HSC 化學：無機物質的 IUPAC 命名
學習如何按照 IUPAC 慣例，從化學式命名常見的離子、分子、酸和水合無機物質。內容包括判斷規則、例題解析和常見命名錯誤。
像 \(\ce{FeCl3}\) 這樣的化學式看起來很簡單。鐵、氯，三個氯。所以它應該叫做「三氯化鐵」（iron trichloride）嗎？
不是。這個名稱使用了錯誤的命名系統。
無機命名法真正實用的技巧，不是背誦數百種化合物名稱，而是辨認化學式代表哪一類物質，再選擇正確的命名規則。
繼續閱讀前，先試著預測：
命名時，你認為哪個化學式會使用 di- 或 tri- 之類的前綴：\(\ce{FeCl3}\) 還是 \(\ce{NCl3}\)？
答案是 \(\ce{NCl3}\)。氮和氯都是非金屬，因此這是一種分子化合物。另一方面，\(\ce{FeCl3}\) 含有金屬和非金屬，所以它是離子化合物。離子化合物遵循另一套命名規則。
只要先作出這個判斷，就能解決大多數 HSC 命名題。
01先判斷你面對的是哪一類化合物
當題目給你一個化學式時，在嘗試命名前，先觀察其中的元素和離子。
一個實用的初步判斷規則是：
| 化學式中看到的組合 | 可能的類型 | 命名系統 |
|---|---|---|
| 金屬 + 非金屬 | 離子化合物 | 陽離子名稱 + 以 -ide 結尾的陰離子名稱 |
| 金屬 + 多原子離子 | 離子化合物 | 陽離子名稱 + 多原子離子名稱 |
| \(\ce{NH4+}\) + 陰離子 | 離子化合物 | ammonium + 陰離子名稱 |
| 非金屬 + 非金屬 | 分子化合物 | 使用 mono-、di-、tri- 等前綴 |
| 水溶液中的酸化學式 | 酸 | 酸的命名慣例 |
| 離子化合物後接 \(\ce{.nH2O}\) | 水合物 | 離子化合物名稱 + 前綴 + hydrate |
這是一個模型，並不是對人類至今發現的每一種無機物質都絕對適用的描述。不過，就 HSC Chemistry 而言，它涵蓋了你通常需要辨認和命名的常見化合物。
快速檢查
判斷化合物的類型，而不是寫出化合物名稱：
- \(\ce{MgBr2}\)
- \(\ce{SO3}\)
- \(\ce{Na2CO3}\)
答案
- \(\ce{MgBr2}\) 是離子化合物，因為鎂是金屬，而溴是非金屬。
- \(\ce{SO3}\) 是分子化合物，因為硫和氧都是非金屬。
- \(\ce{Na2CO3}\) 是離子化合物，因為它含有金屬離子 \(\mathrm{Na}^{+}\) 和多原子碳酸根離子 \(\ce{CO3^2-}\)。
請注意，\(\ce{Na2CO3}\) 含有數個非金屬原子，但這不代表它就是分子化合物。碳酸根中的原子共同構成一個多原子離子。
02離子化合物的命名
離子化合物由帶正電的離子，即陽離子，以及帶負電的離子，即陰離子組成。
想像兩個人進入一段非常正式的關係。化學式告訴你每種離子需要多少個，才能使整個化合物保持電中性。不過，名稱通常不會把這些數目說出來。
因此，\(\ce{MgCl2}\) 是 magnesium chloride（氯化鎂），而不是「magnesium dichloride」。
這個比喻當然有限，因為離子顯然不是在談戀愛。真正有用的重點只是：建立化學式時，離子的比例很重要；但離子化合物的名稱通常是辨認其中的離子，而不是利用前綴數出它們的數量。
規則 1：先命名陽離子
對於簡單的金屬離子，直接使用元素名稱，不作改變。
例如：
- \(\mathrm{Na}^{+}\)：sodium（鈉）
- \(\mathrm{Mg}^{2+}\)：magnesium（鎂）
- \(\mathrm{Al}^{3+}\)：aluminium（鋁）
規則 2：簡單非金屬陰離子的名稱以 -ide 結尾
由單一元素形成的負離子，其英文名稱通常會改成以 -ide 結尾。
| 元素 | 陰離子名稱 |
|---|---|
| chlorine（氯） | chloride（氯離子） |
| bromine（溴） | bromide（溴離子） |
| iodine（碘） | iodide（碘離子） |
| oxygen（氧） | oxide（氧化物離子） |
| sulfur（硫） | sulfide（硫化物離子） |
| nitrogen（氮） | nitride（氮化物離子） |
| phosphorus（磷） | phosphide（磷化物離子） |
所以：
\[
\ce{NaCl}
\]
稱為 sodium chloride（氯化鈉），而
\[
\ce{MgO}
\]
稱為 magnesium oxide（氧化鎂）。
例題：命名 \(\ce{CaF2}\)
步驟 1：判斷化合物類型
鈣是金屬，而氟是非金屬，因此 \(\ce{CaF2}\) 是離子化合物。
步驟 2：命名陽離子
\(\mathrm{Ca}^{2+}\) 是 calcium ion（鈣離子）。
步驟 3：命名陰離子
氟形成 fluoride（氟離子），\(\mathrm{F}^{-}\)。
步驟 4：組合名稱
此化合物是 calcium fluoride（氟化鈣）。
下標 2 表示需要兩個氟離子來平衡一個 \(\mathrm{Ca}^{2+}\) 離子。它不會令名稱變成「calcium difluoride」。
檢查你的理解
命名 \(\ce{Al2O3}\)。
答案
鋁是金屬，而氧是非金屬，因此此化合物是離子化合物。
其中的離子是 \(\mathrm{Al}^{3+}\) 和 \(\mathrm{O}^{2-}\)。
因此名稱是：
aluminium oxide（氧化鋁）
不是 aluminium trioxide，也不是 dialuminium trioxide。
03當金屬可以具有不同電荷時，有甚麼不同？
到了這裡，離子化合物的命名就更有意思了。
鐵可以形成 \(\mathrm{Fe}^{2+}\) 和 \(\mathrm{Fe}^{3+}\)。銅常形成 \(\mathrm{Cu}^{+}\) 和 \(\mathrm{Cu}^{2+}\)。
如果有人只說「iron chloride」，我們無法知道其中是哪一種鐵離子。
IUPAC 命名法透過以羅馬數字標示金屬的氧化態來解決這個問題。
例如：
- \(\ce{FeCl2}\)：iron(II) chloride（氯化鐵(II)）
- \(\ce{FeCl3}\)：iron(III) chloride（氯化鐵(III)）
羅馬數字不是金屬原子的數量。它表示金屬的氧化態。
例題：命名 \(\ce{Cu2O}\)
步驟 1：辨認這是離子化合物
銅是金屬，而氧是非金屬。
步驟 2：利用已知的氧化物離子電荷
每個氧化物離子都是 \(\mathrm{O}^{2-}\)。
這裡有一個氧化物離子，因此總負電荷為 \(-2\)。
步驟 3：求出銅的電荷
有兩個銅原子。它們合共必須提供 \(+2\)，才能令化合物呈電中性。
因此，每個銅離子的電荷都是 \(+1\)：
\[
2(+1) + (-2) = 0
\]
步驟 4：命名化合物
銅的氧化態是 \(+1\)，所以此化合物稱為：
copper(I) oxide（氧化銅(I)）
試一題
命名 \(\ce{Fe2O3}\)。
答案
每個氧是 \(\mathrm{O}^{2-}\)。
三個氧化物離子的總電荷為：
\[
3(-2)=-6
\]
因此，兩個鐵離子合共必須提供 \(+6\)：
\[
2x=+6
\]
\[
x=+3
\]
每個鐵的氧化態都是 \(+3\)。
名稱是 iron(III) oxide（氧化鐵(III)）。
常見錯誤之一，是因為有兩個鐵原子，就把它叫作 iron(II) oxide。羅馬數字來自電荷或氧化態，而不是下標。
04含有多原子離子的離子化合物
有些離子由數個原子彼此鍵結而成，但整體以一個帶電單位的形式存在。這些稱為多原子離子。
你應該認得常見的多原子離子，因為它們出現在離子化合物名稱中時，名稱通常保持不變。
| 化學式 | 名稱 |
|---|---|
| \(\ce{NH4+}\) | ammonium（銨） |
| \(\ce{OH-}\) | hydroxide（氫氧根） |
| \(\ce{NO3-}\) | nitrate（硝酸根） |
| \(\ce{CO3^2-}\) | carbonate（碳酸根） |
| \(\ce{SO4^2-}\) | sulfate（硫酸根） |
| \(\ce{PO4^3-}\) | phosphate（磷酸根） |
| \(\ce{HCO3-}\) | hydrogen carbonate（碳酸氫根） |
例如：
\[
\ce{Na2SO4}
\]
含有鈉離子和硫酸根離子，所以名稱是 sodium sulfate（硫酸鈉）。
不要把 sulfate 變成「sulfide」。Sulfide 特指單原子離子 \(\mathrm{S}^{2-}\)。
比較：
- \(\ce{Na2S}\)：sodium sulfide（硫化鈉）
- \(\ce{Na2SO4}\)：sodium sulfate（硫酸鈉）
其中的氧原子造成了相當大的差別。
例題：命名 \(\ce{Fe(NO3)3}\)
步驟 1：辨認離子
\(\ce{NO3-}\) 是 nitrate（硝酸根）。
共有三個硝酸根離子。
步驟 2：計算它們的總電荷
\[
3(-1)=-3
\]
步驟 3：判斷鐵的氧化態
鐵離子必須帶 \(+3\) 電荷，才能使化合物呈電中性。
步驟 4：命名化合物
名稱是 iron(III) nitrate（硝酸鐵(III)）。
化學式中的括號表示整個硝酸根離子出現三次。括號不會出現在書寫的名稱中。
快速檢查
命名 \(\ce{Ca(OH)2}\)。
答案
\(\mathrm{Ca}^{2+}\) 是 calcium（鈣），而 \(\ce{OH-}\) 是 hydroxide（氫氧根）。
名稱是 calcium hydroxide（氫氧化鈣）。
在標準離子命名法中，不會把它叫作 calcium dihydroxide。
05分子化合物的命名
現在回到一開始的兩個化學式：
\[
\ce{FeCl3} \qquad \ce{NCl3}
\]
第一個是離子化合物。第二個由兩種非金屬組成，所以我們把它視為分子化合物。
在這種情況下，前綴確實很重要，因為相同元素以不同比例組合，可以形成不同物質。
例如：
- \(\ce{CO}\)：carbon monoxide（一氧化碳）
- \(\ce{CO2}\)：carbon dioxide（二氧化碳）
如果沒有前綴，兩者都只會叫作「carbon oxide」，不夠具體。
常見的數量前綴
| 數目 | 前綴 |
|---|---|
| 1 | mono- |
| 2 | di- |
| 3 | tri- |
| 4 | tetra- |
| 5 | penta- |
| 6 | hexa- |
| 7 | hepta- |
| 8 | octa- |
| 9 | nona- |
| 10 | deca- |
第一種元素保留其元素名稱。第二種元素的名稱通常以 -ide 結尾。
第一種元素通常省略 mono- 前綴。
所以：
\[
\ce{CO}
\]
是 carbon monoxide（一氧化碳），而不是 monocarbon monoxide。
例題：命名 \(\ce{N2O4}\)
步驟 1：判斷化合物類型
氮和氧都是非金屬，所以這是分子化合物。
步驟 2：數第一種元素的原子數
有兩個氮原子。
二對應前綴 di-。
因此第一部分是 dinitrogen。
步驟 3：數第二種元素的原子數並改變名稱
有四個氧原子。
四對應 tetra-，而 oxygen 變成 oxide。
預期的組合是 tetra + oxide。按照慣用拼法，其中一個母音會省略，因此寫成 tetroxide。
步驟 4：組合名稱
\(\ce{N2O4}\) 是 dinitrogen tetroxide（四氧化二氮）。
試一題
命名 \(\ce{PCl5}\)。
答案
磷和氯都是非金屬。
有一個磷原子，因此第一種元素不需要 mono- 前綴。
有五個氯原子，所以使用 penta-，並把 chlorine 改成 chloride。
名稱是 phosphorus pentachloride（五氯化磷）。
06最容易犯的錯誤：對離子化合物使用數量前綴
假設你看到：
\[
\ce{CaCl2}
\]
學生可能會想：「有兩個氯，所以一定是 calcium dichloride。」
這似乎很合理，因為化學式中清楚寫著一個 2。
但離子化學式中的 2 是由於電荷平衡。鈣形成 \(\mathrm{Ca}^{2+}\)，而氯離子是 \(\mathrm{Cl}^{-}\)。因此需要兩個氯離子：
\[
(+2)+2(-1)=0
\]
所以正確名稱是 calcium chloride（氯化鈣）。
現在比較：
\[
\ce{SCl2}
\]
硫和氯都是非金屬。在這裡，離子之間的電荷平衡並不是命名原則。我們需要指出分子中有多少個原子。
因此，\(\ce{SCl2}\) 是 sulfur dichloride（二氯化硫）。
所以，一個實用的考試判斷規則是：
在判斷化合物是離子化合物還是分子化合物之前，不要先數原子。
07常見酸的命名
酸需要額外留意，因為物理狀態可能會影響名稱。
例如，作為分子氣體的 \(\ce{HCl}\) 稱為 hydrogen chloride（氯化氫）。
當它溶於水並寫成 \(\ce{HCl(aq)}\) 時，通常稱為 hydrochloric acid（鹽酸）。
這個區別很有用，因為名稱不只是告訴你有哪些原子存在，也告訴你在化學上如何看待這種物質。
HSC 常見例子包括：
| 化學式 | 名稱 |
|---|---|
| \(\ce{HCl(aq)}\) | hydrochloric acid（鹽酸） |
| \(\ce{HNO3(aq)}\) | nitric acid（硝酸） |
| \(\ce{H2SO4(aq)}\) | sulfuric acid（硫酸） |
| \(\ce{H3PO4(aq)}\) | phosphoric acid（磷酸） |
| \(\ce{H2CO3(aq)}\) | carbonic acid（碳酸） |
若干多原子離子與其相應的酸之間有一個實用規律：
- nitrate \(\ce{NO3-}\) 變成 nitric acid \(\ce{HNO3}\)
- sulfate \(\ce{SO4^2-}\) 變成 sulfuric acid \(\ce{H2SO4}\)
- phosphate \(\ce{PO4^3-}\) 變成 phosphoric acid \(\ce{H3PO4}\)
不過，你仍應直接學會常見酸的名稱，而不是試圖依靠記得不完整的字尾規則來自行創造名稱。
檢查你的理解
\(\ce{HCl(g)}\) 和 \(\ce{HCl(aq)}\) 的名稱有甚麼分別？
答案
\(\ce{HCl(g)}\) 是 hydrogen chloride（氯化氫）。
\(\ce{HCl(aq)}\) 是 hydrochloric acid（鹽酸）。
水溶液狀態表示氯化氫溶於水中，並以酸來描述。
08水合物的命名
有些離子晶體在其晶體結構中含有固定數目的水分子。這些化合物稱為水合物。
它們的化學式可能寫成：
\[
\ce{CuSO4.5H2O}
\]
你可以把這個點號理解成：「這種離子化合物與這麼多個結晶水分子相結合」。
首先，按照一般方式命名離子化合物：
\[
\ce{CuSO4}
\]
硫酸根的電荷是 \(-2\)，所以銅必須是 \(+2\)。因此得到 copper(II) sulfate（硫酸銅(II)）。
有五個水分子。五的前綴是 penta-。
因此名稱是：
copper(II) sulfate pentahydrate（硫酸銅(II)五水合物）
試一題
命名 \(\ce{MgSO4.7H2O}\)。
答案
\(\ce{MgSO4}\) 是 magnesium sulfate（硫酸鎂）。
七個水分子對應前綴 hepta-。
完整名稱是 magnesium sulfate heptahydrate（硫酸鎂七水合物）。
09可靠的「由化學式到名稱」方法
當 HSC 題目出現不熟悉的化學式時，按照以下順序處理，而不是只憑外觀猜測。
尋找金屬、銨離子或明顯的多原子離子。
如果有，你很可能面對的是離子物質。如果兩種元素都是非金屬，考慮使用分子化合物命名法。
這通常是數量前綴發揮作用的地方。對離子化合物而言，在命名前先辨認離子。
已知的多原子離子名稱要保持完整。問自己金屬是否可以有多於一種氧化態。
如果可以，計算其氧化態，並用羅馬數字表示。對分子化合物而言，數出原子數目。
使用數量前綴，並把第二種元素的英文名稱改成以 -ide 結尾。檢查是否有 \(\ce{(aq)}\) 或 \(\ce{.nH2O}\) 等特殊資訊。
你可能面對的是酸或水合物。
這種方法比把每一種化合物都當作獨立詞彙逐一背誦可靠得多。
10綜合練習：先判斷應使用哪一套命名法
第 1 題
命名 \(\ce{K2S}\)。
答案
鉀是金屬，所以這是離子化合物。
\(\mathrm{K}^{+}\) 是 potassium（鉀），而 \(\mathrm{S}^{2-}\) 是 sulfide（硫化物離子）。
Potassium sulfide（硫化鉀）
第 2 題
命名 \(\ce{SF6}\)。
答案
硫和氟都是非金屬，所以這是分子化合物。
有一個硫原子和六個氟原子。
六對應 hexa-。
Sulfur hexafluoride（六氟化硫）
第 3 題
命名 \(\ce{CuCl2}\)。
答案
這是離子化合物。
每個氯離子是 \(\mathrm{Cl}^{-}\)。兩個氯離子的總電荷為 \(-2\)，因此銅必須是 \(\mathrm{Cu}^{2+}\)。
Copper(II) chloride（氯化銅(II)）
第 4 題
命名 \(\ce{(NH4)2CO3}\)。
答案
這個化合物含有多原子離子 ammonium，\(\ce{NH4+}\)，以及 carbonate，\(\ce{CO3^2-}\)。
Ammonium carbonate（碳酸銨）
括號外的 2 表示需要兩個銨離子。它不會產生「diammonium carbonate」這個名稱。
第 5 題
命名 \(\ce{N2O5}\)。
答案
兩種元素都是非金屬，所以使用分子化合物的數量前綴。
兩個氮原子對應 di-。
五個氧原子對應 penta-，並採用慣用形式 pentoxide。
Dinitrogen pentoxide（五氧化二氮）
11值得記住的命名線索
你不需要把每一條化學式都當成全新的謎題。只要掌握幾個線索，就能完成大部分判斷。
| 線索 | 它告訴你的資訊 |
|---|---|
| 最前面是金屬 | 通常是離子化合物 |
| 出現 \(\ce{NH4+}\) | 離子型銨化合物 |
| 熟悉的多原子離子 | 保留該離子的名稱 |
| 只有兩種非金屬 | 通常是分子化合物，因此考慮使用前綴 |
| 可變價金屬 | 求出其氧化態 |
| \(\ce{(aq)}\) 與常見酸化學式一起出現 | 可能適用酸的命名法 |
| \(\ce{.nH2O}\) | 水合物 |
只要能正確分類物質，實際的命名過程就會變得相當機械化。
這一點的重要性也不只限於命名法。化學式會告訴你有哪些粒子存在，這有助於你之後計算例如質量百分組成等數值。它也能幫助你區分純化合物和均相混合物等系統；均相混合物即使看起來均一，仍可能包含多種物質。
下一個有用的步驟，是把這個過程反過來：從一個 IUPAC 名稱出發，辨認所涉及的離子或原子，再在保持電荷中性的前提下寫出正確的化學式。