Степени окисления атомов некоторых элементов

Элемент	С. О.
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (IА группа), H (кроме гидридов)	+1
Be, Mg, Ca, Sr, Ba (IIА группа)	+2
Al, Sc	+3
Галогены в галлидах (МеГх-1); водород в гидридах (МеНх); кислород в пероксидах (Н2О2)	-1
О (кроме пероксидов) и F2O	-2

 

Пользуясь этими сведениями, можно вычислять С.О. других атомов в соединениях, учитывая, что АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ СУММА СТЕПЕНЕЙ ОКИСЛЕНИЯ ВСЕХ АТОМОВ В СОЕДИНЕНИИ ВСЕГДА РАВНА НУЛЮ, А В СЛОЖНОМ ИОНЕ – ЗАРЯДУ ИОНА.

Например, в соединениях FeO, NaFeO₂, ионе FeO₄²⁻ степень окисления атома железа будет принимать следующие значения +2, +3, +6, т.к. С.О. атома кислорода равна -2, натрия +1, а поскольку алгебраическая сумма С.О. всех атомов в молекулах (FeO, NaFeO₂) равна нулю, а в ионе (FeO₄²⁻ ) – заряду иона, т.е. 2-:

            Fe^хO^-2            Na⁺Fe^хO₂^-2                (Fe^хO₄^{− 2}) ²⁻

         x +(-2) = 0        +1+х+2(-2) = 0     х + 4(-2) = -2

             x = +2                  х = +3               х = +6

ПРИМЕР 1. Определите степень окисления атома подчеркнутого элемента в приведенных молекулах или ионах: KMnO₄, PO₄^3-, Cr₂O₃.

ОТВЕТ: Расставляем степени окисления тех атомов, которые имеют постоянное значение: K⁺MnO₄^{− 2}, (PO₄^{− 2})^3-, Cr₂O₃^{− 2}. Учитывая, что алгебраическая сумма С.О. всех атомов в молекулах равна нулю, а в ионе – заряду иона, вычисляем значения степеней окисления атомов подчёркнутых элементов. При этом степень окисления атома подчёркнутого элемента обозначаем через х, а также умножаем известное значение степени окисления на количество атомов данного элемента в соединении:

1. K⁺Mn^хO₄^{− 2};      +1 + х + 4(-2) = 0; х = +7.

2. (P^хO₄^{− 2})^3- ;       x + 4(-2) = -3;        х = + 5.

3. Cr^х₂O₃^{− 2};       2х + 3(-2) = 0;        x = +3.

Таким образом, степени окисления атомов марганца, фосфора, хрома в перечисленных частицах равны соответственно +7, +5, +3.

Валентность – это число химических связей, образуемых данным атомом в соединении. Часто валентность атома числено совпадает с его степенью окисления. Например, в молекуле хлороводорода НCl степень окисления хлора равна -1, а его валентность равна I (валентность обозначается римскими цифрами). Исключение составляют частицы, в которых химические связи образуются между атомами одного и того же элемента, в том числе простые вещества. Например, С.О. атома азота в молекуле N₂ равна нулю, а его валентность равна трём, т.к. атомы соединяются тройной связью. Или С.О. атома кислорода в молекуле пероксида водорода Н₂О₂ равна «-1», а его валентность равна двум.

При графическом изображении (структурная формула) связь обозначается черточкой. Например, структурные формулы хлороводорода и пероксида водорода имеют вид: Н− Cl, Н− О− О− Н.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Химическая реакция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции).

Существует несколько классификаций химических реакций.

По изменению степеней окисления реагентов различают окислительно-восстановительные (ОВР) и неокислительно - восстановительные реакции.

К окислительно-восстановительным относятся реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов элементов в соединениях, участвующих в реакции. При этом атомы одного элемента (окислителя) восстанавливаются, принимая электроны. Атомы другого элемента (восстановителя) окисляются, отдавая электроны частице окислителя. Например, реакция цинка с разбавленной серной кислотой:

Zn⁰ + H⁺₂S⁺⁶O₄^{− 2} = Zn⁺²S⁺⁶O₄^{− 2} + H⁰₂.

