Степень окисленности

Степень окисленности элемента в соединении определяется как число электронов, смещенных от атома данного элемента к другим атомам (при положительной окисленности) или от других атомов к атому данного элемента (при отрицательной окисленности).

Для вычисления степени окисленности элемента в соединении следует исходить из следующих положений: 1) степени окисленности элементов в простых веществах принимаются равными нулю; 2) алгебраическая сумма степеней окисленности всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю; 3) постоянную степень окисленности в соединениях проявляют щелочные металлы (+1), металлы главной подгруппы II группы, цинк и кадмий (+2); 4) водород проявляет степень окисленности +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH, CaH₂ и т. п.), где его степень окисленности равна —1; 5) степень окисленности кислорода в соединениях равна —2, за исключением пероксидов (— 1) и фторида кислорода OF₂ (+2).

Исходя из сказанного, легко, например, установить, что в соединениях NH₃, N₂H₄, NH₂OH, N₂O, NO, HNO₃, N0₂ и HNO₃ степень окисленности азота соответственно равна -3, —2, —1, +1, +2, +3, +4, +5.

Окислительно-восстановительными называются такие реакции, в результате которых изменяется степень окисленности одного или нескольких элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Отдача атомом электронов, сопровождающаяся повышением его степени окисленности, называется окислением; присоединение атомом электронов, приводящее к понижению его степени окисленности, называется восстановлением.

Вещество, в состав которого входит окисляющийся элемент, называется восстановителем; вещество, содержащее восстанавливающийся элемент, называется окислителем. Так, в реакции: 4А1 + ЗО₂ = 2А1₂О₃ алюминий повышает степень окисленности от 0 до +3 и служит восстановителем; в результате реакции восстановленная форма алюминия (свободный алюминий) окисляется и превращается в сопряженную с ней окисленную форму (алюминий в степени окисленности +3). Кислород в этой реакции понижает степень окисленности от 0 до —2 и служит окислителем; в результате реакции окисленная форма кислорода (свободный кислород) восстанавливается и превращается в сопряженную с ней восстановленную форму (кислород в степени окисленности —2). Оба процесса — окисление и восстановление — протекают одновременно. При этом общее число электронов, отданных восстановителем, равно общему числу электронов, принятых окислителем, В рассмотренной реакции взаимодействуют два вещества, одно из которых служит окислителем (кислород), а другое — восстановителем (алюминий). Такие реакции относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления. Реакция 4H_SPO₃ = ЗН₃РО₄ + РН₃ служит примером реакций самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования), в которых одновременно образуются соединения, содержащие данный элемент в более окисленном и в более восстановленном состоянии по сравнению с исходным; при этом исходное вещество проявляет функции как окислителя, так и восстановителя. В последней реакции фосфористая кислота НзРО₃ (степень окисленности фосфора +3) выступает одновременно в роли окислителя, причем фосфор восстанавливается до степени окисленности —3 (РН₃), и в роли восстановителя, причем фосфор окисляется до степени окисленности +5 (НзРО₄). Подобные реакции возможны, если соответствующий элемент находится в исходном соединении в промежуточной степени окисленности; так, в рассмотренном примере степень окисленности фосфора в исходном соединении (+З) имеет промежуточное значение между возможными максимальной (+5) и минимальной (—3) степенями окисленности этого элемента. В реакции (NH₄)₂Cr₂0₇ = N₂ + Cr₂0₃ + 4Н₂0 восстанавливается хром, понижающий степень окисленности от +6 до +3, а окисляется азот, повышающий степень окисленности от -3 до 0. Оба эти элемента входят в состав одного и того же исходного вещества. Реакции такого типа называются реакциями внутримопекулярного окисления-восстановления. К ним относятся, в частности, многие реакции термического разложения сложных веществ.

Задачи

113.Определить степень окисленности серы в следующих соединениях: SO₂, H₂S, Na₂SO₃, CS₂, H₂SO₄, As₂S₃.

114.Определить степень окисленности хрома в следующих соединениях: К₂СгО₄, Сг₂О₃, Fe(CrO₂)_2, K₂Cr₂O₇, Cr₂(SO₄)₃ , Na₃[Cr(OH)₆].

115.Указать, какие из приведенных процессов представляют собой окисление и какие — восстановление: S→SO₄^2-; S→S^2-; Sn→Sn⁴⁺; К→К⁺; Br₂→2Br; 2Н⁺→Н₂; Н₂→2Н^-; V²⁺→VO₃^-; Сℓ→СℓО₃ ^-; IО₃ ^-→I_2; МпО₄^-→МпО₄^2-.

116. Указать, в каких из приведенных процессов происходит окисление азота и в каких — восстановление, как изменяется в каждом случае степень окисленноста азота: NH₄⁺→N₂; NO₃^- _→NO; NO₂^-→N0₃^-; NO₂→NO₂^-.

117. Какие из следующих реакций относятся к окислительно-восстановительным?

а) Н₂ + Вг₂ = 2НВг

б) NH₄C1 = NH₃ + НС1

в) NH₄NO₃ = N₂O + 2Н₂О

г) 2K₂CrO₄ +H₂SO₄ =-K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

д) НзВОз + 4HF = HBF₄ + ЗН₂О

е) Fe + S=FeS

118. Для следующих реакций указать, какие вещества и за счет каких именно элементов играют роль окислителей и какие — восстановителей:

а) S0₂ + Вг₂ + 2Н₂О = 2HBr + H₂SO₄

б) Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + Н₂

в) Си + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ +2H₂O

г) 3I₂ + 6КОН = КIО₃ + 5KI + ЗН₂О

119. Какие из приведенных реакций относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления, к реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления и к реакциям диспропорционирования?

а) 4КМnО₄ + 4КОН = 4К₂МnО₄ +О₂ + 2Н₂О

б) H₂SO₃ + 2H₂S = 3S + ЗН₂О

в) NH₄NO₂ = N₂ + ЗН₂О

г) 4Р + ЗКОН + ЗН₂О = РН₃ + ЗКН₂Р0₂

д) 2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂

е) 2KMnO₄ + 3MnSO₄ + 4Н₂О = 5MnO₂ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄

120. Указать, какие из перечисленных реакций относятся к окислительно-восстановительным:

а) Cr₂(S0₄)₃ + 6RbOH = 2Cr(OH)₃ + 3Rb₂SO₄

б) 2Rb + 2Н₂О = 2RbOH + Н₂

в) 2CuI₂ = 2CuI + I₂

г) NH₄C1 + NaOH == NaCl + NH₃ + H₂O

д)2К₄ [Fe(CN)₆] + Br₂ = 2Кз [Fe(CN)₆] + 2КВг

121. Среди приведенных превращений указать реакции диспропорционирования:

а) S + КОН →K₂SO₃ + K₂S + Н₂О

б) Аи₂О₃ →Au + O₂

в) НС1+ СгО₃ →СгС1₃ + С1₂ + Н₂О

г) НСlО₃ → С1О₂ + НСlО₄

д) N₂H₄ → N₂ + NH₃

е) AgNO₃ → Ag+NO₂ + O₂

122.До каких продуктов может быть окислена вода: а) до О₂ и Н+; б) до ОН- и Н₂; в) до 2ОН^-?

123.В каких из указанных превращений кислород выполняет функции восстановителя:

а) Ag₂O →Ag + О₂

б) F + Н₂О →HF + О₂

в) ΝН₃ + О₂ →N₂ + Н₂О

г) AgNO₃ + КОН + Н₂О₂ →Ag + KNO₃ + О₂

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: