Как определить степень окисления металлов. Как определить степень окисления
Как определить степень окисления? Таблица Менделеева позволяет записывать данную количественную величину для любого химического элемента.
Определение
Для начала попробуем понять, что представляет собой данный термин. Степень окисления по таблице Менделеева представляет собой количество электронов, которые приняты либо отданы элементом в процессе химического взаимодействия. Она может принимать отрицательное и положительное значение.
Связь с таблицей
Как определяется степень окисления? Таблица Менделеева состоит из восьми групп, расположенных вертикально. В каждой из них есть две подгруппы: главная и побочная. Для того чтобы установить показатели для элементов, необходимо использовать определенные правила.
Инструкция
Как рассчитать степени окисления элементов? Таблица позволяет в полной мере справиться с подобной проблемой. Щелочные металлы, которые располагаются в первой группе (главной подгруппе), степень окисления проявляют в соединениях, она соответствует +, равна их высшей валентности. У металлов второй группы (подгруппы А) +2 степень окисления.
Таблица позволяет определить данную величину не только у элементов, проявляющих металлические свойства, но и у неметаллов. Их максимальная величина будет соответствовать высшей валентности. Например, для серы она составит +6, для азота +5. Как вычисляется у них минимальная (низшая) цифра? Таблица отвечает и на этот вопрос. Необходимо вычесть номер группы из восьми. Например, у кислорода она составит -2, у азота -3.
Для простых веществ, которые не вступали в химическое взаимодействие с другими веществами, определяемый показатель считается равным нулю.
Попробуем выявить основные действия, касающиеся расстановки в бинарных соединениях. Как поставить в них степень окисления? Таблица Менделеева помогает решить проблему.
Для примера возьмем оксид кальция СаО. Для кальция, расположенного в главной подгруппе второй группы, величина будет являться постоянной, равной +2. У кислорода, имеющего неметаллические свойства, данный показатель будет являться отрицательной величиной, и он соответствует -2. Для того чтобы проверить правильность определения, суммируем полученные цифры. В итоге мы получим ноль, следовательно, вычисления верны.
Определим подобные показатели еще в одном бинарном соединении CuO. Так как медь располагается в побочной подгруппе (первой группе), следовательно, изучаемый показатель может проявлять разные значения. Поэтому для его определения необходимо сначала выявить показатель для кислорода.
У неметалла, располагающегося в конце бинарной формулы, степень окисления имеет отрицательное значение. Так как этот элемент располагается в шестой группе, при вычитании из восьми шести получаем, что степень окисления у кислорода соответствует -2. Так как в соединении отсутствуют индексы, следовательно, показатель степени окисления у меди будет положительным, равным +2.
Как еще используется химическая таблица? Степени окисления элементов в формулах, состоящих из трех элементов, также вычисляются по определенному алгоритму. Сначала расставляют эти показатели у первого и последнего элемента. Для первого этот показатель будет иметь положительное значение, соответствовать валентности. У крайнего элемента, в качестве которого выступает неметалл, данный показатель имеет отрицательное значение, он определяется в виде разности (от восьми отнимают номер группы). При вычислении степени окисления у центрального элемента используют математическое уравнение. При расчетах учитывают индексы, имеющиеся у каждого элемента. Сумма всех степеней окисления должна быть равна нулю.
Пример определения в серной кислоте
Формула данного соединения имеет вид H 2 SO 4 . У водорода степень окисления составит +1, у кислорода она равна -2. Для определения степени окисления у серы, составим математическое уравнение: + 1 * 2 + Х + 4 * (-2) = 0. Получаем, что степень окисления у серы соответствует +6.
Заключение
При использовании правил можно расставлять коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях. Данный вопрос рассматривается в курсе химии девятого класса школьной программы. Кроме того, информация о степенях окисления позволяет выполнять задания ОГЭ и ЕГЭ.
Такой предмет школьной программы как химия вызывает многочисленные затруднения у большинства современных школьников, мало кто может определить степень окисления в соединениях. Наибольшие сложности у школьников, которые изучают то есть учеников основной школы (8-9 классы). Непонимание предмета приводит к возникновению неприязни у школьников к данному предмету.