В данной реакции окислителем является водород серной кислоты, а восстановителем атом цинка.

Неокислительно-восстановительные реакции — это реакции, в которых не происходит изменения степеней окисления атомов. Примером таких реакций являются реакции ионного обмена:

K⁺Cl⁻ + Ag⁺N⁺⁵O₃^{− 2} = Ag⁺Cl⁻ + K⁺N⁺⁵O₃^{− 2}.

По типу превращений реагирующих частиц различают реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

В реакциях соединения реагируют два или более простых или сложных веществ, при этом образуется одно сложное вещество. Реакции соединения могут быть как окислительно-восстановительными, так и не сопровождаться изменениями степеней окисления. Например, H⁰₂ + Cl⁰₂ = 2H⁺Cl⁻ или Ca⁺²O^{− 2} + Н⁺₂О^{− 2}= Ca⁺²C⁺⁴O₃^{− 2}.

В реакциях разложения из одного сложного вещества образуют несколько простых или сложных веществ. Например, реакция получения оксида кальция из карбоната кальция:

CaCO₃ = CaO + CO₂.

Реакции разложения являются обратными реакциям соединения и также могут протекать как с изменением степеней окисления, так и без изменения их.

Реакции, в которых участвуют одно простое и одно сложное вещества, при этом простое замещает часть сложного, относятся к типу замещения. Реакции замещения всегда являются окислительно-восстановительными: Fe⁰ + Cu²⁺SO₄ = Fe⁺²SO₄ + Cu⁰.

Без изменения степеней окисления протекают реакции обмена, в которых участвуют два сложных вещества, обменивающихся своими составными частями. Примером таких реакций являются реакции ионного обмена: 3KOH + H₃PO₄ = K₃PO₄ + 3H₂O.

По фазовому составу реагирующей системы различают гомогенные и гетерогенные реакции.

В гомогенных реакциях реагирующие вещества находятся в одной фазе. Примером таких реакций могут служить реакции ионного обмена, например, нейтрализация кислоты и щелочи в растворе:

NaOH_(Р.) + HCl_(Р.) = NaCl_(Р.) + H₂O_(Ж)

В гетерогенных реакциях реагенты находятся в разных фазах, реакционный процесс протекает на границе раздела фаз. Примером может служить реакция карбоната кальция с соляной кислотой:

CaCO_3(ТВ.) + 2HCl_(Р.) = CaCl_2(Р.) + CO_2(Г.) + H₂O_(Ж.)

КЛАССИФИКАЦИЯ СЛОЖНЫХ ВЕЩЕСТВ

Сложные вещества по своему составу подразделяются на бинарные соединения (соединения из атомов только двух элементов) и соединения, в составе которых содержатся атомы более двух элементов. Например, из ряда соединений, состав которых выражается формулами NaI, KNO₂, AlN, CaH₂, Na₂SO₃, к бинарным относятся: CaH₂, NaI, AlN.

По своему составу и свойствам неорганические вещества классифицируют на оксиды, основания, кислоты и соли.

Оксиды – сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов кислорода и атомов какого – либо элемента (металла или неметалла). Примеры оксидов: SO₃, CuO, H₂O, Fe₂O₃, CO_2.

Основания – сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металла и одной или нескольких гидроксильных групп ОН.

Примеры оснований:  КОН, Ca(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₂

Кислоты – сложные вещества, молекулы которых содержат атомы водорода, способные замещаться атомами металла с образованием соли. Молекулы всех кислот построены однотипно: они состоят из атомов водорода и кислотных остатков.

