第四单元 自然界的水

自学建议 🌟

1. 这一单元第一次把"看得见的物质""化学式""计算"三件事连起来。前面学了微观，这里开始用符号和数来说话，是承上启下的一章。
2. 水的净化四步要串成一条线：沉降→过滤→吸附→蒸馏。每学一步都问自己两个问题："这一步去掉了什么杂质？""得到的水是纯净物吗？"
3. 电解水记住口诀"正氧负氢，氢二氧一"。要会写方程式，还要知道两极的气体怎么检验。
4. 化合价是本单元的"命根子"。常见元素和原子团的化合价必须背到脱口而出，不然化学式写不对，后面的质量分数、质量比全乱套。
5. 三类计算（相对分子质量、元素质量比、质量分数）每天练一题。计算题丢分常常不是不会，而是把括号、角标看错。
6. 电解水和配制溶液都是课本重点实验：预习时先画装置图、理清步骤，上课动手会更顺。

单元导学（学习目标）

学完这一单元，你要能：

• 了解水资源现状和保护措施，掌握沉降、过滤、吸附、蒸馏四种净水方法，会区分硬水和软水。
• 通过电解水实验认识水的组成，会写相关文字表达式和化学方程式，会检验氢气。
• 理解单质、化合物、氧化物的概念，会对常见物质分类。
• 会读、会写常见物质的化学式，能利用化合价写化学式，并熟练做相对分子质量的相关计算。
• 认识水资源的宝贵，树立保护水资源、节约用水的意识。

课题1 水资源及其利用

一、人类拥有的水资源

（一）水的"总量大"与"可用少"

地球表面约 71% 被海洋覆盖着，海洋是地球上最大的储水库。看起来水多得用不完，但真相是：

水的类别	占地球水储量	能否直接利用
海水（咸水）	96.53%	❌ 含盐量很高，不能直接饮用、灌溉
陆地咸水	0.94%	❌ 含盐量高
淡水	只约 2.53%	❌/✅ 其中大部分还以冰雪等形式分布在两极、高山和永久冻土层中，难以被人类直接利用

💡 一句话总结：地球上水的储量虽然很大，但大部分是含盐量很高的海水；淡水只约占 2.53%，能被直接利用的更少，而且分布很不均匀。

📌 教材延伸：浩瀚的海洋中不仅繁衍着无数水生生物，还蕴藏着丰富的化学资源——海水中已被发现的化学元素有 80 多种；而且水能参与很多化学反应，本身就是一种化学资源。

🤔 思考与讨论：如何将海水变成人们可利用的淡水？（提示：查阅资料，了解"海水淡化"的方法及相关技术）

（二）我国水资源的特点

• 总量大，人均少：我国水资源总量为 $3.0\times {10}^{12}{\mathrm{m}}^3$，但人均水资源量只有 $2.1\times {10}^3{\mathrm{m}}^3$；
• 地域差距很大：一些地区水资源短缺，影响了人民生活和经济发展；
• 时空分布不均：所以我国要修建水库（解决随季节变化大的问题）和实施跨流域调水（解决地区间不均的问题）。

（三）水资源紧张的两大原因

1. 用水量不断增加：随着社会的发展，人类生产和生活的用水量不断增加；
2. 水体污染：水体污染影响了水资源的利用，使本已紧张的水资源更显短缺。

⚠️ 易错提醒：说"地球上水资源很少"是不严谨的，应该说"可利用的淡水资源是有限的"。

二、保护水资源

（一）两大总方针 ⭐

为了人类社会的可持续发展，我们必须保护水资源：
既要"合理利用水资源"，又要"防治水体污染"。

⚠️ 这两句话是教材原话，必须成对记忆——只答"节约用水"是不完整的，节约用水只是"合理利用"下面的一条具体措施。

（二）合理利用水资源

1. 节约用水

应用新技术、改进工艺和改变用水习惯，可以大量节约工农业和生活用水。

• 工业：用水重复使用（如冷却水循环使用）；
• 农业：采用节水灌溉方式，如喷灌、滴灌（代替大水漫灌）；
• 生活：推广节水器具（节水龙头、节水马桶），改变不良用水习惯（一水多用，如淘米水浇花）。