Педагоги выделяют целый ряд причин такой «нелюбви» учеников средних и старших классов к химии: нежелание разбираться в сложных химических терминах, неумение пользоваться алгоритмами для рассмотрения конкретного процесса, проблемы с математическими знаниями. Министерством образования РФ были внесены серьезные изменение в содержание предмета. К тому же "урезали" и количество часов на преподавание химии. Это негативно сказалось на качестве знаний по предмету, снижению интереса к изучению дисциплины.
Какие темы курса химии даются школьникам труднее всего?
По новой программе в курс учебной дисциплины «Химия» основной школы включено несколько серьезных тем: периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева, классы неорганических веществ, ионный обмен. Труднее всего дается восьмиклассникам определение степени окисления оксидов.
Правила расстановки
Прежде всего ученики должны знать, что оксиды являются сложными двухэлементными соединениями, в состав которых включен кислород. Обязательным условием принадлежности бинарного соединения к классу оксидов является расположение кислорода вторым в данном соединении.
Алгоритм для кислотных оксидов
Для начала заметим, что степени численные выражения валентности элементов. Кислотные оксиды образованы неметаллами либо металлами с валентностью от четырех до семи, вторым в таких оксидах обязательно стоит кислород.
В оксидах валентность кислорода всегда соответствует двум, определить ее можно по периодической таблице элементов Д. И. Менделеева. Такой типичный неметалл как кислород, находясь в 6 группе главной подгруппы таблицы Менделеева, принимает два электрона, чтобы полностью завершить свой внешний энергетический уровень. Неметаллы в соединениях с кислородом чаще всего проявляют высшую валентность, которая соответствует номеру самой группы. Важно напомнить, что степень окисления химических элементов это показатель, предполагающий положительное (отрицательное) число.
Неметалл, стоящий в начале формулы, обладает положительной степенью окисления. Неметалл кислород же в оксидах стабилен, его показатель -2. Для того чтобы проверить достоверность расстановки значений в кислотных окислах, придется перемножить все поставленные вами цифры на индексы у конкретного элемента. Расчеты считаются достоверными, если суммарный итог всех плюсов и минусов поставленных степеней получается 0.
Составление двухэлементных формул
Степень окисления атомов элементов дает шанс создавать и записывать соединения из двух элементов. При создании формулы, для начала оба символа прописывают рядом, обязательно вторым ставят кислород. Сверху над каждым из записанных знаков прописывают значения степеней окисления, затем между найденными числами находится то число, что будет без какого-либо остатка делиться на обе цифры. Данный показатель необходимо поделить по отдельности на числовое значение степени окисления, получая индексы для первого и второго компонентов двухэлементного вещества. Высшая степень окисления равна численно значению высшей валентности типичного неметалла, идентична номеру группы, где стоит неметалл в ПС.
Алгоритм постановки числовых значений в основных оксидах
Подобными соединениями считаются оксиды типичных металлов. Они во всех соединениях имеют показатель степени окисления не более +1 либо +2. Для того чтобы понять, какую будет иметь степень окисления металл, можно воспользоваться периодической системой. У металлов основных подгрупп первой группы, данный параметр всегда постоянный, он аналогичен номеру группы, то есть +1.
Металлы основной подгруппы второй группы также характеризуются стабильной степенью окисления, в цифровом выражении +2. Степени окисления оксидов в сумме с учетом их индексов (числа) должны давать нуль, поскольку химическая молекула считается нейтральной, лишенной заряда, частицей.
Расстановка степеней окисления в кислородсодержащих кислотах
Кислоты представляют собой сложные вещества, состоящими из одного или нескольких атомов водорода, которые связаны с каким-то кислотным остатком. Учитывая, что степени окисления это цифровые показатели, для их вычисления потребуются некоторые математические навыки. Такой показатель для водорода (протона) в кислотах всегда стабилен, составляет +1. Далее можно указать степень окисления для отрицательного иона кислорода, она также стабильная, -2.
Лишь только после этих действий, можно вычислять степень окисления у центрального компонента формулы. В качестве конкретного образца рассмотрим определение степени окисления элементов в серной кислоте H2SO4. Учитывая, что в молекуле данного сложного вещества содержится два протона водорода, 4 атома кислорода, получаем выражение такого вида +2+X-8=0. Для того чтобы в сумме образовывался ноль, у серы будет степень окисления +6
Расстановка степеней окисления в солях
Соли представляют собой сложные соединения, состоящие из ионов металла и одного либо нескольких кислотных остатков. Методика определения степеней окисления у каждого из составных частей в сложной соли такая же, как и в кислородсодержащих кислотах. Учитывая, что степень окисления элементов - это цифровой показатель, важно правильно обозначить степень окисления металла.
Если металл, образующий соль, располагается в главной подгруппе, его степень окисления будет стабильной, соответствует номеру группы, является положительной величиной. Если же в соли содержится металл подобной подгруппы ПС, проявляющий разные металла можно по кислотному остатку. После того как установлена будет степень окисления металла, ставят (-2), далее вычисляют степень окисления центрального элемента, воспользовавшись химическим уравнением.
В качестве примера рассмотрим определение степеней окисления у элементов в (средней соли). NaNO3. Соль образована металлом главной подгруппы 1 группы, следовательно, степень окисления натрия будет +1. У кислорода в нитратах степень окисления составляет -2. Для определения численного значения степени окисления составляет уравнение +1+X-6=0. Решая данное уравнение, получаем, что X должен быть +5, это и есть
Основные термины в ОВР
Для окислительного, а также восстановительного процесса существуют специальные термины, которые обязаны выучить школьники.
Степень окисления атома это его непосредственная способность присоединять к себе (отдавать иным) электроны от каких-то ионов или же атомов.
Окислителем считают нейтральные атомы или заряженные ионы, в ходе химической реакции присоединяющие себе электроны.
Восстановителем станут незаряженные атомы или заряженные ионы, что в процессе химического взаимодействия теряют собственные электроны.
Окисление представляется как процедура отдачи электронов.
Восстановление связано с принятием дополнительных электронов незаряженным атомом или ионом.
Окислительно-восстановительны процессом характеризуется реакция, в ходе которой обязательно меняется степень окисления атома. Это определение позволяет понять, как можно определить, является ли реакция ОВР.
Правила разбора ОВР
Пользуясь данным алгоритмом, можно расставить коэффициенты в любой химической реакции.
Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степени окисления. Под степенью окисления понимается условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Степень окисления обозначается арабской цифрой, которую ставят перед символом элемента, со знаком «+» или «−», соответствующим отдаче или приобретению электронов. Степень окисления представляет собой всего лишь удобную форму для учета переноса электронов, ее не следует рассматривать ни как эффективный заряд атома в молекуле (например, в молекуле LiF эффективные заряды Li и F равны соответственно +0,89 и −0,89, тогда как степени окисления +1 и −1), ни как валентность элемента (например в соединениях CH 4 , CH 3 OH, HCOOH, CO 2 валентность углерода равна 4, а степени окисления соответственно равны −4, −2, +2, +4).
Численные значения валентности и степени окисления могут совпадать по абсолютной величине лишь при образовании соединений с ионной связью. При определении степени окисления используют следующие правила:
1. Атомы элементов, находящихся в свободном состоянии или в виде молекул простых веществ, имеют степень окисления, равную нулю, например Fe, Cu, H 2 , N 2 и т.п.
2. Степень окисления элемента в виде одноатомного иона в соединении, имеющем ионное строение, равна заряду данного иона, например,
3. Водород в большинстве соединений имеет степень окисления +1, за исключением гидридов металлов (NaH, LiH), в которых степень окисления водорода равна −1.
Наиболее распространенная степень окисления кислорода в соединениях –2, за исключением пероксидов (Na 2 O 2 , Н 2 О 2 – степень окисления кислорода равна −1) и F 2 O (степень окисления кислорода равна +2).
Для элементов с непостоянной степенью окисления ее значение можно рассчитать, зная формулу соединения и учитывая, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. В сложном ионе эта сумма равна заряду иона. Например, степень окисления атома хлора в молекуле HClO 4 , вычисленная исходя из суммарного заряда молекулы = 0, х – степень окисления атома хлора), равна +7. Степень окисления атома серы в ионе SO равна +6.
Окислительно-восстановительные свойства элемента зависят от степени его окисления. У атомов одного и того же элемента различают низшую , высшую и промежуточные степени окисления .
Зная степень окисления элемента в соединении, можно предсказать, окислительные или восстановительные свойства это соединение проявляет.
В качестве примера рассмотрим серу S и ее соединения H 2 S, SO 2 и SO 3 . Связь между электронной структурой атома серы и его окислительно-восстановительными свойствами в этих соединениях наглядно представлена в таблице 7.1.
Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степени окисления.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Число электронов, смещенных от атома данного элемента или к атому данного элемента в соединении называют степенью окисления .
Положительная степень окисления обозначает число электронов, которые смещаются от данного атома, а отрицательная - число электронов, которые смещаются к данному атому.
Из этого определения следует, что в соединениях с неполярными связями степень окисления элементов равна нулю. Примерами таких соединений могут служить молекулы, состоящие из одинаковых атомов (N 2 , H 2 , Cl 2).
Степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю, так как распределение электронной плотности в них равномерно.
В простых ионных соединениях степень окисления входящих в них элементов равна электрическому заряду, поскольку при образовании этих соединений происходит практически полный переход электронов от одного атома к другому: Na +1 I -1 , Mg +2 Cl -1 2 , Al +3 F -1 3 , Zr +4 Br -1 4 .
При определении степени окисления элементов в соединениях с полярными ковалентными связями сравнивают значениях их электроотрицательностей. Поскольку при образовании химической связи электроны смещаются к атомам более электроотрицательных элементов, то последние имеют в соединениях отрицательную степень окисления.
Высшая степень окисления
Для элементов, проявляющих в своих соединениях различные степени окисления, существуют понятия высшей (максимальной положительной) и низшей (минимальной отрицательной) степеней окисления. Высшая степень окисления химического элемента обычно численно совпадает с номером группы в Периодической системе Д. И. Менделеева. Исключения составляют фтор (степень окисления равна -1, а элемент расположен в VIIA группе), кислород (степень окисления равна +2, а элемент расположен в VIA группе), гелий, неон, аргон (степень окисления равна 0, а элементы расположены в VIII группе), а также элементы подгруппы кобальта и никеля (степень окисления равна +2, а элементы расположены в VIII группе), для которых высшая степень окисления выражается числом, значение которого ниже, чем номер группы, к которой они относятся. У элементов подгруппы меди, наоборот, высшая степень окисления больше единицы, хотя они и относятся к I группе (максимальная положительная степень окисления меди и серебра равна +2, золота +3).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
- В сероводороде степень окисления серы равна (-2), а в простом веществе - сере - 0:
Изменение степени окисления серы: -2 → 0, т.е. шестой вариант ответа.
- В простом веществе - сере — степень окисления серы равна 0, а в SO 3 - (+6):
Изменение степени окисления серы: 0 → +6, т.е. четвертый вариант ответа.
- В сернистой кислоте степень окисления серы равна (+4), а в простом веществе - сере - 0:
1×2 +x+ 3×(-2) =0;
Изменение степени окисления серы: +4 → 0, т.е. третий вариант ответа.
ПРИМЕР 2
| Задание | Валентность III и степень окисления (-3) азот проявляет в соединении: а) N 2 H 4 ; б) NH 3 ; в) NH 4 Cl; г) N 2 O 5 |
| Решение | Для того, чтобы дать верный ответ на поставленный вопрос будем поочередно определять валентность и степень окисления азота в предложенных соединениях.
а) валентность водорода всегда равна I. Общее число единиц валентности водорода равно 4-м (1×4 = 4). Разделим полученное значение на число атомов азота в молекуле: 4/2 = 2, следовательно, валентность азота равна II. Этот вариант ответа неверный. б) валентность водорода всегда равна I. Общее число единиц валентности водорода равно 3-м (1×3 = 3). Разделим полученное значение на число атомов азота в молекуле: 3/1 = 2, следовательно, валентность азота равна III. Степень окисления азота в аммиаке равна (-3): Это верный ответ. |
| Ответ | Вариант (б) |
Цель: Продолжить изучение валентности. Дать понятие степени окисления. Рассмотреть виды степеней окисления: положительная, отрицательная, нулевой значение. Научиться правильно, определять степени окисления атома в соединении. Научить приемам сравнения и обобщения изучаемых понятий; отработать умения и навыки в определении степени окисления по химическим формулам; продолжить развитие навыков самостоятельной работы; способствовать развитию логического мышления. Формировать чувство толерантности (терпимости и уважения к чужому мнению) взаимопомощи; осуществлять эстетическое воспитание (через оформление доски и тетрадей, при применении презентаций).
Ход урока
I . Организационный момент
Проверка учащихся к уроку.
II . Подготовка к уроку.
К уроку понадобятся: Периодическая система Д.И.Менделеева, учебник, рабочие тетради, ручки, карандаши.
III . Проверка домашнего задания .
Фронтальный опрос, некоторые будут работать у доски по карточкам, проведение теста, и подведением данного этапа будет интеллектуальная игра.
1. Работа с карточками.
1 карточка
Определить массовые доли (%) углерода и кислорода в углекислом газе (СО 2 ) .
2 карточка
Определить тип связи в молекуле Н 2 S. Написать структурную и электронную формулы молекулы.
2. Фронтальный опрос
- Что называется химической связью?
- Какие виды химических связей вы знаете?
- Какая связь называется ковалентной связью?
- Какие ковалентные связи выделяют?
- Что такое валентность?
- Как мы определяем валентность?
- Какие элементы (металлы и неметаллы) имеют изменчивую валентность?
3. Тестирование
1. В каких молекулах существует неполярная ковалентная связь?
2 . У какой молекулы при образовании ковалентно-неполярной связи образуется тройная связь?
3 . Как называется положительно заряженные ионы?
А) катионы
Б) молекулы
В) анионы
Г) кристаллы
4. В каком ряду располагаются вещества ионного соединения?
А) СН 4 , NН 3 , Мg
Б) СI 2 , МgО, NаСI
В) МgF 2 , NаСI, СаСI 2
Г) Н 2 S, НСI, Н 2 О
5 . Валентность определяются по:
А) по номеру группы
Б) по числу неспаренных электронов
В) по типу химической связи
Г) по номеру периода.
4. Интеллектуальная игра «Крестики-нолики »
Найдите вещества с ковалентно-полярной связь.
IV . Изучение нового материала
Степень окисления является важной характеристикой состояния атома в молекуле. Валентность, определяется по числу неспаренных электронов в атоме, орбиталями с неподеленными электронными парами, только в процессе возбуждения атома. Высшая валентность элемента, как правило, равна номеру группы. Степень окисления в соединениях с разными химическими связями образуется неодинаково.
Как образуется степень окисления у молекул с разными химическими связями?
1) В соединениях с ионной связью степени окисления элементов равно зарядам ионов.
2) В соединениях с ковалентной неполярной связью (в молекулах простых веществ) степень окисления элементов равно 0.
Н 2 0 , С I 2 0 , F 2 0 , S 0 , AI 0
3) У молекул с ковалентно-полярной связью степень окисления определяется подобно молекулам с ионной химической связью.
Степень окисления элемента – это условный заряд его атома, в молекуле, если считать, что молекула состоит из ионов.
Степень окисления атома в отличие от валентности имеет знак. Она может быть положительной, отрицательной и нулевой.
Валентность обозначатся римскими цифрами сверху символа элемента:
II |
I |
IV |
Fe |
Cu |
S , |
а степень окисления обозначается арабскими цифрами с зарядом над символам элемента (М g +2 , Са +2 , N а +1 , CI ˉ¹).
Положительная степень окисления – равна числу электронов, отданных данным атомам. Атом может отдать все валентные электроны (для главных групп это электроны внешнего уровня) соответствующее номеру группы, в котором находится элемент, проявляя при этом высшую степень окисления (исключение ОF 2).Например: высшая степень окисления главной подгруппы II группы равна +2 (Zn +2) Положительную степень проявляют как металлы и неметаллы, кроме F, He, Ne.Например: С+4 , Na +1 , Al +3
Отрицательная степень окисления равна числу электронов, принятых данным атомом, ее проявляют только неметаллы. Атомы неметаллов присоединяют столько электронов, сколько их не хватает до завершения внешнего уровня, проявляя при этом отрицательную степень.
