Определение степеней окисления атомов. Обобщающее занятие для подготовки к экзамену


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
Стародубец Е.Е. Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2016, факультет довузовской подготовки ФГБОУ ВО «КНИТУ» Определение с тепен ей окисления атомов . Обобщающее занятие для подготовки к экзамену Задача урока Один из обязательных навыков, которым должны овладеть учащиеся – определение степеней окисления атомов элементов в соединениях. Это необходимо для правильного составления формул химических соединений, определения названия соединений в соответствии со стандартной н оменклатурой и написания уравнений окислительно - восстановительных реакций. Чтобы не допускать ошибок в заданиях этой темы, необходимо знать и различать ряд понятий. Занятие строится как обобщение нескольких тем и призвано отработать навык определения степе ней окисления в неорганических соединениях любой сложности. §1. Степень окисления – это положительное или отрицательное число, присваиваемое каждому атому в соединении и равное заряду атома при условии, что все химические связи в соединении являются ионны ми. Поскольку соединени й с чисто ионным характером химической связи не существуют, действительные заряды на атомах никогда не совпадают со степенями окисления. Тем не менее, использование степеней окисления позволяет решать целый ряд химических задач, о че м упоминалось выше. Возможные степени окисления каждого элемента определяются строением его атома и его способностью принимать дополнительные электроны или отдавать свои валентные электроны. И отдавать, и принимать электроны могут атомы элементов, простые вещества которых являются неметаллами. Учитывая, что электрон обладает отрицательным зарядом, получаем, что присоединение электронов приводит к образованию отрицательной, а потеря электронов – положительной степени окисления атома. В отличие от неметаллов, металлы могут только отдавать электроны, поэтому отрицательные степени окисления для них не характерны. Для условного деления элементов на металлы и неметаллы обычно проводят диагональ по таблице элементов Д.И. Менделеева от бериллия до астата: все элемен ты в нижнем образовавшемся треугольнике являются металлами. В верхнем треугольнике находятся элементы - неметаллы, за исключением элементов побочных групп больших периодов – d - элементов – все их простые вещества являются металлами. Так , сера, согласно положе нию в таблице элементов, является неметаллом, то есть может проявлять как положительные, так и отрицательные степени окисления. Электронная конфигурация атома серы − 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 4 . Шесть валентных электронов внешнего энергетического слоя распределены по орбиталям следующим образом: Видно, что атом серы может принять максимум два электрона до заполнения внешнего слоя – низшая степень окисления - 2, или отдать на связь с другими атомами максимум все шесть валентных электронов – высшая возможная степень окисления 6. Таким образом, атому серы может быть присвоена степень окисления только от - 2 до 6. У атома натрия электронная конфигурация атома – 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1 , на внешнем энергетическом слое один электрон. Простое вещество – металл. Поэт ому отрицательные степени окисления для натрия не характерны. Теряя единственный валентный электрон, атом натрия приобретает степень окисления 1. Значит, атом натрия кроме нулевой степени окисления может проявлять только одну степень окисления 1. §2. Не обходимо различать следующие понятия: - «степе нь окисления» и «заряд частицы»; - «степень окисления» и «валентность». 3s 2 3p 4 2s 2 p С * 2s 2 2 p 2 С Молекулы – это электронейтральные частицы, то есть их заряд равен нулю. Заряженные частицы называют ионами. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные – анионами. Для различения зарядов и степеней окисления принято знак «» или « – » при записи степени окисления ставить перед цифрой, а при написании заряда иона – после цифры. Например: , , , , , . Валентность атома – это его способность образовывать связи с другими атомами. Валентные возможности атома (число ковалентных химических с вязей, которые атом может образовывать) определяются строением атома элемента. Так, максимально возможная валентность элементов второ го периода равна четырем, а элементов третье го периода – шести. Например, атом азота имеет валентную электронную конфигура цию 2 s 2 2 p 3 : За счет трех непарных электронов атом азота может образовать три ковалентные связи с другими атомам, также имеющими непарные электроны. Кроме того, за счет пары электронов атом азота может образовать дополнительную кова лентную связь со свободной орбиталью другого атома по донорно - акцепторному механизму. Таким образом, валентность азота может быть от 1 до 4. Возможные же степени окисления азота лежат в пределах от - 3 до 5. У атома углерода валентность также может быть н е больше четырех. При возбуждении атома С один электрон переходит с 2 s - орбитали на свободную 2 p - орбиталь, в результате чего становится возможным образование четырех ковалентных химических связей по обменному механизму. Возможные степени окисления атома углерода лежат в пределах от - 4 до 4. У элементов третьего периода валентные возможности расширяются до шести за счет использования в образовании связей двух d - орбиталей. Например, атом серы, переведенный в возбужденное состояние, может образовать за счет шести непарных электронов макси мум шесть ковалентных связе й: Степени окисления, которые может проявлять сера в различных соединениях , определя ю тся пределами от - 2 до 6. В названиях соединений часто ставят в скобках римскую цифру: – оксид азота (V); – оксид азота (II); – хлорид хрома ( II ); – хлорид хрома ( II I). Эта цифра означает не валентность, а степень окисления того атома, после которого она стоит, хотя в некоторых случаях валентность и степень окисления атома могут и совпадать. 2 s 2 2p 3 3 s 3p 3d S * 3s 2 3p 4 S §3. Обычно для определения степеней окисления элементов не расписывают электронную конфигурацию валентных электронов, а пользу ются рядом эмпирических правил, изложенных ниже. 1. Сумма степеней окисления атомов в частице равна ее электр ическому заряду. 2. В простых веществах (состоящих из атомов только одного элемента) степень окисления элемента равна нулю. 3. В бинарных соединениях (состоящих из атомов двух элементов) отрицательная степень окисления присваивается атому с большей электро отрицательностью. Обычно формулы химических соединений записываются таким образом, что более электроотрицательный атом стоит в формуле вторым, хотя некоторые формулы могут быть записаны и иначе: или (общепринят ая запись), или . 4. В сложных соединениях некоторым атомам приписываются постоянные степени окисления: - фтор всегда имеет степень окисления - 1; - элементы - металлы обычно имеют положительную степень окисления; - водород обычно имеет степень окисления 1 ( , ), но в соединениях с металлами (гидридах) его степень окисления равна - 1: , ; - для кислорода характерна степень окисле ния - 2, но с более электроотрицательным фтором у кислорода проявляется степень окисления 2, например , а в пероксидных соединениях – , , , ( надпероксид натрия); - максимальная положительная степень окисления элемента обычно совпадает с номером группы, в которой находится элемент (табл. 1), и сключения: а ) максимальная степень окисления меньше, чем номер группы: F , O , He , Ne , Ar , подгруппа коба льта: Co (+2,+3); Rh , Ir (3,4,6), подгруппа никеля: Ni (2, редко 4); Pd , Pt (2,4, редко +6); б ) максимальная степень окисления выше, чем номер группы: элементы подгруппы меди: Cu (+1, +2), Au (+1, +3); - низшая отрицательная степень окисления элементов - неметаллов определяется как номер группы минус 8 (табл. 1). Таблица 1. Степени окисления некоторых элементов Элемент Номер группы Максимальная положительная степень окисления Низшая отрицательная степень окисления Na I +1 0 Al III +3 0 N V +5 5 – 8 = - 3 S VI +6 6 – 8 = - 2 Cl VII +7 7 – 8 = - 1 Упражнения для работы на занятии Задание 1 Приведите валентные электронные конфигурации и определите возможные степени окисления и валентные возможности атомов: а) бора; б) фтора; в) фосфора. Задание 2 Определите максимальную положительную и низшую отрицательную степень окисления следующих элементов: а) натрий; б) алюминий; в) кремний; г) хлор; д) мышьяк; е) цинк; ж) марганец; з) хром; и) свинец; к) олово. Составьте