化钠（NaOH），二氧化碳（CO2），四氧化三铁（Fe3O4）等。当然在判断化学式书写是否正确时会有很多种方法，但利用化合价知识进行判断是一种更加直观、简单的方法。
化学式中的化合价为“0”，它的本质意义是正化合价数和负化合价数相等。在书写化学式时，都是将正价元素写在前面，负价元素写在后面，如CO2、SO2、SO3等，这一点可以给学生很多启示。而且也正是基于这种规律和方法，学生可以更加清晰地寻找解题思路。学生通过巧用化合价知识，能够快速在化合价计算中建立等式，从而减少解题时间，提高解题质量和效率。
以习题“某物质M的最高化合价为+a，它的最高价氧化物对应的水化物化学式中有b个氢原子，那么求该物质最高价氧化物的水化物化学式”为例，在分析此题时，学生往往会被题干内容绕得“云里雾里”，找不到具体的解题思路。而学生若熟练掌握化合价知识，那么这道题将会迎刃而解。在解题过程中，先建立关系式，首先设该物质M最高价的氧化物对应的水化物化学式为HbMxOy，可以肯定的是bH+=MxOy-b，又因为M物质的最高化合价为+a，所以-b=ax+（-2y），整理得ax=2y-b。然后Mx的价数也应等于b（H-），所以可知ax=b，再代入之前的式子可知原化学式为H2b-aMOb。通过抓住化学式正价数和与负价数和相等的原理，可以将化学式中所涉及的元素价数进行整合，便可以联立方程，以此算出化学式中各元素的原子个数。
对于利用元素原子结构推导化合价和得出化学式的问题，化合价知识也有很大作用。以习题“已知M原子最外层电子数为a个，N原子的最外层电子数为b个，且a是b的两倍，那么如何表达MN化合物的化学式”为例，在分析此题时，首先推导化合价，需要考虑电子层达到稳定后电子的排列形式。由于题意可知，M元素的化合价可以是-a或是8-a，N元素的化合价可以是-b或是8-b，由于核外电子层性质及a是b的两倍可知，该化合物的化学式应为N2bMb，即简化为N2M。
（二）依据化学式逆向求解化合价
化学式与化合价之间关系和互为求导的方法需要进一步清晰。在实际做题和运算过程中，若学生没有深刻掌握化合价知识，很容易思维混乱，技巧使用“模棱两可”的情况。因此，学生要充分认识化合价概念的由来，认识到元素的核外电子相互化合的数目决定这种元素的化合价，理解同一元素以不同质量与不同元素进行化合，其反应所得到的化学物质不一定相同，其化合价的体现也是不一定相同。比如常见的Mn，Fe，N等元素，在化学反应中会出现很多种化合价，而且反应时所得到的物质的性质也有极大不同，如FeO、Fe2O3、Fe3O4、MnO2、K2MnO4、KMnO4等。基于这种情况，片面地利用所了解的化合价把握化学式就会存在困难，甚至会有很多行不通的地方，所以教师一定要让学生从化学式中对每个元素的化合价进行深入了解，以此把握化学式内容。
以习题“已知锰酸钾的化学式为K2MnO4，它是一种墨绿色或灰黑色的无机物。高锰酸钾的化学式为KMnO4，它是一種黑紫色的强氧化剂，容易发生爆炸。现要弄清这两种物质形成时的化学反应情况，请先指出Mn元素的化合价”为例，此题并没有难度，只要把握住化学式中的化合价总和为0，找到熟悉元素的化合价，如O为-2，K为+1，即可算出Mn元素在该化学式中体现的化合价。解题思路为：设Mn的化合价为+a，那么在K2MnO4中，可知（+1）×2+a+（-2）×4=0，整理得a=+6;在KMnO4中，可知（+1）+a+（-2）×4=0，整理得a=+7。
本质上来说，这是一种化学解题思想，可以延伸出很多方法，比如在化学式中遇到不了解的元素时，首先要重点观察其化学式的组成形式，然后依据化学式化合价为0的机理，计算出这个未知元素在化学式中体现的化合价。经过反复的求导与练习，便能更好地把握化合价的应用方法。
化学式与化合价有一定的互通性，可以将这种内在关系作为已知条件来求导未知部分。尤其是越复杂的化学式，就越可以应用这种方法来认识未知元素的化合价。以习题“YaOb、BaCO3、CuO为原料，合成一种新型的化学物质，它具有高温性、超导性，该物质的化学式可以写为Y2Ba4Cu6O13，若在合成反映过程中各元素化合价未发生变化，请求出元素Y的化合价及YaOb的化学式”为例，在读完题干内容后，学生会对Y元素和Ba元素的化合价较为陌生，但根据已知条件可以求出ba元素的化合价，然后再将其代入Y2Ba4Cu6O13化学式中，以此求出Y元素的化合价和YaOb的化学式。具体过程如下：根据已知条件可知，Ba的化合价等于CO3化合价的相反数，即为+2价，同理可知a=2b，Cu的化合价为+2价。设Y的化合价为x，依据化学式Y2Ba4Cu6O13可知，x×2+2×4+2×6+（-2）×13=0，整理得x=+3。由此可得3a=2b，所以YaOb的化学式为Y2O3。此题反映出了化合价与化学式之间的关系，学生只要对该思想进行精准理解，那么解决化学式问题将不再是难题。
（三）已知化合物元素质量比求化合价
化学元素知识始终贯穿于高中化学课程，其中按照质量比的形式计算化合价的问题十分复杂，若学生未能熟练掌握化合价知识，那么在解决化学计算题时将会困难重重。因此，应通过化合价的应用来深化学习内容，以更加快速、准确地解决化学计算题。以习题“在N元素的氧化物中，N元素与O元素的质量比为7∶16，那么求该氧化物中N元素的化合价”为例，在解题过程中，首先要假设该氧化物的化学式为NxOy，然后依据题设的已知条件联立方程，即为（14×x）∶（16×y）=7∶16，整理可得x∶y=1∶2，所以该氧化物的化学式应为NO2。由于O的化合价为-2，所以N的化合价为+4。针对此种类型题，化合价知识的运用对于解决问题发挥巨大作用。学生通过依据题干信息，找寻等量条件，然后联立方程组，就可以解决问题。
化合价在质量分数计算中的应用也较多，学生只要能抓住题干中的线索，巧妙利用化合价知识，便可以明确解题思路，从而将复杂的习题简单化，更加精准地进行计算。以习题“已知有一种铁的氧化物，其中铁元素元素的质量分数约为72.4%，求该氧化物中铁元素的化合价是多少”为例，在分析此题时，首先要充分挖掘题中的信息条件，找寻方程等式关系。对于质量分数可以转化成相对原子质量比。具体步骤如下：设该氧化物的化学式为FexOy，可以得到方程（56×x）∶（56×x+16×y）=72.4%，然后进行化简可得x∶y≈3∶4，所以由此可知该氧化物的化学式为Fe3O4，则Fe的化合价为+2价和+3价。
（四）化合价在氧化还原反应中的应用
氧化还原反应是高中化学中的重点、难点、疑点知识，其内容常常涉及复杂多变的定量关系，会给学生研究问题设置诸多障碍。而利用化合价知识找寻解题路径，往往可以帮助学生明确解题思路，提高解题质量和效率。以习题“H2SO4+H2O2+2FeSO4=Fe2（SO4）3+2H2O中，1摩尔H2O2参加反应时所转移电子的物质的量为多少？1摩尔FeSO4参加反应时得到电子的物质的量为多少”为例，这是一道较为经典的化学题，需要利用化合价来找到问题的关键点，以此算出物质的量。在分析该题时，首先要明确各个反应物质元素的化合价。SO4为-2价，FeSO4中的Fe为+2价，H2O2中的O为-1价，Fe2（SO4）3中的Fe为+3价。也就是说在发生反应后H2O2中的O从-1价变为-2价，即一个H2O2转移了2个电子。在发生反应后FeSO4中的Fe从+2价变成了+3价，即一个FeSO4得到了2个电子。此题若不利用化合价和电荷守恒等知识进行解答，那么思考起来将十分吃力，甚至难以找到头绪。
化合价在计算氧化和还原产物物质的量的比中也有较多运用。这种类型题相较于上文中的例题难度更大，而且十分复杂，学生若不能把握抓住化合价和电子守恒规律，在解题过程中极容易犯错。以习题“硫酸铵（NH4）2SO4在常温条件下较为稳定，当受到强热时，它会出现分解现象，生成氨气NH3、二氧化硫SO2、氮气N2和水H2O，那么在反应中所生成的氧化产物和还原产物的物质的量的比是多少”为例，在研究此题时，首先要明确各元素的化合价变化情况，再找到哪些物质是氧化产物，哪些物质是还原产物，然后计算氧化产物和还原产物物质的量的比。在反应前（NH4）2SO4可中的N元素化合价为-3价，S元素的化合价为+6价，而在反应后N2中N元素的化合价为0价，SO2中S元素的化合价为+4价，所以氧化产物是N2，还原产物是SO2。然后设氧化产物N2物质的量为a，还原产物SO2物质的量为b，依据化合价升降相等的原则，联立方程得3×2×a=2×1×b，所以a∶b=1∶3。
在发生两个或多个氧化还原反应中，化合价知识的运用更具价值，是找寻解题思路和计算答案的关键。以习题“在70℃的条件下，氯气Cl2可与氢氧化钠NaOH溶液同时发生两个氧化还原反应，在反应结束后，经过检测发现溶液中含有次氯酸钠NaClO和氯酸钠NaClO3，且二者之比为4∶1，求溶液中氯化钠NaCl和次氯酸钠NaClO物质的量的比是多少”为例，在分析此题时，首先还是要明确发生这两个反应的化学方程式，即为2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，6NaOH+3Cl2=5NaCl+NaClO3+3H2O（加热）。然后分析各元素的化合价变化情况，在发生反应前，Cl2可中Cl元素的化合价为0，在发生反应后，NaCl中Cl元素的化合价为-1价，NaClO中Cl元素的化合价为+1价，NaClO3中Cl元素的化合价为+5价，可以设NaCl物质的量为a，NaClO物质的量为b，依据化合价升降相等原则，1×a=1×b+5×a×b，又次氯酸钠NaClO和氯酸钠NaClO3之比为4∶1，所以a∶b=9∶4。
在金属和酸或水的反应中，也常常涉及化合价的使用，比如参与反应的金属单质的物质的量，其与化合价相乘得出的结果应是氢气物质的量的两倍。加强对这一规律的应用，可以帮助学生快速解决金属和酸或水反应的计算题。以习题“某种常见金属单质与硝酸发生反应，若反应不复杂，有且只有一种还原产物，同时参与反应的金属单质与被还原硝酸物质的量之比为2∶1，那么还原产物可能是哪种气体”为例，在充分挖掘题设条件后，学生可以想到可能是还原产物的气体主要有NO、N2、NO2、N2O，然后可知常见金属的化合价，一般为+1价、+2价、+3价，而这种金属在与硝酸进行反应时，二者得失电子数必然相同。学生通过利用得失电子数与金属化合价、氮元素化合价之间的关系联立等式，然后再利用数值带入法进行估算，便可排除NO、N2、NO2，从而得出答案。由此可见，灵活的掌握化合价知识对于解决此种类型题具有较大帮助。
四、 结语
综上所述，元素化合价是高中化学中重要的应用技能，它在判断化学式书写是否正确，利用化学式逆向求解化合价，利用化合物元素质量比求化合价，以及解决氧化还原反应计算题等方面，都能为学生提供思路，從而帮助学生提高解题质量和效率。
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作者简介：
陈艺君，江苏省扬州市，南京师范大学第二附属高级中学。
