§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 S2.
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: Al2 S3.

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) Na2S; б) F2; в) KNO3; г) Ca3 P2; д) BF3.

Ответ:

а) Na2S: натрий металл IA−группы, поэтому имеет степень окисления +1, следовательно, степень окисления серы −2.
б) F2: формула простого вещества, следовательно, степень окисления 0.
в) KNO3: калий металл IA−группы, поэтому имеет степень окисления +1, у кислорода постоянная степень окисления −2, следовательно, степень окисления азота +5.
г) Ca3 P2: кальций металл IIA−группы, поэтому имеет степень окисления +2, следовательно, степень окисления фосфора −3.
д) BF3: фтор имеет только одну степень окисления, равную −1, следовательно, степень окисления бора +3.

5. Расположите формулы веществ в порядке увеличения степени окисления атома хлора: KClO3, Cl2, HClO4, FeCl3, Ca(ClO)2, ClO3, KClO2.

Ответ:

Расставим степени окисления во всех соединениях:
KClO3 − калий металл IA−группы, поэтому степень окисления +1, у кислорода постоянная степень окисления − 2, следовательно, у хлора, степень окисления +5.
Cl2 − простое вещество − хлор, поэтому степень окисления 0.
HClO4 − водород имеет постоянную степень окисления +1, кислород −2, следовательно, у хлора степень окисления +7.
FeCl3 − 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.
ClO3 − кислород имеет постоянную степень окисления −2, следовательно, у хлора степень окисления +6.
KClO2 − 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) FeCl3
2) Cl2
3) Ca(ClO)2
4) KClO2
5) KClO3
6) ClO3
7) HClO4

6. В каких переходах степени окисления атомов увеличились, а в каких − уменьшились: а) HBr → Br2; б) FeO → Fe2 O3; в) S → ZnS; г) KMnO4K2 MnO4?

Ответ:

а) HBr → Br2:
степень окисления брома увеличилась, так как была −1, а стала 0.
б) FeO → Fe2 O3:
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) KMnO4K2 MnO4:
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: Na2O, CaS, FeS, Ca3 N2, Mg2Si, CO, CCl4.

Ответ:

Na2O − оксид натрия.
CaS − сульфид кальция.
FeS − сульфид железа(II).
Ca3 N2 − нитрид кальция.
Mg2Si − силицид магния.
CO − оксид углерода(II).
CCl4 − хлорид углерода(IV).