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化合物命名:離子化合物、分子化合物、酸同水合物

化學名稱由一小組規則構成,每條規則都係為咗令一個名稱可以換算成唯一嘅化學式。最難嘅部分並非記住詞尾,而係決定適用邊個命名系統。本指引由呢個決定開始,然後逐一處理離子化合物、多原子離子、分子化合物、酸同水合物,附有兩個方向嘅換算實例。

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由化學式揀選命名系統

嘗試命名之前,先睇化學式包含乜嘢。離子化合物由電荷結合在一起,所以佢哋嘅名稱報告離子,而數量由電荷平衡決定。分子化合物冇需要平衡嘅離子電荷,所以佢哋嘅名稱必須用數字詞頭說明每種原子嘅數目。酸有自己嘅名稱,因為佢哋係根據喺水中嘅行為命名。

按次序用下面嘅清單檢查每個化學式,一遇到首個吻合就停。

  • 化學式後面跟住一點同水,例如 ·5H₂O:水合物。先為化合物命名,再加上水合物術語。
  • 以 H 開頭,並且寫成水溶液 (aq) 嘅化學式:酸。
  • 金屬或者銨離子 NH₄⁺ 同非金屬結合:離子化合物。
  • 只有非金屬,冇銨:用詞頭命名嘅分子化合物。

離子名稱同用於可變電荷嘅斯托克數字

先命名陽離子,再命名陰離子。單原子陽離子保留元素名稱(鈉、鈣),單原子陰離子取元素名稱嘅詞根再加「化」(氯化、氧化、氮化)。離子名稱從不使用二、三等數字詞頭來數算離子;下標由電荷決定,所以說明出來就會多餘。

許多金屬,尤其係過渡金屬同錫、鉛,會形成多於一種陽離子。對於呢啲金屬,斯托克系統將金屬嘅氧化數(對於單原子陽離子,等於其電荷)以羅馬數字放喺括號內:鐵(II)係 Fe²⁺,鐵(III)係 Fe³⁺。只有一種常見電荷嘅金屬唔使加數字:第 1 族金屬(+1)、第 2 族金屬(+2)、鋁(+3)、鋅(+2)同銀(+1)。

實例:命名 Co₃(PO₄)₂。磷酸根係 PO₄³⁻,所以兩個磷酸根帶 2 × (−3) = −6。三個鈷離子必須合共 +6,所以每個係 +6 ÷ 3 = +2。名稱係磷酸鈷(II)。注意羅馬數字係一個離子嘅電荷,而唔係下標。

反向實例:寫出硫化錫(IV)嘅化學式。錫(IV)係 Sn⁴⁺,硫離子係 S²⁻。令電荷平衡嘅最細整數比係每一個 Sn⁴⁺ 配兩個 S²⁻,因為 +4 + 2(−2) = 0。化學式係 SnS₂。

多原子離子同「酸根/亞酸根」模式

多原子離子係一組以共價鍵結合、帶有整體電荷嘅原子。佢喺離子化合物中保留其名稱同化學式作為一個整體。當化學式需要多於一個多原子離子時,要喺下標之前用括號括起:硝酸鈣係 Ca(NO₃)₂,而唔係 CaNO₃₂。

許多含氧陰離子成家族出現。「…酸根」離子比同電荷嘅「亞…酸根」離子多一個氧:硫酸根係 SO₄²⁻,亞硫酸根係 SO₃²⁻。對於氯族,高氯酸根比氯酸根多一個氧,而次氯酸根比亞氯酸根少一個氧。陰離子加上 H⁺ 後,其負電荷減少一個單位,名稱中加入「氫」。以下清單涵蓋大部分普通化學課程要求你認識嘅離子。

  • 銨 NH₄⁺、氫氧根 OH⁻、氰根 CN⁻、過氧根 O₂²⁻、乙酸根 CH₃COO⁻。
  • 硝酸根 NO₃⁻、亞硝酸根 NO₂⁻;硫酸根 SO₄²⁻、亞硫酸根 SO₃²⁻、硫酸氫根 HSO₄⁻。
  • 碳酸根 CO₃²⁻、碳酸氫根 HCO₃⁻;磷酸根 PO₄³⁻、磷酸氫根 HPO₄²⁻、磷酸二氫根 H₂PO₄⁻。
  • 高氯酸根 ClO₄⁻、氯酸根 ClO₃⁻、亞氯酸根 ClO₂⁻、次氯酸根 ClO⁻(溴同碘嘅含氧陰離子以同樣方式命名)。
  • 高錳酸根 MnO₄⁻、鉻酸根 CrO₄²⁻、重鉻酸根 Cr₂O₇²⁻。

二元分子化合物嘅詞頭

對於兩種非金屬嘅化合物,週期表中位置較左嘅元素通常先命名;如果兩者同族,位置較低嘅先命名。第二種元素取「化」詞尾。氧同氯、溴及碘嘅某些化合物嘅傳統名稱打破呢個模式,先命名鹵素,例如一氧化二氯 Cl₂O;2005 年 IUPAC 建議取消呢個例外,將同一化合物命名為二氯化氧 OCl₂。

數字詞頭表示每種原子嘅數目:一(1)、二(2)、三(3)、四(4)、五(5)、六(6)、七(7)、八(8)、九(9)同十(10)。「一」永遠唔用喺第一個元素上。喺英文名稱中,大部分教科書會喺氧化物前面省略詞頭最後嘅 a 或 o;2005 年 IUPAC 建議除一氧化物外都保留該元音,所以你亦會見到帶有保留元音嘅英文寫法,例如五氧化二氮嘅英文名稱。中文名稱則冇呢個問題。

實例:命名 P₄S₁₀。兩種元素都係非金屬,所以用詞頭。磷喺週期表較左,所以先命名:四磷。硫得到「十」同「化」詞尾:十硫化。名稱係十硫化四磷。反過來,三氧化二氮係 N₂O₃。有啲分子化合物幾乎只以俗名著稱,例如水、氨同甲烷。

由陰離子推出酸嘅名稱

酸嘅名稱源自移除氫離子後剩低嘅陰離子。如果陰離子名稱帶「化」,酸就命名為「氫」加元素詞根再加「酸」:HBr(aq) 係氫溴酸。冇水存在時,HBr 係分子氣體,名為溴化氫;酸嘅名稱描述嘅係水溶液。

對於含氧酸,將「…酸根」改為「…酸」,將「亞…酸根」改為「亞…酸」,並保留任何「高」或「次」字詞頭。含氧酸名稱從不加「氫」字頭。硝酸根得出硝酸 HNO₃;亞硝酸根得出亞硝酸 HNO₂;硫酸根得出硫酸 H₂SO₄;磷酸根得出磷酸 H₃PO₄。

實例:命名 HIO₃,並寫出次溴酸嘅化學式。從 HIO₃ 移除 H⁺ 剩低 IO₃⁻,類比氯酸根,即碘酸根。「酸根」變成「酸」,所以呢種酸係碘酸。對於次溴酸,「亞」類詞尾加上「次」字詞頭,指向次溴酸根 BrO⁻。一個 H⁺ 平衡一個負電荷,所以化學式係 HBrO。

水合物:名稱、化學式同水嘅質量百分比

水合物係固體(通常係離子化合物),其晶體中以固定比例結合咗水分子。化學式喺居中圓點之後顯示水,而名稱則喺化合物名稱前加上「數字+水合」:CoCl₂·6H₂O 係六水合氯化鈷(II)。加熱水合物可以趕走水,留下無水化合物。

實例:CoCl₂·6H₂O 中水嘅質量百分比。使用修約至兩個小數位嘅 IUPAC 標準原子量:Co 58.93、Cl 35.45、H 1.01 同 O 16.00 g/mol。CoCl₂ 嘅摩爾質量係 58.93 + 2(35.45) = 129.83 g/mol。水係 2(1.01) + 16.00 = 18.02 g/mol,所以六個水係 6 × 18.02 = 108.12 g/mol。水合物嘅摩爾質量係 129.83 + 108.12 = 237.95 g/mol,水嘅質量百分比係 (108.12 ÷ 237.95) × 100% = 45.44%。

同一個比例可以預測加熱後應該剩低乜嘢。如果 3.500 g 水合物失去所有嘅水,剩低嘅無水 CoCl₂ 係 3.500 g × (129.83 ÷ 237.95) = 1.910 g,而趕走嘅水係 3.500 g − 1.910 g = 1.590 g。四個有效數字有理據支持,因為樣本質量同每個摩爾質量都至少有四個。

會改變化學式嘅命名錯誤

錯誤嘅名稱就係錯誤嘅物質,所以將每個名稱都視為你可以檢查嘅化學式。為離子化合物命名之後,由你嘅名稱重建化學式,並確認正負電荷之和為零。為分子化合物命名之後,確認每個詞頭同一個下標相符。

以下係應該最先留意嘅錯誤。

  • 喺離子名稱中使用詞頭,例如將 MgCl₂ 稱為二氯化鎂。正確名稱係氯化鎂。
  • 將羅馬數字當作下標。氧化鐵(III)係 Fe₂O₃,而唔係 Fe₃O。
  • 遺漏可變電荷金屬嘅數字,或者為鈉或鈣加上數字。
  • 混淆硫離子(S²⁻)、亞硫酸根(SO₃²⁻)同硫酸根(SO₄²⁻)。
  • 喺含氧酸加「氫」字頭。氫硫酸係 H₂S(aq);H₂SO₄ 係硫酸。
  • 忽略汞(I)以 Hg₂²⁺ 單元存在,所以氯化汞(I)係 Hg₂Cl₂。

限制同適當使用

  • 本指引跟隨大部分普通化學課程所教授嘅慣例;完整嘅 IUPAC 無機命名法容許額外嘅系統(例如加成命名同電荷數命名),此處未涵蓋。
  • 有機化合物、配位化合物同許多礦物嘅命名規則超出本指引嘅範圍。
  • 多原子離子清單並非詳盡無遺,而且有啲教科書使用不同嘅慣用名稱,例如以重碳酸根代替碳酸氫根。
  • 從化學式將化合物分類為離子化合物或者分子化合物,係一種命名捷徑;真實嘅化學鍵處於一個連續統之中。