формулы возможных соединений этих элементов с водородом и кислородом. Задание 3 Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: H 3 PO 4 , K 3 PO 4 , N 2 O 5 , NH 3 , Cl 2 , KCl , KClO 3 , Ca ( ClO 4 ) 2 , NH 4 Cl , HNO 2 , Li , Li 3 N , Mg 3 N 2 , NF 3 , N 2 , NH 4 NO 3 , H 2 O , H 2 O 2 , KOH , KH, K 2 O 2 , BaO , BaO 2 , OF 2 , F 2 , NF 3 , Na 2 S , FeS , FeS 2 , NaHS , Na 2 SO 4 , NaHSO 4 , SO 2 , SOCl 2 , SO 2 Cl 2 , MnO 2 , Mn ( OH ) 2 , KMnO 4 , K 2 MnO 4 , Cr , Cr ( OH ) 2 , Cr ( OH ) 3 , K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , ( NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 , K 3 [ Al ( OH ) 6 ], Na 2 [ Zn ( OH ) 4 ], K 2 [ ZnCl 4 ] §4. Часто возникают сложности в определении степеней окисления в сложные соединения – солях, формула которых содержит несколько атомов, для которых возможны разные степени окисления. В этом случае не обойтись без знания генетической связи между основными классами неорганических соединений, а именно, знания формул кислот, производными которых являются те или иные соли (тем а 2). Например: нужно определит ь степень окисления элементов в соединении Cr 2 ( SO 4 ) 3 . Рассуждения учащегося в этом случае могут строиться таким путём: Cr 2 ( SO 4 ) 3 – это средняя соль се рной кислоты , в которой степени окисления элементов расставить достаточно просто. В Cr 2 ( SO 4 ) 3 сера и кислород имеют такие же степени окисления, при этом сульфат - ион имеет заряд 2 - : . Приняв за , легко определить степень окисления хрома: . То есть данная соль – сульфат хрома (III): . Упражнения для работы на занятии Задание 4 Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: H 2 SO 3 , FeSO 3 , Fe 2 (SO 3 ) 3 , H 3 PO 4 , Cu 3 PO 4 , Cu 3 (PO 4 ) 2 , Na 2 SiO 3 , MnSiO 3 , PbSO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , NH 4 Cl, (NH 4 ) 2 SO 4 , Cr 2 (SO 4 ) 3 , CrSO 4 , NiSO 4 , [Zn(OH 2 ) 6 ]SO 4 , Fe(NO 3 ) 2 , Fe(NO 3 ) 3 , PbCO 3 , Bi 2 (CO 3 ) 3 , Ag 2 S, Hg 2 S, HgS, Fe 2 S 3 , FeS, SnSO 4 . Задание 5 Установите соответствие между формулой химического соединения и степенью окисления азота в этом соединении : Формула вещества Степень окисления А) ( NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 ; 1) +3 ; Б) N 2 O 4 ; 2) +5 ; В) Н 4 N 2 ; 3) – 3 ; Г) Sr ( NO 2 ) 2 4) +2 ; 5) – 2 ; 6) +4 Ответ: A Б B Г 3 6 5 1 Задание 6 Установите соответствие между формулой вещества и степенью окис ления фосфора в этом веществе: Формула вещества Степень окисления А) Р H 3 ; 1) +3 ; Б) N а 2 HPO 4 ; 2) +5 ; В) H 2 [PO 3 H ] ; 3) – 3 ; Г) Ba ( PO 2 H 2 ) 2 4) +2 ; 5) – 2 ; 6) +1 Ответ: A Б B Г 3 2 1 6 Задание 7 Установите соответствие между формулой вещества и степенью окис ления хлора в этом веществе: Формула вещества Степень окисления А) AlCl 3 ; 1) +3 ; Б) KClO 4 ; 2) +5 ; В) HClO 2 ; 3) – 1 ; Г ) Ca ( ClO ) 2 4) +7 ; 5) +1 ; 6) +4 Какое из перечисленных веществ имеет наибольшее практическое применение? Как оно называется? В состав какого технического продукта оно входит? Ответ: A Б B Г 3 4 1 5 В качестве отбеливающего средства, средства для дегазации и дешевого окислителя используется гипохлорит кальция Ca ( ClO ) 2 . В технике его применяют в виде белильной или хлорной извести Ca ( ClO ) Cl , представляющей собой смесь гипохлорита и хлорида кальция, которую получают по реакции: 2Ca(OH) 2 + Cl 2 = Ca( ClO) 2 + CaCl 2 + H 2 O . Задание 8 Установите соответствие между символом элемента и возможными значения ми его степеней окисления: Формула вещества Степень окисления А) I ; 1) - 2, - 1, 0,+2 ; Б) F ; 2) - 2, 0,+4, +6 ; В) As ; 3) - 3, 0,+3, +5 ; Г) S 4) - 1, 0 ; 5) - 1, 0,+1,+3,+5,+7 ; 6) - 4, - 2, 0, +2, +4 Ответ: A Б B Г 5 4 3 2 Задание 9 Установите соответствие между формулой частицы и степенью окис ления серы в ней: Формула вещества Степень окисления А) ; 1) - 2 ; Б) SOCl 2 ; 2) - 1 ; В) ; 3) +4 ; Г) FeS 2 4) +2 ; 5) +6 Ответ: A Б B Г 3 3 5 2 Задание 10 Приведите электронную конфигурацию для следующих частиц: а ) Be, N, O, Ne, Al, Si ; б) C 0 , C +2 , C +4 , C  4 ; в) Cl 0 , Cl +3 , Cl +7 , Cl  1 .

Приложенные файлы

  • pdf file10
    Определение степеней окисления атомов. Обобщающее занятие для подготовки к экзамену
    Размер файла: 452 kB Загрузок: 8

Добавить комментарий