Краткое содержание & опорный конспект • ФГОС

§ 38. Степень окисления

Учебник: Химия. 8 класс
Авторы: О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков
Иллюстрация к § 38. Степень окисления 🔍 Нажмите для зума

СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЯ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ

В веществах ионного строения (хлорид натрия NaCl, фторид кальция CaF₂) электроны переходят полностью: ионы несут реальные целочисленные электрические заряды ($\text{Na}^+, \text{Cl}^-, \text{Ca}^{2+}, \text{F}^-$). В простых веществах с ковалентной неполярной связью (O₂, N₂, Cl₂) связывающие электроны делятся строго поровну, и атомы электронейтральны (заряд равен нулю).

Однако в громадном мире сложных веществ с ковалентной полярной связью (HCl, H₂O, NH₃, CO₂) обобществленная электронная пара смещается к более электроотрицательному атому лишь частично. На атомах возникают дробные, частичные заряды (например, $+0{,}18$ на водороде и $-0{,}18$ на хлоре в молекуле хлороводорода). Точное измерение этих дробных величин для сотен тысяч химических веществ крайне сложно и неудобно для практических химических расчетов.

Чтобы классифицировать химические реакции и составлять уравнения взаимодействия веществ, ученые ввели удобную научную модель: представить, что ковалентные полярные связи полностью превратились в ионные.

Степенью окисления называют условный заряд атома химического элемента в химическом соединении, вычисленный из предположения, что все связывающие электронные пары ковалентных полярных связей полностью смещены к более электроотрицательным атомам (то есть соединение состоит исключительно из ионов).

ОТЛИЧИЯ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ ОТ ЗАРЯДА ИОНА И ВАЛЕНТНОСТИ

Путаница между этими тремя понятиями — самая частая ошибка школьников. Они имеют совершенно разный физический смысл и разные правила записи:

1. Степень окисления против заряда иона:

2. Степень окисления против валентности:

Классические примеры несовпадения:


ЭЛЕМЕНТЫ С ПОСТОЯННОЙ И ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ ОКИСЛЕНИЯ

Чтобы легко находить степени окисления в любых формулах, необходимо твердо выучить элементы с постоянными значениями:

Исключения: во фториде кислорода $\overset{+2}{\text{O}}\overset{-1}{\text{F}}_2$ (фтор сильнее кислорода) и в пероксидах ($\overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-1}{\text{O}}_2, \; \overset{+1}{\text{Na}}_2\overset{-1}{\text{O}}_2$), где степень окисления равна -1.

Большинство остальных элементов-неметаллов и металлов побочных подгрупп проявляют переменные степени окисления. Для них действует правило:


ПРАВИЛО ЭЛЕКТРОНЕЙТРАЛЬНОСТИ И АЛГОРИТМ РАСЧЕТА

Молекулы и формульные единицы любых химических веществ электрически нейтральны. Отсюда вытекает фундаментальное расчетное правило:

Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле с учетом их индексов всегда строго равна нулю:
$$\sum (\text{степень окисления} \times \text{индекс}) = 0$$

Пример 1. Оксид азота(V) — N₂O₅:

Степень окисления кислорода постоянна и равна $-2$. На 5 атомов кислорода приходится суммарный отрицательный заряд:

$$(-2) \times 5 = -10$$

Чтобы молекула была нейтральной, на два атома азота должен приходиться суммарный положительный заряд $+10$.

Делим на число атомов азота:

$$+10 : 2 = +5$$

Следовательно, степень окисления азота равна $+5$: $\overset{+5}{\text{N}}_2\overset{-2}{\text{O}}_5$.

Пример 2. Серная кислота — H₂SO₄:

Обозначим степень окисления серы через $x$. У водорода $+1$, у кислорода $-2$:

$$2 \times (+1) + x + 4 \times (-2) = 0$$
$$+2 + x - 8 = 0 \;\Longrightarrow\; x - 6 = 0 \;\Longrightarrow\; x = +6$$

Степень окисления серы в серной кислоте равна $+6$: $\overset{+1}{\text{H}}_2\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_4$.

Пример 3. Перманганат калия — KMnO₄ («марганцовка»):

Калий находится в IA группе ($+1$), кислород ($-2$), степень окисления марганца обозначим через $x$:

$$(+1) + x + 4 \times (-2) = 0$$
$$+1 + x - 8 = 0 \;\Longrightarrow\; x = +7$$

Степень окисления марганца равна $+7$: $\overset{+1}{\text{K}}\overset{+7}{\text{Mn}}\overset{-2}{\text{O}}_4$.


СОСТАВЛЕНИЕ ФОРМУЛ И НОМЕНКЛАТУРА БИНАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Зная степени окисления, легко составить формулу бинарного (двухэлементного) соединения через наименьшее общее кратное (НОК).

Составим формулу сульфида алюминия:

  1. Записываем символы: металл (положительная с.о.) слева, неметалл (отрицательная с.о.) справа: $\text{Al}\dots\text{S}$.
  2. Проставляем степени окисления: у алюминия постоянная $+3$, у серы низшая с.о. равна $6 - 8 = -2$: $\overset{+3}{\text{Al}}\overset{-2}{\text{S}}$.
  3. Находим НОК модулей степеней окисления: $\text{НОК}(3, 2) = 6$.
  4. Делим НОК на модули зарядов для нахождения индексов:
    • Для алюминия: $6 : 3 = 2$
    • Для серы: $6 : 2 = 3$
  5. Записываем готовую формулу: Al₂S₃.

Международная химическая номенклатура бинарных веществ:

Название любого бинарного соединения строится по строгой схеме:

$$\text{[Латинский корень электроотрицательного элемента]} + \text{суффикс «-ид»} + \text{[название электроположительного элемента в род. падеже]}$$

Если элемент проявляет переменную степень окисления, ее значение указывается в конце римской цифрой в круглых скобках:


⭐ Шпаргалка к ответу у доски

📌 ШПАРГАЛКА К УСТНОМУ ОТВЕТУ У ДОСКИ

  • Определение: степень окисления — условный заряд атома в соединении в предположении, что все ковалентные полярные связи стали ионными (электроны сместились полностью).
  • Запись: знак перед цифрой над элементом ($\overset{+1}{\text{H}}, \overset{-2}{\text{O}}$). У заряда иона — цифра перед знаком вверху справа ($\text{Ca}^{2+}, \text{Cl}^-$).
  • Степень окисления $\neq$ валентность:
    • В $\text{N}_2$: валентность $\text{III}$, с.о. $= 0$.
    • В $\text{H}_2\text{O}_2$: валентность кислорода $\text{II}$, с.о. $= -1$.
  • Постоянные степени окисления:
    • Простые вещества: всегда 0 ($\text{O}_2, \text{Fe}$).
    • Щелочные металлы (IA): всегда +1.
    • Металлы IIA: всегда +2, алюминий: всегда +3.
    • Фтор: всегда -1.
    • Кислород: почти всегда -2 (в $\text{H}_2\text{O}_2$ — $-1$, в $\text{OF}_2$ — $+2$).
    • Водород: с неметаллами +1, в гидридах металлов -1 ($\text{NaH}$).
  • Правило нейтральности: $\sum (\text{с.о.} \times \text{индекс}) = 0$.
  • Примеры расчета:
    • $\text{N}_2\text{O}_5$: $(-2) \times 5 = -10 \rightarrow +10 / 2 = \mathbf{+5}$.
    • $\text{H}_2\text{SO}_4$: $2 \times (+1) + x + 4 \times (-2) = 0 \rightarrow x = \mathbf{+6}$.
    • $\text{KMnO}_4$: $+1 + x + 4 \times (-2) = 0 \rightarrow x = \mathbf{+7}$.
  • Номенклатура бинарных соединений:
    • Корень неметалла + суффикс «-ид» + металл в род. падеже (с римской цифрой с.о. при переменной).
    • Примеры: $\text{FeCl}_3$ — хлорид железа(III), $\text{Al}_2\text{S}_3$ — сульфид алюминия, $\text{CaH}_2$ — гидрид кальция, $\text{OF}_2$ — фторид кислорода(II).
🎬 Интерактивное обучение

Посмотрите видеоурок к параграфу § 38

Полноразмерное видео, кликабельные таймкоды к ключевым моментам урока и проверочный экспресс-тест на усвоение знаний.

Открыть видеоурок →