Вопрос ✔, страница 162 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 38. Степень окисления. Глава 5. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции - страница 162.

Важное значение в химии имеет понятие «степень окисления». Что оно означает? Как рассчитывается степень окисления атомов в химическом соединении?

Что означает понятие «степень окисления»?

Степень окисления — это условный заряд атома в химическом соединении, вычисленный в предположении, что все связи в этом соединении являются ионными. Иными словами, это заряд, который приобрёл бы атом, если бы все общие электронные пары полностью сместились к более электроотрицательным атомам.

Степень окисления является формальной величиной и не всегда отражает реальное распределение электронной плотности в молекуле, но она очень удобна для:

• Классификации химических веществ.
• Составления названий неорганических соединений (например, оксид железа(III) $Fe_2O_3$, где (III) указывает на степень окисления железа $+3$).
• Описания и уравнивания окислительно-восстановительных реакций (ОВР), так как в ходе ОВР степени окисления элементов изменяются.

Степень окисления может быть положительной, отрицательной или равной нулю.

• Положительная степень окисления означает, что атом условно отдал электроны. Она характерна для металлов и менее электроотрицательных неметаллов.
• Отрицательная степень окисления означает, что атом условно принял электроны. Она характерна для более электроотрицательных неметаллов.
• Нулевая степень окисления присваивается атомам в простых веществах (например, $O_2, Fe, Cl_2$).

Ответ: Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, рассчитанный исходя из допущения, что все химические связи имеют ионный характер.

Как рассчитывается степень окисления атомов в химическом соединении?

Для расчёта степеней окисления атомов в соединении используют ряд правил, основанных на понятии электроотрицательности.

1. Степень окисления атомов в простых веществах всегда равна нулю. Например, в $Na, O_2, P_4, S_8$ атомы имеют степень окисления 0.
2. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.
3. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в ионе равна заряду этого иона.
4. Существуют элементы, которые в большинстве соединений проявляют постоянную степень окисления:
   • Фтор (F), как самый электроотрицательный элемент, всегда имеет степень окисления $-1$.
   • Щелочные металлы (Li, Na, K и др.) — всегда $+1$.
   • Щелочноземельные металлы (Mg, Ca, Ba и др.) — всегда $+2$.
   • Алюминий (Al) — как правило, $+3$.
5. Водород (H) в соединениях с неметаллами имеет степень окисления $+1$ (например, в $H_2O, HCl, NH_3$), а в соединениях с активными металлами (гидридах) — $-1$ (например, в $NaH, CaH_2$).
6. Кислород (O) чаще всего имеет степень окисления $-2$ (например, в $H_2O, CO_2, Fe_2O_3$). Исключения составляют:
   • пероксиды (например, $H_2O_2, Na_2O_2$), где его степень окисления равна $-1$;
   • фторид кислорода $OF_2$, где кислород имеет степень окисления $+2$ (так как фтор более электроотрицателен).

Алгоритм расчёта:

1. Записать над символами элементов известные степени окисления.
2. Обозначить неизвестную степень окисления через $x$.
3. Составить алгебраическое уравнение, учитывая количество атомов каждого элемента (индексы) и правило о сумме степеней окисления (правило 2 или 3).
4. Решить уравнение относительно $x$.

Пример 1: Определить степень окисления серы (S) в серной кислоте $H_2SO_4$.

Молекула электронейтральна, значит, сумма степеней окисления равна 0. Степень окисления водорода $+1$, кислорода $-2$. Степень окисления серы обозначим за $x$. Составляем уравнение: $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$.
$2 + x - 8 = 0$
$x - 6 = 0$
$x = +6$
Значит, степени окисления в молекуле: $H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2}$.

Пример 2: Определить степень окисления марганца (Mn) в перманганат-ионе $MnO_4^{-}$.

Это ион с зарядом $-1$, значит, сумма степеней окисления равна $-1$. Степень окисления кислорода $-2$. Степень окисления марганца обозначим за $x$. Составляем уравнение: $x + 4 \cdot (-2) = -1$.
$x - 8 = -1$
$x = -1 + 8$
$x = +7$
Значит, степень окисления марганца в ионе: $Mn^{+7}O_4^{-}$.

Ответ: Степень окисления атома в соединении рассчитывается на основе набора правил, главным из которых является равенство нулю алгебраической суммы степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле (или равенство заряду иона для ионов). При расчёте используются постоянные степени окисления некоторых элементов (фтора, щелочных и щелочноземельных металлов, водорода, кислорода) для нахождения неизвестных.