Степень окисления

План урока

Степень окисления
Определение степени окисления атомов химических элементов
Составление химических формул по степени окисления

Цели урока

сформировать понятие о степени окисления химического элемента
научиться рассчитывать степени окисления по формулам соединений, а также составлять химические формулы по степени окисления

Разминка

Какие типы химической связи вы знаете?
Что такое электроотрицательность, как она изменяется в периодах, в главных подгруппах?
Дайте определение ионной связи. Что такое ионы, какие они бывают по заряду?
Определите тип химической связи для следующих веществ: $H_{2}; HCl; NaCl; Ca$ .

Степень окисления

Когда атомы химических элементов взаимодействуют между собой, образуется химическая связь, электроны между ними в большинстве случаев распределяются неравномерно, поскольку свойства атомов различаются.

Более электроотрицательный атом сильнее притягивает к себе электронную плотность. Атом, который притянул к себе электронную плотность, приобретает частичный отрицательный заряд δ−, а атом, который отдал электроны — частичный положительный заряд δ+. Такие условные заряды называют степенью окисления.

Степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный на основе предположения, что все соединения (и ионные, и ковалентные полярные) состоят из ионов.

Значения степеней окисления ставят над символом элемента арабской цифрой, впереди которой ставят «+» или «−». Например, ${CaCl}_{2}$ , степень окисления $Ca$ (+2), $Cl$ (–1).

Следует различать степени окисления и заряды ионов. Например, в молекуле $KCl$ , степень окисления $K$ (+1), а $Cl$ (−1). В зарядах этих ионов цифры опускают и записывают ионы $K^{+}, {Cl}^{-}$ .

Например, для азота характерны высшая степень окисления +5, низшая 5 − 8 = −3, а промежуточные степени окисления от −3 до +5. Например, в гидразине $N_{2} H_{4}$ степень окисления азота промежуточная, −2.

Определение степени окисления атомов химических элементов

Для определения степени окисления пользуются следующими правилами:

Степень окисления свободных атомов и простых веществ равна 0: ( $\overset{0}{Zn}, \overset{0}{Mg}$ ).
Степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна +1, а с металлами равна −1: ( $Na \overset{- 1}{H}, \overset{+ 1}{H} Cl$ ).
Степень окисления фтора в соединениях всегда равна −1: ( $H \overset{- 1}{F}, Ca \overset{- 1}{F_{2}}$ ).
Степень окисления кислорода в соединениях равна −2 ( $N \overset{- 2}{O}, {Al}_{2} \overset{- 2}{O_{3}}$ ), а в пероксидах −1 ( $H_{2} \overset{- 1}{O_{2}}, \overset{+ 1}{O} F_{2}$ ).
Степень окисления металлов в соединениях всегда положительная, у металлов I-A, II-A, III-A соответственно равна +1, +2, +3.
Суммарная степень окисления всех атомов в молекуле равна 0.
Элементы в высшей степени окисления могут только принимать электроны.
Элементы в низшей степени окисления могут только отдавать электроны.
Элементы в промежуточной степени окисления могут и принимать, и отдавать электроны.

Значения степеней окисления (с. о.) некоторых элементов

Постоянная с. о.	Элемент
+1	$Li, Na, K, Rb, Cs, Ag, H$ в гидридах −1 ( $Na \overset{- 1}{H}$ )
+2	$Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn$
+3	$Al$
−1	$F$
−2	$O$ в пероксидах −1 ( $H_{2} \overset{- 1}{O_{2}}$ )

Переменная с. о.	Элемент
+1, +2	$Cu, Hg$
+2, +3	$Co, Ni$
+2, +3, +6	$Cr, Fe$
−4, +2, +4	$C, Si$
−2, +4, +6	$S$

Алгоритм определения степеней окисления по формуле:

Определение степеней окисления начинают с того элемента, у которого с. о. постоянная или известна в соответствии с правилами (см. правила): $N_{2} \overset{- 2}{O_{5}}$ ;
Умножить эту с. о. на индекс атома (или группы) (–2 · 5 = –10);
Полученное число разделить на индекс второго элемента (или группы) (10 : 2 = 5);
Записать полученную c. о. с противоположным знаком ( ${\overset{+ 5}{N}}_{2} \overset{- 2}{O_{5}}$ );
Если вещество состоит из трёх и более элементов, необходимо помнить, что суммарный заряд молекулы равен 0.

Пример 1

Определим степени окисления элементов в бинарном (состоящем из двух элементов) соединении ${Al}_{2} O_{3}$ .

Степень окисления $O$ нам известна (–2). Следовательно, три атома $O$ будут иметь общий заряд (–6), т. к. (–2) · 3 = –6. Тогда общий заряд двух атомов алюминия будет равен (+6). Помните, что суммарный заряд равен 0. Значит, степень окисления одного атома $Al$ будет (+3), т. к. (+6) : 2 = +3.