У элементов главных подгрупп IV-VII групп минимальная степень окисления численно равна
Например:
Значение степени окисления между высшим и низшим степенями окислений называется промежуточными:
Высшая |
Промежуточные |
Низшая |
С +3 , С +2 ,С 0 ,С -2 |
||
В соединениях с ковалентной неполярной связью (в молекулах простых веществ) степень окисления элементов равно 0: Н 2 0 , С I 2 0 , F 2 0 , S 0 , AI 0
Для определения степени окисления атома в соединении следует учитывать ряд положений:
1. Степень окисления F во всех соединениях равна « -1». Na +1 F -1 , H +1 F -1
2. Степень окисления кислорода в большинстве соединений равна (-2) исключение: О F 2 , где степень окисления О +2 F -1
3. Водород в большинстве соединений имеет степень окисления +1, кроме соединения с активными металлами, где степень окисления (-1) : Na +1 H -1
4.Степень окисления металлов главных подгрупп I , II , III групп во всех соединениях равна +1,+2,+3.
Элементы с постоянной степенью окисления это:
А) щелочные металлы (Li, Na, K, Pb, Si, Fr) - степень окисления +1
Б) элементы II главной подгруппы группы кроме (Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd - степень окисления +2
В) элемент III группы: Al - степень окисления +3
Алгоритм составления формулы в соединениях:
1 способ
1 . На первом месте пишется элемент с меньшей электроотрицательностью, на втором с большей электроотрицательностью.
2 . Элемент, написанный на первом месте имеет положительный заряд «+», а на втором с отрицательным зарядом «-».
3 . Указать для каждого элемента степень окисления.
4 . Найти общее кратное значение степеней окисления.
5. Разделить наименьшее общее кратное на значение степеней окисления и полученные индексы приписать внизу справа после символа соответствующего элемента.
6. Если степень окисления четное – нечетное, то они становятся рядом с символом справа внизу крест – накрест без знака «+» и «-»:
7. Если степень окисления имеет четное значение, то их сначала нужно сократить на наименьшее значение степени окисления и поставить крест – накрест без знака «+» и «-»: С +4 О -2
2 способ
1 . Обозначим степень окисления N через Х, указать степень окисления О: N 2 x O 3 -2
2 . Определить сумму отрицательных зарядов, для этого степень окисления кислорода умножаем на индекс кислорода: 3· (-2)= -6
3 .Чтобы молекула была электронейтральной нужно определить сумму положительных зарядов: Х2 = 2Х
4 .Составить алгебраическое уравнение:
N 2 + 3 O 3 –2
V . Закрепление
1) Проведение закрепления темы игрой, которое называется «Змейка».
Правила игры: учитель раздает карточки. На каждой карточке написан один вопрос и один ответ на другой вопрос.
Учитель начинает игру. Зачитает вопрос, ученик, у которого на карточке есть, ответ на мой вопрос поднимает руку и говорит ответ. Если ответ правильный, то он читает свой вопрос и у того ученика у которого есть ответ на этот вопрос поднимает руку и отвечает и т.д. Образуется змейка правильных ответов.
- Как и где обозначается степень окисления у атома химического элемента?
Ответ : арабской цифрой над символом элемента с зарядом «+» и «-». - Какие виды степеней окисления выделяют у атомов химических элементов?
Ответ : промежуточная - Какую степень проявляет металлы?
Ответ : положительная, отрицательная, нулевая. - Какую степень проявляют простые вещества или молекулы с неполярной ковалентной связью.
Ответ : положительная - Какой заряд имеют катионы и анионы?
Ответ : нулевое. - Как называется степень окисления, которая стоит между положительным и отрицательным степенями окисления.
Ответ : положительный,отрицательный
2) Написать формулы веществ состоящих из следующих элементов
- N и H
- Р и О
- Zn и Cl
3) Найти и зачеркнуть вещества, не имеющие переменчивую степень окисления.
Na, Cr, Fe, K, N, Hg, S, Al, C
VI . Итог урока.
Выставление оценок с комментариями
VII . Домашнее задание
§23, стр.67-72, задание после §23-стр 72 №1-4 выполнить.
