Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Водород и кислород в большинстве сложных веществ имеют постоянные степени окисления, но есть исключения.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ХИМИЯ

Методические указания к практическим занятиям

И для самостоятельной работы студентов

Технических специальностей

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Могилев 2012

УДК 54

ББК 24.1

Х 46

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Технологии металлов» «26» ноября 2012 г., протокол № 3

Составители: канд. биол. наук, ст. преподаватель И. А. Лисовая;

канд. хим. наук, доц. И. М. Лужанская

Рецензент ст. преподаватель Н. Л. Николаева

В методических указаниях рассмотрены основные вопросы раздела «Окислительно-восстановительные реакции». Представлены примеры решения типовых задач. Приведены условия заданий для самостоятельной работы.

Учебное издание

ХИМИЯ

Ответственный за выпуск Д. И. Якубович

Технический редактор А. А. Подошевко

Компьютерная верстка И. А. Алексеюс

Подписано в печать Формат 60х84 /16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Усл.-печ. л.. Уч.-изд. л. Тираж 71 экз. Заказ №

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212000, г. Могилев, пр. Мира, 43

университет», 2012

Окислительно-восстановительные реакции

Среди разнообразных процессов и явлений, протекающих в окружающем нас мире, важное место занимают окислительно-восстано-вительные реакции. Например, такие жизненно важные процессы, как дыхание и фотосинтез включают стадии окисления и восстановления. Процессы сжигания обеспечивают основную часть энергопотребления человечества и работу транспорта. Химическая энергетика, металлургия, разнообразные процессы химической промышленности, включая электролиз, – вот неполный перечень тех областей, где окислительно-восстановительные реакции (ОВР) играют ключевую роль. Без изучения ОВР невозможно понять современную неорганическую химию.

Степень окисления

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это такие химические реакции, в которых происходит передача электронов от одних частиц (атомов, молекул, ионов) к другим, в результате чего степень окисления атомов, входящих в состав этих частиц, изменяется. Наличие атомов, у которых в ходе реакции изменяется степень окисления, – характерный признак ОВР.

Степень окисления (СО) – формальный заряд, который можно приписать атому, входящему в состав какой-либо частицы (молекулы, иона), исходя из предположения о чисто ионном характере связи в данной частице (частица состоит из ионизированных атомов). Следует помнить, что величина СО выражается не в кулонах, а в количестве отданных (принятых) электронов. Заряд одного электрона равен 1,60218∙10^–19Кл.

При записи степени окисления у символа элемента справа вверху указывают сначала знак, а затем цифру, в то время как для реально существующих ионов и эффективных зарядов атомов указывают сначала цифру, а потом знак. Например, запись Са⁺² формально означает кальций в степени окисления +2, а запись Са ²⁺ отвечает реально существующему иону кальция с зарядом 2+. Степень окисления элемента также указывают римской цифрой в скобках, следующей сразу без пробела за названием или символом элемента. Например, записи: железо(III) и Fe(III) – используются для обозначения железа в степени окисления +3.

Правила расчета степени окисления

Правило 1

В соединениях с ионной связью степени окисления элементов равны зарядам ионов. Например:

Na⁺¹Cl^–1 Степень окисления натрия = +1

Степень окисления хлора = –1

Ca⁺²F₂^–1 Степень окисления кальция = +2

Степень окисления фтора = –1

Mg⁺²O^–2 Степень окисления магния = +2

Степень окисления кислорода = –2

Правило 2

В соединениях с ковалентной неполярной связью – в молекулах простых веществ – степени окисления элементов равны нулю.

Например: Н₂⁰, Cl₂⁰, F₂⁰, Si⁰, С⁰, S⁰, Al⁰, Zn⁰, Cr⁰…

В простых веществах только благородных газов, представляющих собой одноатомные молекулы при н.у., валентность элемента равна нулю. Атомы остальных элементов проявляют ненулевую валентность, например, валентность углерода в алмазе равна четырем. Однако степень окисления углерода при этом принимается равной нулю, так как нет преимущественных смещений электронной плотности между эквивалентными атомами углерода.

Правило 3

В соединениях с ковалентной полярной связью степень окисления элемента – это условный заряд его атома в молекуле, если считать, что молекула состоит из ионов, т. е. рассматривать ковалентные полярные связи как ионные. При этом считают, что общие электронные пары полностью переходят к атомам элементов с большей электроотрицательностью (ЭО).

Например, в молекуле хлороводорода НС1 связь Н: Cl ковалентная полярная. Если общая электронная пара полностью перейдет к атому хлора (ЭО_Cl > ЭО_Н), то связь станет ионной. На атоме Н появится заряд +1, на атоме хлора будет заряд –1. Следовательно, степени окисления атомов в молекуле равны: Н⁺¹С1^–1.

Для установления степени окисления элементов в соединениях можно пользоваться значениями электроотрицательности элементов (таблица 1).

Напомним, что величина относительной электроотрицательности (ЭО) характеризует способность атома данного элемента оттягивать к себе общую электронную плотность. Чем больше ЭО атома, тем сильнее притягивает он общую электронную пару. Иначе говоря, при образовании ковалентной связи между двумя атомами разных элементов общее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому, и в тем большей степени, чем больше различаются электроотрицательности взаимодействующих атомов.

Таблица 1 – Электроотрицательность элементов

	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
	H 2,2						(H)			He
	Li 1,0	Be 1,6	B 2,0	C 2,6	N 3,0	O 3,5	F 4,0			Ne
	Na 0,9	Mg 1,2	Al 1,6	Si 1,9	P 2,2	S 2,6	Cl 3,1			Ar
	K 0,8	Ca 1,0	Sc 1,3	Ti 1,5_II 1,6_IV	V 1,6_III 1,7_IV 1,9_V	Cr 1,6_II 1,7_III 2,2_VI	Mn 1,6_II 1,7_III 1,9_IV 2,3_VII	Fe 1,8_II 1,9_III	Co 1,9 2,0	Ni 1,9 2,0
Cu 1,8_I 2,0_II	Zn 1,6	Ga 1,7	Ge 2,0	As 2,1	Se 2,5	Br 2,9			Kr
	Rb 0,8	Sr 1,0	Y 1,2	Zr 1,4 _II 1,5 _IV	Nb 1,6 _III 1,8 _V	Mo 1,8 _IV 2,1 _VI	Tc 1,9 _V 2,2 _VI	Ru 2,0 _II 2,1 _IV 2,2_VII	Rh 2,0 2,1 2,2	Pd 2,1 2,2 2,3
Ag 1,9	Cd 1,7	In 1,8	Sn 1,8 _II 2,0 _IV	Sb 1,9 _III 2,2 _V	Te 2,3	I 2,6			Xe
	Cs 0,7	Ba 0,9	La-Lu*	Hf 1,3 _II 1,5 _IV	Ta 1,5 _III 1,7 v	W 1,8 ^IV 2,1 ^VI	Re 1,9 ^V 2,2^VII	Os 2,0 _II 2,1 _IV 2,3 _VI	Ir 2,1 2,2 2,3	Pt 2,1 2,2 2,4
Au 2,0 _I 2,3 _III	Hg 1,8	Tl 1,4 _I 1,9 _III	Pb 1,9 _II 2,1 _IV	Bi 2,0 _III 2,2 _V	Po 2,2	At 2,3			Rn
	Fr 0,7	Ra 0,9	Ac-Lr**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt
Примечание – * – лантаноиды; ** – актиноиды

Как видно из таблицы 1, ЭО элемента не является постоянной величиной: она зависит от валентности, проявляемой атомом в соответствующем соединении (в таблице 1 значения валентности указаны рядом со значением ЭО элемента римскими цифрами), и от того, с атомами каких элементов соединен данный атом. Чем более типичным металлом является элемент, тем ниже его ЭО; тем более типичным неметаллом является элемент, тем выше его ЭО.

