§38. Степень окисления
Вопрос в начале параграфа
✓ Вещества строго индивидуальны по составу, строению и свойствам, поэтому каждому из них соответствует своя химическая формула и своё название. А как они образуются?
Ответ:
Формулу соединения, состоящего из двух элементов, легко можно вывести, зная степени их окисления. Например, выведем формулу сульфида алюминия − соединения алюминия и серы.
1) Запишем сначала знак металла, так как он обязательно имеет положительное значение степени окисления, а затем знак неметалла: AlS.
2) Определим степень окисления алюминия (если она нам не известна) по положению его в периодической системе Д. И. Менделеева: +3. Атом серы, имеющий 6 электронов на внешнем слое (сера — элемент VIA−группы), примет недостающие до завершения слоя два электрона и получит степень окисления –2.
3) Запишем эти значения над знаками элементов: $Al^{+3}$ $S^{-2}$.
4) Определим наименьшее общее кратное для этих чисел (оно равно 6), найдём индексы для каждого элемента путём деления общего кратного чисел на значения степеней окисления (для алюминия 6 : 3 = 2, для серы 6 : 2 = 3) и выведем формулу: $Al_{2}$ $S_{3}$.
Проверьте свои знания
1. Дайте определение понятия «степень окисления».
Ответ:
Степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все ковалентные полярные связи превратились в ионные.
2. Назовите элементы с постоянной и переменной степенью окисления. Как соотносится положение химического элемента в таблице Д. И. Менделеева со значениями его степеней окисления?
Ответ:
Некоторые химические элементы в соединениях проявляют постоянную степень окисления. К ним относятся:
1) щелочные металлы, т. е. химические элементы IA−группы периодической системы Д. И. Менделеева, которые всегда имеют степень окисления, равную +1;
2) металлы IIA−группы периодической системы Д. И. Менделеева, степень окисления которых всегда равна +2;
3) алюминий, имеющий степень окисления +3;
4) фтор, имеющий степень окисления –1;
5) кислород, проявляющий в подавляющем большинстве соединений степень окисления –2;
6) водород, имеющий в соединениях с большинством неметаллов степень окисления +1, а в соединениях с металлами степень окисления –1.
Другие химические элементы проявляют переменные степени окисления. Например, для хлора характерен набор нечётных степеней окисления: –1, +1, +3, +5, +7, а для серы − чётных: –2, +2, +4, +6.
Примените свои знания
3. Сравните понятия «степень окисления» и «валентность». Приведите примеры веществ, в которых величины валентности и степени окисления совпадают и различаются.
Ответ:
Степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все ковалентные полярные связи превратились в ионные.
Валентность — это свойство атомов одного химического элемента соединяться со строго определённым числом атомов другого химического элемента.
Совпадения степени окисления и валентности можно наблюдать в следующих веществах: вода, оксид кальция, оксид натрия, серная кислота и др.
Различия степени окисления и валентности можно наблюдать в следующих веществах: пероксид водорода, хлор, кислород и др.
4. Рассчитайте степени окисления атомов химических элементов в веществах: а) $Na_{2}$S; б) $F_{2}$; в) $KNO_{3}$; г) $Ca_{3}$ $P_{2}$; д) $BF_{3}$.
Ответ:
а) $Na_{2}$S: натрий металл IA−группы, поэтому имеет степень окисления +1, следовательно, степень окисления серы −2.
б) $F_{2}$: формула простого вещества, следовательно, степень окисления 0.
в) $KNO_{3}$: калий металл IA−группы, поэтому имеет степень окисления +1, у кислорода постоянная степень окисления −2, следовательно, степень окисления азота +5.
г) $Ca_{3}$ $P_{2}$: кальций металл IIA−группы, поэтому имеет степень окисления +2, следовательно, степень окисления фосфора −3.
д) $BF_{3}$: фтор имеет только одну степень окисления, равную −1, следовательно, степень окисления бора +3.
5. Расположите формулы веществ в порядке увеличения степени окисления атома хлора: $KClO_{3}$, $Cl_{2}$, $HClO_{4}$, $FeCl_{3}$, $Ca(ClO)_ {2}$, $ClO_{3}$, $KClO_{2}$.
Ответ:
Расставим степени окисления во всех соединениях:
$KClO_{3}$ − калий металл IA−группы, поэтому степень окисления +1, у кислорода постоянная степень окисления − 2, следовательно, у хлора, степень окисления +5.
$Cl_{2}$ − простое вещество − хлор, поэтому степень окисления 0.
$HClO_{4}$ − водород имеет постоянную степень окисления +1, кислород −2, следовательно, у хлора степень окисления +7.
$FeCl_{3}$ − железо имеет степень окисления +3, следовательно, у хлора степень окисления −1.
$Ca(ClO)_ {2}$ − кальций металл IIA−группы, поэтому имеет степень окисления +2, кислород имеет постоянную степень окисления −2, следовательно, у хлора степень окисления +1.
$ClO_{3}$ − кислород имеет постоянную степень окисления −2, следовательно, у хлора степень окисления +6.
$KClO_{2}$ − калий металл IA−группы, поэтому степень окисления +1, у кислорода постоянная степень окисления − 2, следовательно, у хлора, степень окисления +3.
Расположим формулы веществ в порядке увеличения степени окисления атома хлора:
1) $FeCl_{3}$
2) $Cl_{2}$
3) $Ca(ClO)_ {2}$
4) $KClO_{2}$
5) $KClO_{3}$
6) $ClO_{3}$
7) $HClO_{4}$
6. В каких переходах степени окисления атомов увеличились, а в каких − уменьшились: а) HBr → $Br_{2}$; б) FeO → $Fe_{2}$ $O_{3}$; в) S → ZnS; г) $KMnO_{4}$ → $K_{2}$ $MnO_{4}$?
Ответ:
а) HBr → $Br_{2}$:
степень окисления брома увеличилась, так как была −1, а стала 0.
б) FeO → $Fe_{2}$ $O_{3}$:
степень окисления железа увеличилась, так как была +2, а стала +3.
в) S → ZnS:
степень окисления серы уменьшилась, так как 0, а стала −2.
г) $KMnO_{4}$ → $K_{2}$ $MnO_{4}$:
степень окисления марганца уменьшилась, так как была +7, а стала +6.
Используйте дополнительную информацию
7. Предложите свой способ образования названий бинарных соединений. Назовите соединения, имеющие формулы: $Na_{2}$O, CaS, FeS, $Ca_{3}$ $N_{2}$, $Mg_{2}$Si, CO, $CCl_{4}$.
Ответ:
$Na_{2}$O − оксид натрия.
CaS − сульфид кальция.
FeS − сульфид железа(II).
$Ca_{3}$ $N_{2}$ − нитрид кальция.
$Mg_{2}$Si − силицид магния.
CO − оксид углерода(II).
$CCl_{4}$ − хлорид углерода(IV).