2. 调水工程（科学·技术·社会）

我国通过修建水库和实施跨流域调水等措施，有效改善了水资源时空分布不均的局面，解决了很多地区严重缺水、水资源随季节变化大等问题，为调配水资源和防洪发挥了重要作用。

• 早在 2000 多年前建成的都江堰，至今仍在发挥重要作用，被联合国教科文组织列入《世界遗产名录》；
• 新中国成立后，特别是改革开放以来，我国建设了引滦入津、引黄入晋、南水北调等一大批重大调水工程。

（三）防治水体污染

⚠️ 水体污染的危害：不仅影响工农业生产、破坏水生生态系统，还会直接危害人体健康。

措施	具体做法
减少污染物的产生	应用新技术、新工艺
污水处理达标排放	对污水进行处理，使之符合排放标准
污水资源化利用	污水经物理、化学或生物方法分级处理后，可作为工业生产、农业灌溉、园林绿化或景观用水

📌 污水处理流程（教材图 4-6）

• 一级处理：去除水中的大块悬浮物、砂粒等（格栅 → 沉砂池 → 初次沉淀池）；
• 二级处理：去除水中的有机物等（曝气池 → 二次沉淀池）→ 进一步处理后排入水体。

📖 口诀："合理利用加治污，两手都要抓得住；节水靠技术改工艺，污水达标再排出。"

三、水的净化

这是本课题的实验重点，四种方法层层递进。

📌 为什么要净化？ 自然界的河水、湖水、海水等天然水里含有许多杂质：

• 不溶性杂质 → 使水浑浊；
• 可溶性杂质 → 可能使水有气味或颜色。

所以天然水一般要经自来水厂净化处理才能变成生活用水。教材指出：沉降、过滤和吸附是工业生产和化学实验中分离混合物的常用方法。

（一）沉降

• 原理：静置使较大颗粒的不溶性杂质自然下沉；加入明矾等物质，可以使水中悬浮的杂质较快沉降，使水逐渐澄清。
• 教材实验 4-1：取两个烧杯，各盛大半烧杯浑浊的天然水（湖水或河水等），向其中一个烧杯中加入 3 药匙明矾粉末，搅拌溶解后静置，与另一杯对比观察。
• 除去对象：不溶性杂质（较大颗粒、悬浮物）。
• ⚠️ 明矾只起加速沉降的作用，不能杀菌，也不能除去可溶性杂质。

（二）过滤

• 原理：把不溶于液体的固体与液体分离。
• 仪器：铁架台（带铁圈）、漏斗、烧杯、玻璃棒、滤纸。

操作要领——"一贴二低三靠" ⭐（必考）

要领	具体内容
一贴	滤纸紧贴漏斗内壁（先用少量水润湿滤纸，并使滤纸与漏斗内壁之间不要有气泡，否则会减慢过滤速度）
二低	① 滤纸边缘要略低于漏斗口；② 液面始终要低于滤纸的边缘
三靠	① 倾倒液体的烧杯口紧靠玻璃棒；② 玻璃棒的末端要轻轻地斜靠在三层滤纸的一边；③ 漏斗下端管口紧靠烧杯内壁

• 玻璃棒的作用：引流（使液体沿玻璃棒慢慢流入漏斗，防止液体溅出、冲破滤纸）。
• 漏斗下端管口紧靠烧杯内壁的作用：使滤液沿烧杯壁流下，防止滤液飞溅。

⚠️ 易错专区：滤液仍然浑浊怎么办？
可能原因有三：① 滤纸破损；② 液面高于滤纸边缘；③ 仪器不干净（如烧杯本身是脏的）。
处理办法：检查原因后，重新过滤一次。

📖 口诀："一贴二低三靠稳，玻璃棒儿只引流；滤液浑浊别慌张，找准原因再过滤。"

（三）吸附

• 原理：利用活性炭（或木炭）疏松多孔的结构进行吸附。教材原话：如果用具有吸附作用的固体过滤液体，不仅可以滤去其中的不溶性物质，还可以吸附一些溶解的杂质，除去异味。
• 除去对象：色素、异味等一些可溶性杂质，同时也能滤去不溶性杂质。
• 应用：市场上出售的净水器，有些就是利用活性炭来吸附、过滤水中的杂质的（教材图 4-12 活性炭净水器）。
• ⚠️ 活性炭吸附属于物理变化（只是把杂质"粘"在表面，没有生成新物质）。

（四）蒸馏

• 原理：利用混合物中各成分的沸点不同，加热使水汽化，再冷凝成液态水。
• 地位：实验室用的蒸馏水是净化程度较高的水，可以通过蒸馏自来水制取；在沉降、过滤、吸附、蒸馏这几种方法中，单一操作净化程度最高的就是蒸馏，得到的是纯净物——蒸馏水。
• 教材实验 4-3 要点：
  • 在烧瓶中加入自来水，再加入几粒沸石（或碎瓷片），作用是防止加热时出现暴沸；
  • 各连接部位要严密不漏气；
  • 加热时不要使液体沸腾得太剧烈，以防液体通过导管直接流到试管里；
  • 弃去开始馏出的部分液体，再收集约 10 mL 蒸馏水。
• 能否除去可溶性钙镁化合物：能！所以蒸馏可以把硬水变成软水。

（五）四种净化方法对比表 ⭐

方法	除去的杂质	得到的水	净化程度
沉降	较大颗粒不溶性杂质	混合物	低
过滤	不溶性杂质	混合物	较低
吸附	色素、异味等可溶性杂质 + 不溶性杂质	混合物	较高
蒸馏	几乎所有杂质	纯净物	最高（单一操作中）✅

⚠️ 教材练习明确考过两问：
① 明矾可以使悬浮的杂质从水中沉降出来；
② 过滤除去的是不溶性杂质，用到的玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒；
③ 综合运用时的先后顺序是沉降 → 过滤 → 蒸馏。

四、硬水和软水

（一）定义

• 硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水（如自来水、井水、河水）；
• 软水：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水（如蒸馏水、雨水、雪水）。

📌 水垢是怎么来的？ 教材解释：有些地区的水很容易使水壶或盛水的器具结水垢，就是因为该地区的水中溶有较多可溶性钙、镁的化合物，在水加热或长久放置时，这些化合物会生成沉淀（水垢）。

（二）鉴别方法

分别取样，加入肥皂水，搅拌，观察现象。

现象	结论
泡沫多、浮渣少	软水
泡沫少、浮渣多	硬水

💡 这一方法的依据正是教材那句话——"用硬水洗涤衣物，既浪费肥皂也洗不净衣物"（教材正文未单独安排该实验，作为常用鉴别方法掌握即可）。

（三）硬水的危害

教材原话：使用硬水会给生活和生产带来许多麻烦。

1. 生活上：用硬水洗涤衣物，既浪费肥皂也洗不净衣物，时间长了还会使衣物变硬；
2. 生产上：锅炉用水硬度高了十分危险——锅炉内结垢后不仅浪费燃料，而且会使锅炉内管道局部过热，易引起管道变形或损坏，严重时还可能引起爆炸。

（四）硬水软化的方法

• 生活中：煮沸（简便易行，可使部分钙镁化合物沉淀析出）；
• 实验室：蒸馏（效果最彻底）。

📖 口诀："钙镁多是硬水，肥皂水来判断；泡沫多者为软，家中煮沸即软。"

五、自来水厂的净水过程

取水口 → 加混凝剂 → 沉淀池 → 过滤池 → 活性炭吸附池 → 投药消毒 → 清水池 → 水泵 → 用户

（教材图 4-9 自来水厂净水过程示意图）

• 加混凝剂：加入明矾等混凝剂，使悬浮的较大颗粒杂质较快沉降；
• 沉淀池 / 过滤池：除去不溶性杂质；
• 活性炭吸附池：吸附色素和异味等一些可溶性杂质；
• 投药消毒：投入含氯消毒剂等杀灭细菌病毒（此步属于化学变化 ⭐）。

⚠️ 关键判断：自来水厂没有蒸馏这一步，所以自来水是混合物，不是纯净物。

🔧 跨学科实践活动 3：水质检测及自制净水器（教材配套活动，预习时可先想一想）

• 任务一 调查参观：了解我国生活饮用水卫生标准、饮用水的发展历史；参观自来水厂，尝试绘制自来水生产的工艺流程简图；
• 任务二 水质检测：选取硬度、浊度、微生物等指标，设计实验对水样进行检测；
• 任务三 动手制作：了解家用净水器的净水原理，根据物质的性质和分离提纯的方法选择合适的物品，动手制作净水器并进一步优化。

课题2 水的组成

📖 教材开篇：在很长的一段时间内，水被看作一种"元素"。直到 18 世纪末，人们通过对水的生成和水的分解实验的研究，才最终认识了水的组成。而研究氢气的燃烧实验，是人们认识水组成的开始。

一、氢气

（一）物理性质

性质	内容	由此决定的收集方法
颜色气味	无色、无臭（无气味）的气体	—
密度	比空气的小	向下排空气法
溶解性	难溶于水	排水法（更纯）

（二）化学性质——可燃性

• 教材实验 4-4：在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气，在火焰上方罩一个干燥的小烧杯，过一会儿观察烧杯壁上的现象。
• 现象：氢气在空气中安静地燃烧，产生淡蓝色火焰，放出大量热；烧杯内壁出现水雾（小水珠）。
• 文字表达式：氢气 + 氧气 $\stackrel{\mathrm{点}\mathrm{燃}}{\to }$ 水
• 化学方程式：$2{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{O}}_2\frac{\underset{―}{\mathrm{点}\mathrm{燃}}}{}2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

💡 结论：教材原话——研究表明，氢气在空气或氧气里燃烧生成水。 反应物是氢气和氧气，生成物只有水，说明水是由氢、氧两种元素组成的。

（三）验纯——性命攸关的一步 ⚠️

点燃氢气前，必须先检验氢气的纯度！

操作方法（教材图 4-15）：用拇指堵住集满氢气的试管口，管口向下靠近火焰，移开拇指点火。

听到的声音	结论	下一步
发出尖锐爆鸣声	表明气体不纯	必须重新收集再检验
声音很小	表示气体较纯	可以点燃使用

原理：教材原话——混有一定量空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，因此点燃氢气前一定要检验其纯度。

（四）科学史话：水的组成揭秘 📜

科学家	实验与贡献
普里斯特利（英）	把"易燃空气"（即氢气）和空气混合盛在干燥、洁净的玻璃瓶中，用电火花点火，发出震耳的爆鸣声，瓶内壁出现了液滴
卡文迪什（英）	用纯氧代替空气重做上述实验，确认所得液滴是水，并确认大约 2 份体积的"易燃空气"与 1 份体积的氧气恰好化合成水
拉瓦锡（法）	重复上述实验，又让水蒸气通过一根烧红的铁制枪管得到"易燃空气"；最终得出结论：水不是一种元素，而是"易燃空气"与氧形成的化合物，并把"易燃空气"命名为"生成水的元素"（hydrogen），即氢

⚠️ 前两位科学家的实验其实已经揭示水不是一种元素，可惜他们受当时错误观念的束缚，反而解释为"两种气体里都含有水"。

📝 教材要求会写的两个文字表达式：

• "易燃空气"与空气混合后点火：氢气 + 氧气 $\stackrel{\mathrm{点}\mathrm{燃}}{\to }$ 水
• 水蒸气通过烧红的铁制枪管（内壁生成黑色固体四氧化三铁）：铁 + 水 $\stackrel{\mathrm{高}\mathrm{温}}{\to }$ 四氧化三铁 + 氢气

💡 根据精确的实验结果，每个水分子是由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成的，因此水可以表示为 H₂O。

二、水的组成——电解水实验

（一）实验装置与操作

• 在水电解器的玻璃管中加满水，用导线连接电解器与电源，接通直流电源（注意：必须是直流电）。
• 为什么要在水中加入少量硫酸钠溶液（或氢氧化钠溶液）？—— 增强水的导电性，使实验现象更明显。⭐（见教材"实验活动 2 水的组成及变化的探究"）

（二）实验现象

1. 两个电极上都出现气泡；
2. 与正极相连的玻璃管中气体少，与负极相连的玻璃管中气体多；
3. 体积比 $V_{\mathrm{正}}:V_{\mathrm{负}}=1:2$。

（三）气体的检验

教材做法：切断电源，用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验（控制玻璃管活塞的开启程度，使气体慢慢放出）。

电极	气体体积	检验方法	现象	结论
正极	少（1 份）	用燃着的木条放在尖嘴口	木条燃烧得更旺	是氧气
负极	多（2 份）	用燃着的木条放在尖嘴口	气体被点燃，产生淡蓝色火焰	是氢气