При этом следует иметь в виду, что при образовании химической связи электроны смещаются к атому более электроотрицательного элемента. Так, относительная электроотрицательность фосфора равна 2,2, а йода – 2,6. Поэтому в соединении РI₃общие электроны смещены к атомам йода, и степени окисления фосфора и йода равны соответственно +3 и –1. Однако в нитриде йода I₃N степени окисления азота и йода равны –3 и +1, поскольку электроотрицательность азота (3,0) выше элекроотрицательности йода (2,6).

Правило 4

Любая молекула является электронейтральной. Поэтому алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле всегда равна нулю, в ионе – заряду иона.

Некоторые элементы во всех сложных веществах имеют постоянную степень окисления.

Постоянную степень окисления имеют щелочные элементы (+1), бериллий, магний, щелочно-земельные элементы (+2), фтор (–1).

Элементы с постоянной степенью окисления Степень окисления

Щелочные металлы: Li,Na, К, Rb, Cs, Fr +1

Элементы II группы (кроме Hg): Be, Mg Са, Sr, Ва, Ra, Zn, Cd +2

Алюминий А1 +3

Фтор F –1

Водород и кислород в большинстве сложных веществ имеют постоянные степени окисления, но есть исключения.

Для водорода в большинстве соединений характерна степень окисления +1, а в его соединениях с s-элементами и в некоторых других соединениях она равна –1. Степень окисления кислорода, как правило, равна –2. К важнейшим исключениям относятся пероксидные соединения, где она равна –1, и фторид кислорода OF₂, в котором степень окисления кислорода равна +2.

Элемент	Степень окисления в большинстве соединений	Исключения
Н	+1	Гидриды активных металлов: NaH^–1, KH^–1, CaH^–1
О	–2	Пероксиды водорода и металлов: H₂O₂^–1, Na₂O₂^–1 Фторид кислорода: O⁺²F₂

Все другие элементы в различных соединениях имеют разные степени окисления, т. е. являются элементами с переменной степенью окисления. Для элементов с непостоянной степенью окисления ее значение всегда нетрудно подсчитать, зная формулу соединения и учитывая, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Если расчет ведется для элемента, входящего в состав молекулярного иона, то сумма степеней окисления всех атомов в этом ионе равна заряду иона.

Определим в качестве примера степень окисления углерода в СО, СO₂, СН₄, С₂Н₆, С₂Н₅ОН. Обозначим ее через х. Тогда, помня, что степень окисления водорода равна +1, а кислорода –2, получим:

СО	x + (–2) = 0	x = +2
СO₂	x + 2(–2) = 0	x = +4
СН₄	x + 4(+1) = 0	x = –4
С₂Н₆	2x + 6(+1) = 0	x = –3
С₂Н₅ОН	2x + 6(+1) + (–2) = 0	x = –2

Необходимо знать, что:

· металлы во всех сложных соединениях имеют только положительные степени окисления;

· неметаллы могут иметь и положительные, и отрицательные степени окисления. В соединениях с металлами и водородом степени окисления неметаллов всегда отрицательные. В бинарных ионных соединениях, атомы неметалла, как правило, проявляют минимальные СО, например:

+1–1 +1 –2 +2 –3

CsI Na₂S Ca₃P₂

· высшая (максимальная) степень (ВСО) окисления элемента, как правило, равна номеру группы, в которой находится элемент в периодической системе;

· низшая (минимальная) степень окисления (НСО) металлов равна нулю.

Низшая степень окисления неметаллов обычно равна номеру группы, в которой находится элемент, минус 8.

ВСО = номер группы

НСО для металлов = 0

для неметаллов = номер группы – 8

· значения степеней окисления элемента между высшей и низшей степенями окисления называются промежуточными.

Например, элемент-неметалл азот (V группа) может иметь следующие степени окисления:

–3 –2 –1 +1 +2 +3 +4 +5

Низшая степень окисления ǀ__________________________________________ǀ Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления

–3 NH₃ –2 N₂H₄ –1 NH₂OH N₂ +1 N₂O +2 NO +3 N₂O₃ +4 NO₂ +5 N₂O₅

Знание степеней окисления элементов позволяет делать выводы о химических свойствах веществ, в состав которых входят эти элементы.

12 Следующая ⇒
Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: