Страница 87 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

7-27. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления серы равна

а) $0$;

б) $-2$;

в) $+4$;

г) $+6$.

Сера — химический элемент 16-й группы (по старой классификации — главной подгруппы VI группы) третьего периода периодической системы. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня серы — $3s^23p^4$. В соединениях сера может проявлять различные степени окисления, наиболее характерными из которых являются -2, 0, +4 и +6.

а) 0;
Степень окисления, равная нулю, характерна для простых веществ. В простом веществе атомы одного элемента не смещают общие электронные пары, поэтому их условный заряд (степень окисления) принимается равным нулю. Примером является сама сера в аллотропных модификациях, например, ромбическая сера.

Ответ: $S$ (сера).

б) -2;
Низшая (минимальная) степень окисления серы равна -2. Сера проявляет её в соединениях с менее электроотрицательными элементами, такими как металлы и водород, образуя сульфиды. В этих соединениях сера принимает два электрона до завершения своего внешнего электронного слоя. Примером является сероводород ($H_2S$). Степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна $+1$. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов в ней равна нулю: $2 \cdot (+1) + x = 0$, где $x$ — степень окисления серы. Отсюда $x = -2$.

Ответ: $H_2S$ (сероводород), $Na_2S$ (сульфид натрия).

в) +4;
Промежуточную положительную степень окисления +4 сера проявляет в соединениях с более электроотрицательными элементами, как правило, с кислородом. Примером может служить оксид серы(IV), также известный как сернистый газ ($SO_2$). Степень окисления кислорода в оксидах почти всегда равна -2. Исходя из электронейтральности молекулы: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, где $x$ — степень окисления серы. Решая уравнение, получаем $x = +4$. Эта же степень окисления у серы в сернистой кислоте ($H_2SO_3$) и её солях — сульфитах (например, $Na_2SO_3$).

Ответ: $SO_2$ (оксид серы(IV)), $H_2SO_3$ (сернистая кислота).

г) +6.
Высшая (максимальная) степень окисления серы равна +6, что соответствует номеру группы, в которой она находится. В этой степени окисления сера отдает все шесть своих валентных электронов. Примерами веществ являются оксид серы(VI) ($SO_3$) и серная кислота ($H_2SO_4$). В молекуле серной кислоты ($H_2SO_4$) степени окисления водорода и кислорода равны $+1$ и $-2$ соответственно. Тогда для нахождения степени окисления серы ($x$) составим уравнение: $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $2 + x - 8 = 0$, и $x = +6$.

Ответ: $H_2SO_4$ (серная кислота), $SO_3$ (оксид серы(VI)).

7-28. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления хлора равна

а) $+1$;

б) $-1$;

в) $+3$;

г) $+5$;

д) $+7$.

а) Степень окисления хлора +1.
Такая степень окисления характерна для хлора в соединениях с более электроотрицательными элементами, в первую очередь с кислородом. Примером может служить хлорноватистая кислота ($HClO$) или оксид хлора(I) ($Cl_2O$). В молекуле хлорноватистой кислоты $H^{+1}Cl^xO^{-2}$ сумма степеней окисления всех атомов равна нулю: $(+1) + x + (-2) = 0$. Отсюда следует, что степень окисления хлора $x = +1$.

Ответ: Хлорноватистая кислота ($HClO$).

б) Степень окисления хлора –1.
Это наиболее распространенная и устойчивая степень окисления хлора. Хлор проявляет ее в соединениях с менее электроотрицательными элементами, такими как водород и металлы. Примером является соляная (хлороводородная) кислота ($HCl$) или хлорид натрия ($NaCl$). В молекуле хлороводорода $H^{+1}Cl^x$ сумма степеней окисления равна нулю: $(+1) + x = 0$. Следовательно, степень окисления хлора $x = -1$.

Ответ: Соляная кислота ($HCl$).

в) Степень окисления хлора +3.
Хлор проявляет эту степень окисления в кислородсодержащих соединениях. Примером является хлористая кислота ($HClO_2$) или ее соли, хлориты (например, хлорит натрия $NaClO_2$). В молекуле хлористой кислоты $H^{+1}Cl^x(O^{-2})_2$ сумма степеней окисления равна нулю: $(+1) + x + 2 \cdot (-2) = 0$. Решая уравнение, получаем $x - 3 = 0$, то есть степень окисления хлора $x = +3$.

Ответ: Хлористая кислота ($HClO_2$).

г) Степень окисления хлора +5.
Данная степень окисления также встречается в кислородсодержащих соединениях хлора. Примерами могут служить хлорноватая кислота ($HClO_3$) и ее соли, хлораты (например, бертолетова соль $KClO_3$). Для хлорноватой кислоты $H^{+1}Cl^x(O^{-2})_3$ сумма степеней окисления равна нулю: $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $x - 5 = 0$, и степень окисления хлора $x = +5$.

Ответ: Хлорноватая кислота ($HClO_3$).

д) Степень окисления хлора +7.
Это высшая положительная степень окисления хлора, которую он проявляет в соединениях с кислородом. Примеры: хлорная кислота ($HClO_4$), ее соли перхлораты (например, $KClO_4$) и оксид хлора(VII) ($Cl_2O_7$). В молекуле хлорной кислоты $H^{+1}Cl^x(O^{-2})_4$ сумма степеней окисления всех атомов должна быть равна нулю: $(+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$. Решая уравнение $x - 7 = 0$, находим, что степень окисления хлора $x = +7$.

Ответ: Хлорная кислота ($HClO_4$).

7-29. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления выбранных вами элементов равна а) $0$; б) $+3$; в) $+6$; г) $-2$; д) $-3$.

а) 0;

Степень окисления, равную нулю, имеют атомы химических элементов в составе простых веществ. Простое вещество — это вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. Примерами могут служить любые металлы и неметаллы в свободном состоянии, например, железо ($Fe^0$), медь ($Cu^0$), водород ($H_2^0$), кислород ($O_2^0$), азот ($N_2^0$).

Ответ: железо ($Fe$), кислород ($O_2$), азот ($N_2$).

б) +3;

Степень окисления +3 характерна для многих металлов (например, алюминия, железа, хрома) и некоторых неметаллов (например, фосфора, азота) в их соединениях. Например, в оксиде алюминия ($Al_2O_3$) кислород имеет степень окисления -2. Суммарная степень окисления в молекуле равна нулю. Пусть степень окисления алюминия $x$, тогда составляем уравнение: $2 \cdot x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $2x=6$ и $x=+3$. Формула с указанием степеней окисления: $Al_2^{+3}O_3^{-2}$. Другой пример — хлорид железа(III) ($FeCl_3$), где хлор, как более электроотрицательный элемент, имеет степень окисления -1, а железо, соответственно, +3 ($Fe^{+3}Cl_3^{-1}$).

Ответ: алюминий в оксиде алюминия ($Al_2O_3$), железо в хлориде железа(III) ($FeCl_3$).

в) +6;

Высшую степень окисления +6 проявляют элементы VIA группы, такие как сера, а также некоторые переходные металлы, например, хром. Например, в оксиде серы(VI) ($SO_3$) кислород имеет степень окисления -2, следовательно, для сохранения электронейтральности молекулы степень окисления серы равна +6 ($S^{+6}O_3^{-2}$). В серной кислоте ($H_2SO_4$) водород имеет степень окисления +1, а кислород -2. Пусть степень окисления серы $y$, тогда $2 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$, откуда $2 + y - 8 = 0$ и $y=+6$. Формула с указанием степеней окисления: $H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2}$.

Ответ: сера в оксиде серы(VI) ($SO_3$) и в серной кислоте ($H_2SO_4$), хром в дихромате калия ($K_2Cr_2O_7$).

г) -2;

Степень окисления -2 является наиболее характерной для кислорода в большинстве его соединений (оксидах, основаниях, кислотах, солях), за исключением пероксидов, надпероксидов и фторидов кислорода. Также это низшая степень окисления для других элементов VIA группы, например, серы. В молекуле воды ($H_2O$) водород имеет степень окисления +1, поэтому степень окисления кислорода равна -2 ($H_2^{+1}O^{-2}$). В сероводороде ($H_2S$) водород, как менее электроотрицательный элемент, также имеет степень окисления +1, поэтому степень окисления серы равна -2 ($H_2^{+1}S^{-2}$).

Ответ: кислород в воде ($H_2O$), сера в сероводороде ($H_2S$).

д) -3.

Низшую степень окисления -3 проявляют элементы VA группы, такие как азот и фосфор, в соединениях с менее электроотрицательными элементами (водородом или металлами). Например, в аммиаке ($NH_3$) водород имеет степень окисления +1, следовательно, степень окисления азота равна -3 ($N^{-3}H_3^{+1}$). В нитриде магния ($Mg_3N_2$) магний, как металл IIA группы, имеет постоянную степень окисления +2. Пусть степень окисления азота $y$, тогда $3 \cdot (+2) + 2 \cdot y = 0$, откуда $6 + 2y = 0$ и $y=-3$. Формула с указанием степеней окисления: $Mg_3^{+2}N_2^{-3}$.

Ответ: азот в аммиаке ($NH_3$), фосфор в фосфине ($PH_3$).

7-30. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления выбранного вами одного элемента равна

а) $0$;

б) $+4$;

в) $+6$.

Для ответа на данный вопрос выберем один химический элемент, который может проявлять указанные степени окисления. Таким элементом может быть, например, сера (S).

а)

Степень окисления, равную 0, химические элементы имеют в виде простых веществ. В этом случае атомы не смещают общие электронные пары, и их условный заряд равен нулю. Для серы примером такого вещества является она сама.

Пример: Сера ($S$). Степень окисления серы здесь $S^0$.

Ответ: Сера ($S$).

б)

Степень окисления +4 сера проявляет в соединениях с более электроотрицательными элементами, например, в оксиде серы(IV) ($SO_2$). Рассчитаем степень окисления серы в этом соединении. Степень окисления кислорода в оксидах обычно равна -2. Молекула в целом электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. Пусть степень окисления серы — $x$.

$x + 2 \cdot (-2) = 0$

$x - 4 = 0$

$x = +4$

Другой пример — сернистая кислота ($H_2SO_3$).

Ответ: Оксид серы(IV) ($SO_2$).

в)

Высшая степень окисления для серы равна +6 (соответствует номеру группы в периодической системе). Эту степень окисления сера проявляет в соединениях с самыми электроотрицательными элементами, например, в оксиде серы(VI) ($SO_3$) или в серной кислоте ($H_2SO_4$). Рассчитаем степень окисления серы в серной кислоте. Степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна +1, а кислорода — -2. Пусть степень окисления серы — $y$.

$2 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$

$2 + y - 8 = 0$

$y - 6 = 0$

$y = +6$

Ответ: Серная кислота ($H_2SO_4$) или оксид серы(VI) ($SO_3$).

7-31. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления одного выбранного вами элемента равна

а) $0$;

б) $+5$;

в) $-3$.

Для решения этой задачи выберем химический элемент, который может проявлять указанные степени окисления. Таким элементом является, например, азот ($N$). Рассмотрим соединения, в которых азот имеет степени окисления 0, +5 и -3.

а) 0

Степень окисления, равную нулю, атомы химических элементов имеют в простых веществах. Простое вещество — это вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. Для азота таким веществом является газ азот, молекула которого двухатомна.

Химическая формула: $N_2$.

В молекуле $N_2^{0}$ степень окисления каждого атома азота по определению равна 0.

Ответ: простое вещество азот ($N_2$).

б) +5

Высшую положительную степень окисления, равную номеру группы, азот (+5) проявляет в соединениях с более электроотрицательными элементами, как правило, с кислородом. Примерами таких веществ являются оксид азота(V) и азотная кислота.

В азотной кислоте ($H\stackrel{+1}{N}\stackrel{x}{O}\stackrel{-2}{_3}$): молекула электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов в ней равна нулю. Степень окисления водорода равна +1, а кислорода –2. Обозначим степень окисления азота за $x$.

$(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0 \implies 1 + x - 6 = 0 \implies x = +5$.

В оксиде азота(V) ($N\stackrel{x}{_2}O\stackrel{-2}{_5}$):

$2 \cdot x + 5 \cdot (-2) = 0 \implies 2x - 10 = 0 \implies x = +5$.

Ответ: азотная кислота ($HNO_3$), оксид азота(V) ($N_2O_5$).

в) -3

Низшую отрицательную степень окисления –3 азот проявляет в соединениях с менее электроотрицательными элементами, такими как водород или металлы. Примерами являются аммиак и нитриды металлов.

В аммиаке ($N\stackrel{x}{H}\stackrel{+1}{_3}$): степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна +1. Обозначим степень окисления азота за $x$.

$x + 3 \cdot (+1) = 0 \implies x + 3 = 0 \implies x = -3$.

В нитриде магния ($Mg\stackrel{+2}{_3}N\stackrel{x}{_2}$): магний — щелочноземельный металл IIА группы, его степень окисления в соединениях постоянна и равна +2.

$3 \cdot (+2) + 2 \cdot x = 0 \implies 6 + 2x = 0 \implies 2x = -6 \implies x = -3$.

Ответ: аммиак ($NH_3$), нитрид магния ($Mg_3N_2$).

7-32. Изменится ли степень окисления хлора при переходе от $NaCl$ а) к $FeCl_3$; б) к $PCl_5$; в) к $Cl_2$?

Решение

Чтобы ответить на вопрос, нужно определить степень окисления (с.о.) хлора в исходном соединении $NaCl$ и сравнить ее со степенью окисления хлора в каждом из предложенных соединений.

В исходном соединении, хлориде натрия ($NaCl$), натрий ($Na$) является щелочным металлом и всегда имеет степень окисления $+1$. Поскольку молекула в целом электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов в ней равна нулю. Следовательно, степень окисления хлора ($Cl$) равна $-1$.

$+1 + (\text{с.о. Cl}) = 0 \implies \text{с.о. Cl} = -1$.

а)

Рассмотрим переход от $NaCl$ к $FeCl_3$ (хлорид железа(III)). В этом соединении хлор связан с металлом, который менее электроотрицателен. Поэтому хлор принимает свою типичную для хлоридов степень окисления, равную $-1$. Степень окисления железа ($Fe$) здесь равна $+3$. Проверим электронейтральность молекулы:

$(\text{с.о. Fe}) + 3 \cdot (\text{с.о. Cl}) = (+3) + 3 \cdot (-1) = 3 - 3 = 0$.

Таким образом, степень окисления хлора в $FeCl_3$ равна $-1$. При переходе от $NaCl$ к $FeCl_3$ степень окисления хлора не меняется ($-1 \rightarrow -1$).

Ответ: нет, не изменится.

б)

Рассмотрим переход от $NaCl$ к $PCl_5$ (пентахлорид фосфора). Хлор является более электроотрицательным элементом, чем фосфор ($P$), поэтому он будет иметь отрицательную степень окисления, равную $-1$. Найдем степень окисления фосфора, исходя из электронейтральности молекулы:

$(\text{с.о. P}) + 5 \cdot (\text{с.о. Cl}) = (\text{с.о. P}) + 5 \cdot (-1) = 0$.

$(\text{с.о. P}) - 5 = 0 \implies \text{с.о. P} = +5$.

Степень окисления $+5$ является высшей для фосфора, что подтверждает правильность определения степени окисления хлора как $-1$. При переходе от $NaCl$ к $PCl_5$ степень окисления хлора не меняется ($-1 \rightarrow -1$).

Ответ: нет, не изменится.

в)

Рассмотрим переход от $NaCl$ к $Cl_2$ (молекулярный хлор). $Cl_2$ — это простое вещество. По определению, степень окисления любого элемента в простом веществе равна нулю.

Таким образом, степень окисления хлора в $Cl_2$ равна $0$. При переходе от $NaCl$ к $Cl_2$ степень окисления хлора изменяется с $-1$ до $0$.

Ответ: да, изменится.

7-33. Изменится ли степень окисления серы при переходе от $H_2SO_4$,

а) к $Al_2(SO_4)_3$;

б) к $SO_2$;

в) к $H_2S$?

Чтобы определить, изменяется ли степень окисления серы, необходимо сначала найти ее в исходном соединении — серной кислоте ($H_2SO_4$), а затем в конечных продуктах. В соединениях степень окисления водорода (H) равна +1, а кислорода (O) — -2. Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна 0.

В молекуле $H_2SO_4$ пусть степень окисления серы (S) будет $x$. Тогда составляем уравнение:
$2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$
$2 + x - 8 = 0$
$x = +6$
Таким образом, исходная степень окисления серы в $H_2SO_4$ равна +6.

а) к Al₂(SO₄)₃
В сульфате алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) сера находится в составе сульфат-иона $SO_4^{2-}$. Сумма степеней окисления в ионе равна его заряду (-2). Пусть степень окисления серы здесь $y$. Тогда:
$y + 4 \cdot (-2) = -2$
$y - 8 = -2$
$y = +6$
Степень окисления серы (+6) не изменилась по сравнению с серной кислотой (+6).

Ответ: не изменится.

б) к SO₂
В диоксиде серы ($SO_2$) молекула электронейтральна. Пусть степень окисления серы будет $z$. Тогда:
$z + 2 \cdot (-2) = 0$
$z - 4 = 0$
$z = +4$
Степень окисления серы изменилась с +6 на +4.

Ответ: изменится.

в) к H₂S
В сероводороде ($H_2S$) молекула электронейтральна. Пусть степень окисления серы будет $w$. Тогда:
$2 \cdot (+1) + w = 0$
$2 + w = 0$
$w = -2$
Степень окисления серы изменилась с +6 на -2.

Ответ: изменится.