Кислотные остатки – это атомы или группы атомов, которые остаются после полного или частичного замещения водорода в молекуле кислоты. Например, кислотный остаток хлороводородной кислоты НСl - Cl⁻ , сероводородной кислоты H₂S - HS⁻ , S²⁻ , угольной кислоты H₂CO₃ – HCO₃⁻ , CO₃²⁻ и др.

Соли – сложные вещества, молекулы которых всегда содержат атомы металла и атомы кислотного остатка. Соли можно рассматривать как продукт полного или частичного замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металлов, или гидроксильных групп в молекулах оснований на кислотные остатки.

Примеры солей: Ca(HCO₃)₂, Mg₃(PO₄)₂, FeCl₂, K₂CO₃, CuOHCl.

БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ИХ НОМЕНКЛАТУРА.

ОКСИДЫ (КЛАССИФИКАЦИЯ, НОМЕНКЛАТУРА)

К бинарным относятся соединения, в состав частиц которых входят атомы двух элементов. Состав бинарного соединения можно выразить общей формулой Э'_mЭ''_n, где атом элемента (Э'') имеет отрицательную степень окисления. Названия бинарных соединений составляются из корня латинского названия электроотрицательного элемента (Э'') с окончанием ''ид'' и русского названия элемента Э' (Э' – элемент с положительной степенью окисления).

Если элемент (Э'), имеющий положительную степень окисления, может находиться в различных степенях окисления, то в скобках римскими цифрами указывается окислительное число (количественное выражение степени окисления).

Примеры бинарных соединений и их названия:

NaH – гидрид натрия CaF2 –фторид кальция CrCl3 – хлорид хрома (III) СаС2 – карбид кальция

СаО – оксид кальция NaI – иодид натрия Ca3N2 - нитрид кальция SiC – карбид кремния (IV)

К бинарным соединениям относятся оксиды, в составе которых атомы кислорода имеют С.О., равную (-2): Al₂⁺³O₃^-2, Cr⁺⁶O₃^-2, C⁺⁴O₂^-2.

Названия оксидов составляют аналогично другим бинарным соединениям, например, СаО – оксид кальция, Al₂O₃ – оксид  алюминия, СО₂ – оксид углерода (IV), CrO₃ – оксид хрома (VI).

При названии оксидов можно указывать греческими числительными (моно, ди, три, тетра) число атомов кислорода, приходящееся на один атом элемента в соединении, например, MnO – монооксид марганца, СО₂ – диоксид углерода, СrО₃ – триоксид хрома.

Оксиды подразделяются на несолеобразующие (NO, CO, SiO и др.) и солеобразующие. Последние объединяются в группы кислотных, основных и амфотерных оксидов. Все они способны образовывать соли при взаимодействии с кислотами или основаниями. Солеобразующим оксидам соответствуют соединения, называемые гидроксидами. Гидроксиды могут проявлять свойства, как оснований, так и кислот, так и амфотерных соединений. Например, СаО соответствует гидроксид (Са(ОН)₂), проявляющий свойства оснований, SO₂ соответствует гидроксид (H₂SO₃), проявляющий свойства кислоты, ZnO соответствует гидроксид (Zn(ОН)₂), проявляющий амфотерные свойства.

Некоторые гидроксиды можно получить прямым взаимодействием оксидов с водой, например, К₂О + H₂O = 2КOH или SO₂ + H₂O = H₂SO₃.

Несолеобразующие (индифферентные) оксиды солей не образуют.

Основными называются оксиды металлов в низших степенях окисления обычно +1, +2, +3. Им соответствуют гидроксиды, являющиеся основаниями (табл. 2). Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов взаимодействуют (растворяются) с водой с образованием оснований (растворимых в воде – щелочей). Например,

Na₂O + H₂O = 2NaOH;      CaO + H₂O = Ca(OH)_2.

Основные оксиды остальных металлов не растворяются в воде и соответствующие им гидроксиды (основания) получают из солей реакцией обмена со щёлочью. Например, FeCl₃ + 3KOH = Fe(OH)₃↓ + 3KCl.

Таблица 2

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: