Народна Освіта » Хімія » § 21. Степень окисления элементов

НАРОДНА ОСВІТА

§ 21. Степень окисления элементов

Вспомните: определение электронной конфигурации атома (§ 13).

Понятие о степени окисления

Для характеристики химических реакций часто возникает необходимость указать число электронов, которые принимают участие в том или ином процессе. Если для веществ с ионной связью для этого достаточно знать заряды образованных ионов, то в веществах с ковалентной связью определить заряды довольно сложно. Поэтому для всех соединений, независимо от типа их химической связи, используют более универсальное понятие — степень окисления.

Степень окисления определяется числом отданных или принятых электронов в веществах с ионной связью и числом электронов в составе общих электронных пар, образующих ковалентную полярную связь.

Степень окисления — это условный заряд на атоме в молекуле (кристалле), определенный с предположением, что все общие электронные пары полностью смещены в сторону более электроотрицательного элемента.

В простейших ионных соединениях степень окисления совпадает с зарядами ионов, например:

Это правило распространяется на все основные оксиды: степень окисления металлического элемента равна заряду иона металлического элемента (Натрия--+1, Бария--+2, Алюминия--+3), а степень

окисления Оксигена равна -2.

Рассматривая соединения с ковалентной полярной связью, принимают, что общая электронная пара полностью переходит к более электроотрицательному элементу. В этом случае в гидроген флуориде и воде степени окисления будут следующие:

Степень окисления обозначают арабской цифрой, которую пишут над символом элемента, причем сначала указывают знак заряда, а потом его численное значение. Если модуль степени окисления равен единице,

то число 1 можно не ставить и писать только знак: NaCl.

Степени окисления, которые элементы могут проявлять в разных соединениях, в большинстве случаев можно определить по строению внешнего электронного уровня или по положению элемента в Периодической системе.

Атомы металлических элементов могут только отдавать электроны, поэтому в соединениях они проявляют положительные степени окисления. Максимальное значение — высшая степень окисления — обычно равно числу электронов на внешнем уровне, а следовательно, и номеру группы в Периодической системе.

Атомы неметаллических элементов могут проявлять как положительную, так и отрицательную степень окисления. Максимальная положительная степень окисления — высшая степень окисления, как и для металлических элементов, равна числу валентных электронов. А низшая степень окисления определяется тем, сколько электронов не хватает атому, чтобы на внешнем уровне их было восемь (табл. 7).

Кроме высшей и низшей степени окисления многие элементы могут также проявлять и промежуточные степени окисления. Определить их для s- и ^-элементов можно по таблице 7.

Таблица 7. Наиболее характерные степени окисления s- и p-элементов

Група ПС

I

II

III

IV

V

VI

VII

Высшая степень окисления

+1

+2

+3

+4

+5

+6

(кроме O)

+7

(кроме F)

Промежуточные степени окисления

+2, 0

+3, 0

+4, +2, 0

+5, +3, +1, 0

Низшая степень окисления

0

0

0

-4

-3

-2

-1

Некоторые химические элементы не подчиняются этим правилам. Среди них Гидроген, Оксиген, Флуор:

Определение степеней окисления в бинарных соединениях Для определения степеней окисления в соединениях недостаточно знать возможные степени окисления элементов. Для этого следует пользоваться определенными правилами. Прежде всего, принципом электронейтральности: поскольку любое вещество является электронейтральным, то сумма степеней окисления атомов всех элементов, из которых состоит вещество, должно быть равным нулю.

Например, определим степени окисления элементов в сульфур(^) оксиде SO2. В оксидах степень окисления Оксигена всегда равна -2. Таким образом, для того чтобы нейтрализовать заряд на двух атомах

+4 -2

Оксигена, у Сульфура степень окисления должна быть +4: S O2.

Для определения степеней окисления элементов в бинарных соединениях можно воспользоваться следующим алгоритмом:

Алгоритм определения степени окисления элементов в бинарных соединениях (на примере фосфор^) сульфида и кальций фосфида)

1. Записываем формулу соединения

2. Определяем наиболее электроотрицательный элемент

3. Определяем знаки зарядов на элементах: на атомах более электроотрицательного элемента — отрицательный, на другом — положительный

4. Определяем отрицательную степень окисления элемента (табл. 7)

5. Вычисляем суммарный отрицательный заряд на всех электроотрицательных атомах

6. Атомы с положительной степенью окисления должны полностью нейтрализовать отрицательный заряд. Определяем степень окисления положительных атомов, разделив суммарный положительный заряд на число положительных атомов

7. Записываем значение степеней окисления

Выводы

1.    Степень окисления определяет число принятых или отданных электронов. Для одноатомных ионов степень окисления равна заряду иона. В других случаях она равна заряду на атоме в молекуле или кристалле, вычисленному с допущением, что все общие электронные пары полностью смещены в сторону более электроотрицательного элемента.

2.    При определении степени окисления необходимо помнить, что сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю. У атомов более электроотрицательного элемента в соединении степень окисления отрицательная, а у других элементов — положительная.

Контрольные вопросы

1.    Дайте определение понятию «степень окисления».

2.    В чем заключается сходство и различие понятий «степень окисления» и «валентность»?

3.    Как можно определить высшую, низшую и промежуточные степени окисления элементов по Периодической системе?

4.    Чему равна низшая степень окисления металлических элементов?

5.    Сформулируйте алгоритм определения степеней окисления элементов в бинарных соединениях.

6.    Какова степень окисления элементов в простых веществах? Почему она именно такая?

Задания для усвоения материала

1. Определите валентность и степень окисления всех элементов по следующим структурным формулам:

 

2.    По положению элементов в Периодической системе определите возможные валентности и степени окисления: а) Калия; б) Магния; в) Брома; г) Фосфора; д) Сульфура.

3.    Определите степени окисления элементов в соединениях с Гидрогеном: CH4, NH3, H2S, HCl, CaH2.

4.    Определите степени окисления элементов в веществах:

5. Приведите формулы веществ, в которых степени окисления іидроге-на и Карбона равны их валентностям.

Определение степеней окисления в кислотах, гидроксидах и солях

Для соединений, образованных более чем двумя химическими элементами, принцип электронейтральности также является основополагающим. И подход к определению степеней окисления такой же, как и для бинарных соединений. Также необходимо помнить, что в подавляющем большинстве соединений степень окисления Оксигена равна -2, а Гидрогена--+1.

Для определения степеней окисления в кислотах и гидроксидах можно воспользоваться следующим алгоритмом:

Алгоритм определения степеней окисления элементов в кислотах и гидроксидах (на примере сульфатной кислоты и хром(Ш) гидроксида)

1. Записываем формулу вещества

2. Подписываем степени окисления Оксигена и Гидрогена

3. Составляем уравнение для вычисления неизвестного заряда. Необходимо помнить, что степень окисления — это заряд на одном атоме. Если атомов определенного элемента больше одного, то его заряд следует умножить на число атомов

4. Решаем составленное уравнение

5. Подписываем полученную степень окисления

Рассмотрим, как определить степени окисления трех элементов, на примере калий сульфита K2SO3. Степень окисления Калия в соединениях может быть только +1 (табл. 7, с. 107), а Оксигена--2:

 

Поскольку сумма зарядов должна быть равна нулю, то вычислим степень окисления Сульфура, решив уравнение:

 

При определении степеней окисления элементов в соединениях необходимо помнить:

1. Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю.

2.    Флуор — наиболее электроотрицательный химический элемент, поэтому степень окисления Флуора во всех соединениях равна -1.

3.    Оксиген — наиболее электроотрицательный элемент после

Флуора, поэтому степень окисления Оксигена во всех соединениях, кроме флуоридов, отрицательна: в большинстве случаев она равна -2, а в пероксидах--1.

4.    Степень окисления Гидрогена в большинстве соединений равна

+1, а в соединениях с металлическими элементами (гидридах NaH, CaH2 и др.)--1.

5.    Степень окисления металлических элементов в соединениях всегда положительна.

6.    У более электроотрицательного элемента всегда отрицательная степень окисления.

7.    Сумма степеней окисления всех элементов в веществе равна нулю.

Составление формул соединений по степени окисления

Используя степени окисления, составлять формулы бинарных соединений проще, чем по валентности. При составлении формул следует руководствоваться правилом электронейтральности.

Алгоритм составления формул соединений по известным степеням окисления элементов (на примере сульфур^І) оксида

и фосфор(Ш) хлорида)

1. Записываем символы элементов в нужном порядке и надписываем их степени окисления

2. Определяем наименьшее общее кратное (НОК) для значений степеней окисления (на знак не обращаем внимания)

3. Число атомов элемента равно отношению

НОК к степени окисления этого элемента

4. Записываем индексы после символов элементов

Выводы

1.    При определении степени окисления элементов в кислотах, основаниях и солях необходимо учитывать то, что степень окисления Оксигена в этих соединениях всегда -2, а Гидрогена — +1. Степень окисления других элементов вычисляется по принципу электронейтральности.

2.    Положительный заряд на всех атомах должен быть скомпенсирован отрицательными зарядами других атомов.

Задания для усвоения материала

1.    Составьте формулы соединений по степеням окисления элементов:

а) бром(1) оксид; б) манган(ІІ) оксид; в) станнум(^) оксид; г) феррум(Ш) оксид.

2.    Определите степени окисления всех элементов в соединениях:

а) CrCl3, KClO3, BaCl2, Ca(ClO)2, HClO4, Al2(SO4)3, Fe2O3, NaOH;

б) Ba(OH)2, Ca(NO3)2, H2CO3, HNO3, H2S, H3PO4, HCIO, H2SO4;

в) KClO3, K2Cr2O7, Na2SO3, KClO3, NaCl, Na2CrO4, NH4ClO4, BaMnO4.

3.    Oпределите степени окисления Мангана в соединениях: Mn, MnO, MnO2, K2MnO4, KMnO4, Mn2O7.

4.    Oпределите степени окисления Карбона в соединениях: CH4, CH3Cl,

CH2Cl2, C2H5Cl, C2H2Cl4, C2Cl6. (Примите во внимание, что во всех этих соединениях степень окисления Гидрогена — +1, а Хлора--1.)

5.    Запишите электронную формулу Хлора в степенях окисления: -1, 0, +1, +3, +5, +7.

6.    Приведите формулы соединений Нитрогена с положительной и отрицательной степенью окисления этого химического элемента.

7*. Максимальная валентность и степень окисления Oксигена и Флуора отличаются от номеров групп Периодической системы, в которых они расположены. Как вы считаете, чем это можно объяснить?

 

Это материал учебника Химия 8 класс Григорович

 

Категорія: Хімія

Автор: admin от 16-09-2016, 23:36, Переглядів: 2242