⚠️ 本实验教材统一使用燃着的木条，不要写成"带火星的木条"。

📖 黄金口诀：

正氧负氢，氢二氧一。
（正极氧气，负极氢气；氢气体积是氧气的二倍。）

（四）反应的表达式

• 文字表达式：水 $\stackrel{\mathrm{通}\mathrm{电}}{\to }$ 氢气 + 氧气
• 化学方程式：$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\frac{\underset{―}{\mathrm{通}\mathrm{电}}}{}2{\mathrm{H}}_2\uparrow +{\mathrm{O}}_2\uparrow$

（五）实验结论

1. 水由氢元素和氧元素组成（宏观）；
2. 每个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成（微观）；
3. 化学变化中，分子可分，原子不可分——教材图 4-18：当水分子分解时，生成了氢原子和氧原子，2 个氢原子结合成 1 个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；2 个氧原子结合成 1 个氧分子，很多氧分子聚集成氧气；
4. 水的电解是化学变化，在通电条件下水可以发生分解反应。

⚠️ 高频易错点：

• 氢气与氧气的 1∶2 是"体积比"，若换成质量比则是 1∶8（教材复习题中"电解水生成的氢气与氧气的质量比是 2∶1"是错误说法）；
• 电解水实际得到的氧气体积可能略偏少，导致氢气体积略大于 2 倍，原因之一是氧气在水中的溶解度比氢气大；
• 不能说"水由氢气和氧气组成"，水中没有氢气和氧气，只有氢、氧两种元素；
• 电源必须用直流电，交流电正负极不断变化，无法完成实验。

三、物质的分类

（一）三个核心概念

概念	定义	举例
单质	由同种元素组成的纯净物	O₂、H₂、Fe、He、S
化合物	由不同种元素组成的纯净物	H₂O、CO₂、KMnO₄、NaCl
氧化物	由两种元素组成的化合物中，其中一种元素是氧元素的	H₂O、CO₂、Fe₂O₃、P₂O₅、MnO₂

📖 方法导引·分类：在化学研究中，我们常依据一定的标准对物质及其变化进行分类。例如，依据元素组成将纯净物分为单质和化合物，依据反应物和生成物种类的多少将一些化学反应分为分解反应和化合反应。分类是一种科学方法，可以帮助我们分门别类地研究和认识物质及其变化的规律。

（二）分类树状图

$$\mathrm{物}\mathrm{质}\{\begin{array}{l}\mathrm{混}\mathrm{合}\mathrm{物}（\mathrm{两}\mathrm{种}\mathrm{或}\mathrm{多}\mathrm{种}\mathrm{物}\mathrm{质}）\\ \mathrm{纯}\mathrm{净}\mathrm{物}\{\begin{array}{l}\mathrm{单}\mathrm{质}（\mathrm{同}\mathrm{种}\mathrm{元}\mathrm{素}）\\ \mathrm{化}\mathrm{合}\mathrm{物}（\mathrm{不}\mathrm{同}\mathrm{种}\mathrm{元}\mathrm{素}）\{\begin{array}{l}\mathrm{氧}\mathrm{化}\mathrm{物}（\mathrm{其}\mathrm{中}\mathrm{一}\mathrm{种}\mathrm{为}\mathrm{氧}\mathrm{元}\mathrm{素}）\\ \mathrm{其}\mathrm{他}\mathrm{化}\mathrm{合}\mathrm{物}\end{array}\end{array}\end{array}$$

（三）辨析训练 ⚠️

1. "由同种元素组成的物质一定是单质吗？" —— 不一定！如氧气（O₂）和臭氧（O₃）混合，都由氧元素组成，却是混合物。
2. "含氧元素的化合物一定是氧化物吗？" —— 不一定！如 KMnO₄、H₂SO₄ 含氧元素，但由三种元素组成，不是氧化物。
3. "氧化物一定含氧元素" —— 正确 ✅。
4. "纯净物一定只由一种元素组成吗？" —— 不一定，如 H₂O 是纯净物，却含两种元素。

📖 口诀：

纯净单一化合多，两元含氧氧化物；
含氧未必氧化物，同元未必是单质。

课题3 物质组成的表示

一、化学式

（一）定义

用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子，叫作化学式。

• H₂O 不仅表示水这种物质，而且表示水的组成；前面学过的 O₂、H₂、CO₂、HCl、Fe₃O₄ 和 HgO 等化学符号也都是化学式；
• 每种纯净物的组成是固定不变的，所以表示每种物质组成的化学式只有一个；
• 化学式的书写必须依据实验的结果（物质的组成是通过实验测定的）；
• 混合物没有化学式（如空气、自来水、海水）。

（二）化学式的书写规则

1. 单质的化学式

类型	写法	举例
稀有气体	用元素符号表示	氦气 He、氖气 Ne、氩气 Ar
金属和固态非金属	习惯上用元素符号表示	铁 Fe、铜 Cu、汞 Hg、碳 C、硫 S、磷 P
气态非金属	在元素符号右下角写上表示分子中所含原子数的数字	氧气 O₂、氢气 H₂、氮气 N₂、氯气 Cl₂

📖 口诀："金属固非稀有气，符号直接来表示；氢氧氮氯要加二，双原子来记心里。"

2. 化合物的化学式

书写化合物的化学式时，除了要知道含有哪几种元素及不同元素原子的个数比，还应注意教材强调的三点：

1. 当某组成元素的原子个数是 1 时，"1" 省略不写（如 CO₂ 中碳的 1 不写）；
2. 书写氧化物的化学式时，一般把氧的元素符号写在右边，另一种元素符号写在左边，如 CO₂；
3. 由金属元素与非金属元素组成的化合物，一般把金属的元素符号写在左边，非金属的元素符号写在右边，如 NaCl。

📌 化合物的读法：由两种元素组成的化合物，一般读作"某化某"（从右往左读），如 NaCl 读作氯化钠；有时还要读出各种元素的原子个数，如 CO₂ 读作二氧化碳，Fe₃O₄ 读作四氧化三铁。

（三）化学式的意义（以 H₂O 为例）⭐

层面	意义	具体表述
宏观	表示一种物质	表示水这种物质
宏观	表示物质的元素组成	表示水由氢元素和氧元素组成
微观	表示一个分子	表示 1 个水分子
微观	表示分子的原子构成	表示 1 个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成

⚠️ 注意：化学式前面加了系数后（如 2H₂O），就只有微观意义——表示 2 个水分子，不再表示"水这种物质"。

（四）数字的意义辨析（超高频考点）⭐⭐

符号	含义
H	氢元素；1 个氢原子
2H	2 个氢原子
H₂	氢气这种物质；1 个氢分子；氢气由氢元素组成；1 个氢分子由 2 个氢原子构成
2H₂	2 个氢分子
H₂O 中的 "2"	1 个水分子中含有 2 个氢原子
2H₂O 中前面的 "2"	2 个水分子

📖 记忆总纲：

符号前面的数字，表示"粒子的个数"；
符号右下的数字，表示"1 个分子中该原子的个数"。

二、化合价

（一）基本规则

为什么要学化合价？ 化合物有固定的组成，即形成化合物的元素有固定的原子个数比（如 HCl 中 H∶Cl = 1∶1，H₂O 中 H∶O = 2∶1，CO₂ 中 C∶O = 1∶2，Fe₂O₃ 中 Fe∶O = 2∶3）。通过元素的"化合价"，可以认识不同元素以什么样的原子个数比相结合的规律。

1. 化合价有正价和负价之分，写在元素符号正上方（如 $\stackrel{+2}{\mathrm{Mg}}$）；
2. 在化合物里，正、负化合价的代数和为 0 ⭐（最重要）。例如 O 通常为 -2 价、H 通常为 +1 价、Cl 通常为 -1 价，所以 2 个氢原子结合 1 个氧原子生成 H₂O，1 个氢原子结合 1 个氯原子生成 HCl；
3. 金属元素与非金属元素化合时，金属元素显正价，非金属元素显负价；
4. 一些元素在不同物质中可显不同的化合价（如 CO 中碳为 +2，CO₂ 中碳为 +4）；
5. 化合价是元素的原子在形成化合物时表现出来的一种性质，因此在单质里，元素的化合价为 0（如 O₂、Fe、H₂ 中元素化合价均为 0）；
6. 一些带电荷的原子团（如 OH⁻、CO₃²⁻）常作为一个整体参加反应，这样的原子团又叫作根，根也有化合价（如 OH⁻ 为 -1 价）。

⚠️ 化合价与离子符号的区别：

项目	化合价	离子符号
书写位置	元素符号正上方	元素符号右上角
顺序	先符号后数字，如 +2	先数字后符号，如 2+
举例	$\stackrel{+2}{\mathrm{Mg}}$	Mg²⁺

（二）常见化合价必背表

常见元素化合价

（下表内容与教材"表 4-3 一些常见元素和根的化合价"一致）

元素名称	符号	常见的化合价
氢	H	+1
钠 / 钾 / 银	Na / K / Ag	+1
镁 / 钙 / 钡 / 锌	Mg / Ca / Ba / Zn	+2
铜	Cu	+1、+2
铝	Al	+3
铁	Fe	+2、+3
锰	Mn	+2、+4、+6、+7
氧	O	-2
氟 / 溴	F / Br	-1
氯	Cl	-1、+1、+5、+7
硫	S	-2、+4、+6
氮	N	-3、+2、+3、+4、+5
磷	P	-3、+3、+5
碳	C	+2、+4
硅	Si	+4

📖 化合价口诀：

一价钾钠氯氢银，二价氧钙钡镁锌；
三铝四硅五价磷，二三铁、二四碳；
二四六硫都齐全，铜汞二价最常见；
单质零价永不变，正负总和等于零。

常见原子团（根）化合价

名称	符号	化合价
铵根	NH₄⁺	+1
氢氧根	OH⁻	-1
硝酸根	NO₃⁻	-1
碳酸根	CO₃²⁻	-2
硫酸根	SO₄²⁻	-2

📖 口诀："负一氢氧硝酸根，负二碳酸硫酸根；只有铵根是正一，牢牢记住不含混。"

（三）化合价的三大应用

应用 1：标化合价

例：求 KMnO₄ 中 Mn 的化合价。
设 Mn 为 $x$：$(+1)+x+(-2)\times 4=0$，解得 $x=+7$。

💡 教材"思考与讨论"考过：用高锰酸钾制氧气时涉及三种含锰物质，锰的化合价分别是
KMnO₄（高锰酸钾）：+7； K₂MnO₄（锰酸钾）：+6； MnO₂（二氧化锰）：+4。

应用 2：算原子个数 / 判断化学式对错

例：判断 $\mathrm{MgCl}$ 是否正确。Mg 为 +2，Cl 为 -1，代数和为 $+2-1=+1\ne 0$，故错误，应写为 MgCl₂。

应用 3：写化学式（教材例题的"最小公倍数法" + 简便的"十字交叉法"）⭐

📘 教材例题：已知磷的某种氧化物中磷为 +5 价，氧为 -2 价，写出该氧化物的化学式。

1. 写符号：正价的写在左边，负价的写在右边 → P O；
2. 求最小公倍数：正、负化合价绝对值的最小公倍数 $5\times 2=10$；
3. 求原子数：原子数 = 最小公倍数 ÷ 该元素化合价绝对值 → P：$10\mathbf{\nabla }\mathbf{\cdot }5=2$；O：$10\mathbf{\nabla }\mathbf{\cdot }2=5$；
4. 写角标：把原子数写在各元素符号右下方 → ${\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$；
5. 检查：$(+5)\times 2+(-2)\times 5=+10-10=0$ ✅

⚡ 简便记法——十字交叉法（结果与上法一致）：

1. 排顺序：正价元素在前，负价元素在后；
2. 标价数：在元素符号正上方标出化合价；
3. 交叉约：把化合价的绝对值交叉写到对方右下角，能约分的先约分；
4. 查检验：用"代数和为 0"验算。

📝 示范：写氧化铝的化学式。
Al 为 +3，O 为 -2 → 交叉得 ${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3$ → 检验：$(+3)\times 2+(-2)\times 3=0$ ✅

📝 练一练（教材思考与讨论）：写出溴化钠、氯化钙、氧化铝、二氧化氮的化学式 → NaBr、CaCl₂、Al₂O₃、NO₂。

三、物质组成的定量认识（有关相对分子质量的计算）

组成物质的各元素之间存在定量关系。我们可以利用化学式及相对原子质量进行计算，从定量角度认识物质的组成。

（一）计算相对分子质量

化学式中各原子的相对原子质量的总和，就是相对分子质量（符号为 $M_r$）。
即：相对分子质量 = 各原子的相对原子质量 × 原子个数 之和

📝 例 1：计算 CO₂ 的相对分子质量。

$$12\times 1+16\times 2=12+32=\mathbf{44}$$

📝 例 2：计算 H₂O 的相对分子质量。

$$1\times 2+16\times 1=\mathbf{18}$$

⚠️ 带括号的要特别小心：如 Ca(OH)₂ 的相对分子质量 $=40+(16+1)\times 2=\mathbf{74}$，括号内的每个原子都要乘 2。

（二）计算元素质量比

元素质量比 = （各元素相对原子质量 × 原子个数）之比（最后要化成最简整数比）

📝 例：CO₂ 中碳元素与氧元素的质量比：

$$m(\mathrm{C}):m(\mathrm{O})=(12\times 1):(16\times 2)=12:32=\mathbf{3}:\mathbf{8}$$

⚠️ 易错：质量比 ≠ 原子个数比！CO₂ 中 C 与 O 的原子个数比是 1 : 2，而质量比是 3 : 8，两者千万别混。

（三）计算元素的质量分数

物质中某元素的质量分数，就是该元素的质量与组成物质的元素总质量之比。

$$\mathrm{某}\mathrm{元}\mathrm{素}\mathrm{质}\mathrm{量}\mathrm{分}\mathrm{数}=\frac{\mathrm{该}\mathrm{元}\mathrm{素}\mathrm{相}\mathrm{对}\mathrm{原}\mathrm{子}\mathrm{质}\mathrm{量}\times \mathrm{原}\mathrm{子}\mathrm{个}\mathrm{数}}{\mathrm{物}\mathrm{质}\mathrm{的}\mathrm{相}\mathrm{对}\mathrm{分}\mathrm{子}\mathrm{质}\mathrm{量}}\times 100\mathrm{\%}$$

📝 例：CO₂ 中碳元素的质量分数：

$$\frac{12\times 1}{12\times 1+16\times 2}\times 100\mathrm{\%}=\frac{12}{44}\times 100\mathrm{\%}\approx \mathbf{27.3}\mathbf{\%}$$

同理，氧元素的质量分数 $=\frac{32}{44}\times 100\mathrm{\%}\approx 72.7\mathrm{\%}$。
✅ 自查小技巧：各元素质量分数之和应等于 100%（27.3% + 72.7% = 100%）。

📘 教材例题：计算化肥硫酸铵 [(NH₄)₂SO₄] 中氮元素的质量分数（结果保留一位小数）。

$$M_r[({\mathrm{NH}}_4{)}_2{\mathrm{SO}}_4]=(14+1\times 4)\times 2+32+16\times 4=132$$$$w(\mathrm{N})=\frac{14\times 2}{132}\times 100\mathrm{\%}=\mathbf{21.2}\mathbf{\%}$$

💡 药品、食品等商品的标签或说明书中，常用质量分数来表示物质的成分或纯度。

（四）解题三步走 & 常见失分点

三步走：① 先算相对分子质量（分母）；② 再算目标元素总质量（分子）；③ 代入公式并注意百分号。

失分点	正确做法
角标看错（如把 SO₄ 看成 SO₃）	圈出角标再计算
括号外的系数忘了乘进去	先展开括号
相对分子质量写单位"g"	单位是 1，一般不写
质量分数忘了乘 100%	结果必须带 %

结语

同学们，第四单元把你带过了三道门：🚪

• 第一道门是社会：认识到水资源的珍贵，学会用沉降、过滤、吸附、蒸馏四把"筛子"把浑水变清水；
• 第二道门是实验：通过电解水这个经典实验，亲眼"看见"水由氢、氧两种元素组成——正氧负氢，氢二氧一；
• 第三道门是符号：从此你不再只用汉字描述物质，而是会用化学式和化合价这套国际通用语言，去精确地表达"一种物质究竟由什么组成"。

从一杯自来水，到 2 个氢原子和 1 个氧原子，再到 44、3∶8、27.3% 这些冰冷又精确的数字——你已经开始用化学家的眼光拆解这个世界了。把口诀背熟，把计算练顺，下一单元的化学方程式就会为你敞开大门！🎉