《化学式思维导图》
一、 引言
化学式是化学学科的基础语言，掌握并灵活运用化学式是理解化学物质组成、性质以及反应的关键。本思维导图旨在系统梳理化学式的概念、书写规则、命名规范以及在化学计算中的应用，帮助学习者建立清晰的知识体系。
二、 化学式的基础概念
2.1 定义
- 化学式： 用元素符号和数字表示物质组成的式子，表明物质的元素组成和原子个数比。
2.2 类型
- 实验式（最简式）： 表示化合物中各元素原子最简单的整数比。
- 例如：葡萄糖的实验式为 CH₂O。
- 分子式： 表示由分子构成的物质的每个分子所含原子种类和数目的式子。
- 例如：葡萄糖的分子式为 C₆H₁₂O₆。
- 结构式： 用短线表示原子间的连接方式和成键情况的式子。
- 例如：乙醇的结构式为 CH₃CH₂OH。
- 结构简式： 将结构式中部分原子间的连接省略，但仍能体现分子中主要结构特征的式子。
- 例如：乙醇的结构简式为 C₂H₅OH。
- 电子式： 用小黑点或小叉表示原子最外层电子的式子。
2.3 意义
- 宏观意义：
- 表示一种物质。
- 表示该物质的元素组成。
- 微观意义 (仅适用于由分子构成的物质)：
- 表示该物质的一个分子。
- 表示该分子中各原子种类和数目。
三、 化学式的书写规则
3.1 元素排列顺序
- 金属在前，非金属在后： 一般情况下，正价元素在前，负价元素在后。
- 例如：氧化镁 MgO，氯化钠 NaCl。
- 氧在后，氢在前： 常见于酸和含氧酸盐中。
- 例如：硫酸 H₂SO₄，硝酸钾 KNO₃。
- 碳在后，氢在前： 有机物中通常碳排在前面，氢排在其次，其他元素按电负性顺序排列。
- 例如：甲烷 CH₄，乙醇 C₂H₅OH。
- 特殊情况： 氨气 NH₃ (氮在前，氢在后)。
3.2 角标的使用
- 右下角数字： 表示一个分子中所含该原子的数目。
- 例如：H₂O 表示一个水分子含有两个氢原子和一个氧原子。
- 右上角数字： 表示离子所带的电荷数，以及该离子的电性 (正负)。
- 例如：Na⁺ 表示钠离子带一个单位正电荷，SO₄²⁻ 表示硫酸根离子带两个单位负电荷。
- 左上角数字： 表示核素的质量数。
- 例如：¹²C 表示碳-12 核素。
- 左下角数字： 表示核素的原子序数。
- 例如：₆C 表示碳原子，原子序数为 6。
3.3 化合价规则
- 单质分子中元素的化合价为零。
- 例如：H₂，O₂，Fe，Cu 等。
- 化合物中各元素正负化合价代数和为零。
- 例如：H₂O 中，H 为 +1 价，O 为 -2 价，2(+1) + (-2) = 0。
- 离子所带电荷数等于该离子的化合价。
- 例如：Na⁺ 的化合价为 +1，SO₄²⁻ 中硫酸根的化合价为 -2。
- 常见元素的化合价：
- 氢通常为 +1 价，氧通常为 -2 价，碱金属通常为 +1 价，碱土金属通常为 +2 价，氟总是 -1 价。
四、 化学式的命名
4.1 无机化合物的命名
- 命名顺序： 一般情况下，命名顺序为“阳离子在前，阴离子在后”。
- 例如：氯化钠 NaCl，氧化镁 MgO。
- 变价金属： 标明金属元素的化合价，用罗马数字表示。
- 例如：氯化铁 FeCl₂ (氯化亚铁)，氯化铁 FeCl₃ (氯化铁)。
- 含氧酸盐： 根据酸根的名称命名。
- 例如：硫酸钠 Na₂SO₄，硝酸钾 KNO₃。
4.2 有机化合物的命名
- 系统命名法： 基于主链碳原子数和取代基的位置命名。
- 例如：2-甲基丙烷 (CH₃)₂CHCH₃。
- 俗名： 常见的有机化合物有俗名。
- 例如：乙醇 (酒精)，乙酸 (醋酸)。
五、 化学式在化学计算中的应用
5.1 相对分子质量的计算
- 相对分子质量等于各原子相对原子质量之和。
- 例如：H₂O 的相对分子质量 = 2 × 1 + 1 × 16 = 18。
5.2 元素质量分数的计算
- 元素质量分数 = (该元素相对原子质量 × 该元素原子个数) / 相对分子质量 × 100%。
- 例如：H₂O 中氧元素的质量分数 = (16 × 1) / 18 × 100% ≈ 88.9%。
5.3 根据化学式进行物质的量的计算
- 物质的量 (n) = 质量 (m) / 摩尔质量 (M)。
- 摩尔质量 (M) 在数值上等于相对分子质量。
5.4 化学方程式的配平
- 根据质量守恒定律，反应前后原子种类和数目不变。
- 通过配平化学方程式，确定反应物和生成物之间的物质的量关系，进行相关计算。
六、 总结
掌握化学式是学习化学的基础，通过本思维导图的学习，希望能够帮助学习者系统地理解化学式的概念、书写、命名以及应用，为后续的化学学习奠定坚实的基础。