${Al}_{2} O_{3} \to {Al}_{2} {\overset{- 2}{O}}_{3} \to \underset{+ 6}{{Al}_{2}} \underset{- 6}{{\overset{- 2}{O}}_{3}} \to {\overset{+ 3}{Al}}_{2} {\overset{- 2}{O}}_{3}$

Упражнение 1

Определите степени окисления элементов в соединениях:

а) $MgO$ ; б) $H_{2} O$ ; в) $P_{2} O_{5}$ ; г) ${Fe}_{2} O_{3}$ .

Пример 2

Определим степени окисления элементов в соединении, состоящем из трёх элементов $H_{2} {SO}_{4}$ .

Степень окисления $O$ нам известна (–2), как и степень окисления $H$ (+1) Следовательно, четыре атома $O$ будут иметь общий заряд (–8), т. к. (–2) · 4 = –8. Общий заряд двух атомов водорода будет равен (+2), т. к. (+1) · 2 = +2.

Мы помним, что суммарный заряд молекулы равен 0. Значит, на один атом серы приходится заряд, равный +6, т. е. степень окисления одного атома $S$ будет (+6).

$H_{2} {SO}_{4} \to {\overset{+ 1}{H}}_{2} S {\overset{- 2}{O}}_{4} \to \underset{+ 8}{{\overset{+ 1}{H}}_{2} S} \underset{- 8}{{\overset{- 2}{O}}_{4}} \to {\overset{+ 1}{H}}_{2} \overset{+ 6}{S} {\overset{- 2}{O}}_{4}$

Упражнение 2

Определите степени окисления элементов в соединениях:

а) ${HClO}_{2}$ ; б) $H_{2} {CO}_{3}$ ; в) ${AlPO}_{4}$ .

Составление химических формул по степени окисления

Алгоритм составления формул по степени окисления:

Записать знаки элементов (частиц) в порядке: на первом месте — положительно заряженную, на втором — отрицательно заряженную ( $Al O$ );
Расставить степени окисления ( $\overset{+ 3}{Al} \overset{- 2}{O}$ );
Найти наименьшее общее кратное (НОК) между значениями степеней окисления, записать его между ними в «окошечко»;
Разделить НОК на значение степеней окисления, полученные результаты записать как индексы (6 : 3 = 2; 6 : 3 = 3 ${Al}_{2} O_{3}$ ).

Пример 3

Составим формулу соединения $Ca$ с $Cl$ . Для этого запишем символы элементов $Ca$ ,

$Cl$ . Углерод на втором месте, потому что он более электроотрицательный. $Ca$ — элемент II A группы. Он является металлом, поэтому он отдаст свои 2 электрона и получит степень окисления (+2), а $Cl$ — элемент VII A, он примет 1 электрон для завершения своего внешнего энергетического уровня, на котором уже есть 7 электронов, при этом получит степень окисления (–1). Запишем значения степеней окисления в формулу сверху. Теперь найдём наименьшее общее кратное (НОК). Оно будет 2. Затем НОК разделим на значения степеней окисления и получим соответствующие индексы. 2 : 2 = 1, значит индекс у $Ca$ — 1, 2 : 1 = 2, значит индекс у $Cl$ — 2. Следовательно, формула будет ${CaCl}_{2}$ .

$CaCl \to \overset{+ 2}{Ca} Cl \to \overset{+ 2}{Ca} \overset{- 1}{Cl} \to {CaCl}_{2}$

Упражнение 3

Составьте формулу соединения:

а) $Ba с O$ ; б) $Na с O$ ; в) $K с Br$ .

Контрольные вопросы

Что такое степень окисления?
Чему равна степень окисления простых веществ?
Какой алгоритм составления формулы соединения по степеням окисления элементов?

Ответы

Упражнение 1

а) $\overset{+ 2}{Mg} \overset{- 2}{O}$ ; б) ${\overset{+ 1}{H}}_{2} \overset{- 2}{O}$ ; в) ${\overset{+ 5}{P}}_{2} \overset{- 2}{O_{5}}$ ; г) $\overset{+ 3}{{Fe}_{2}} \overset{- 2}{O_{3}}$ .

Упражнение 2

а) $\overset{+ 1}{H} \overset{+ 3}{Cl} \overset{- 2}{O_{2}}$ ; б) $\overset{+ 1}{H} \overset{+ 4}{C} \overset{- 2}{O_{3}}$ ; в) $\overset{+ 3}{Al} \overset{+ 5}{P} \overset{- 2}{O_{4}}$ .

Упражнение 3

а) $BaO$ ; б) ${Na}_{2} O$ ; в) $KBr$ .

Конспект урока: Степень окисления

Химические реакции

Степень окисления

Определение степени окисления атомов химических элементов

Составление химических формул по степени окисления