IV. Классы неорганических соединений степени окисления

Состав химических соединений выражается химическими формулами. При анализе (и составлении) химических формул удобно пользоваться понятием "степень окисления элемента в соединении". Сумма степеней окисления всех элементов соединения принимается равной нулю. Степень окисления элементов в простых веществах тоже принимается равной нулю. Обычно степень окисления водорода в соединениях с неметаллами принимается +1, а степень окисления кислорода со всеми соединениями кроме фтора, равной -2. Степени окисления других элементов соединений рассчитывают, исходя из этих предположений.

Пример 1. Какие степени окисления имеют элементы в следующих соединениях: СО2, P2О5, HCl, H2S?

Решение. В соединении СО2 сумма степеней окисления двух атомов кислорода составляет (-2) · 2 = -4. Сумма степеней окисления всего соединения равна нулю. Следовательно, степень окисления углерода равна +4.

В соединении Р2О5 каждые пять атомов кислорода характеризуются суммой степеней окисления, равной

-10. Следовательно, каждые два атома фосфора, имеют сумму степеней окисления, равную +10, а степень окисления фосфора в соединении Р2О5 равна +5.

В соединении HCl степень окисления водорода +1; следовательно, степень окисления хлора -1.

В соединении H2S степени окисления водорода и серы соответственно равны +1 и -2.

Пример 2. Какие степени окисления имеют элементы в соединениях FeCl2, FeCI3, Sb2S3?.

Решение. Перечисленные соединения являются солями хлороводородной и сероводородной кислот. Степень окисления хлора в хлороводородной кислоте равна -1 (см. пример 1); следовательно, степень окисления железа равна +2 в FeCl2 и +3 в FeCl3.

Степень окисления серы в HzS равна -2 (см. пример; 1).

Следовательно, степень окисления сурьмы в Sb2S3 равна +3.

Для соединений, состоящих из трех элементов и более расчет степеней окисления усложняется. Существенную помощь при определении степеней окисления сложных соединений, а также при составлении эмпирических формул оказывает тот факт, что элементы главных и некоторых побочных подгрупп имеют характерные для них степени окисления, зависящие от номера группы.

Так, элементы главных подгрупп I - III групп таблицы Д.И. Менделеева имеют единственные характерные степени окисления - положительные и численно равные номеру группы .

Пример 3. Какие степени окисления в соединениях имеют стронций и галлий?

Решение. Элемент стронций находится в главной подгруппе II группы; следовательно, в соединениях он имеет одну степень окисления +2. Галлий находится в главной подгруппе III группы; следовательно, в соединениях он имеет степень окисления +3.

Элементы главных подгрупп IV—VI групп (кроме кислорода) имеют следующие степени окисления: положительные, численно равные номеру группы и на две единицы меньшие, и отрицательные, равные номеру группы минус число 8.

Элементы главной подгруппы седьмой группы (за исключением фтора) имеют характерные нечетные степени окисления от +7 до -1, т.е. +7, +5, +3, +1, -1.

Пример 4. Какие степени окисления имеют в соединениях элементы германий, селен и бром?

Решение. Германий находится в главной подгруппе IV группы; следовательно, в соединениях он имеет степени окисления +4, +2, -4.

Селен - элемент главной подгруппы VI группы, его степени окисления в соединениях +6, +4, -2.

Бром - элемент главной подгруппы VII группы, в соединениях он может иметь степени окисления +7, +5,

+3, +1, -1.

Если известно, какие степени окисления может иметь элемент, то можно написать эмпирические формулы его соединений с кислородом и водородом.

Пример 5. Напишите эмпирические формулы соединений с кислородом и водородом элементов: а) мышьяка; б) индия.

Решение. а) Мышьяк - элемент главной подгруппы V группы. Следовательно, он имеет степени окисления +5, +3, -3. Эмпирические формулы его оксидов As₂O₅ и As₂O₇. Эмпирическая формула соединения с водородом AsH₃.

б) Индий - элемент главной подгруппы III группы. В соединениях индий имеет единственную степень окисления +3. Индий имеет один оксид In₂O₃.

Для элементов побочных подгрупп (d- и f-элементов) не существует такой определенной взаимосвязи между степенями окисления и номером группы, какая наблюдается для элементов главных подгрупп. Можно отметить, что элементы II—VII групп побочных подгрупп имеют высшие степени окисления, соответствующие номеру группы, и в обычных соединениях элементы побочных подгрупп не проявляют отрицательных степеней окисления.

Степени окисления тех элементов побочных подгрупп, соединения которых наиболее часто применяются в химической практике, следует запомнить. К таким элементам относятся хром (степени окисления +6 и +3), марганец (+7, +6, +4, +2), железо (+3, +2), кобальт, никель (+2, гораздо реже +3), медь (+2, +1), цинк (+2), серебро (+1), кадмий (+2), золото (+3, +1) и ртуть (+2,+1).

Пример 6. Определите степени окисления элементов в соединениях: a) FeAsO₃; б) AgPO₃.

Решение, а) В соли FeAsO3 сумма степеней окисления кислорода -6. Железо может иметь степени окисления +2 и +3, а мышьяк - степени +5 и +3. Сумма степеней окисления в эмпирической формуле FeAsO3 равна нулю, если степень окисления железа будет +3 и степень окисления мышьяка +3.

б) В соединении AgPO3 степени окисления серебра (+1) и кислорода (-2) определяют степень окисления фосфора (+5).

Упражнения.

1.Какие степени окисления имеют элементы в следующих оксидах: a) Li₂O; б) ВеО; в) В₂O₃; г) СО; д) СО₂; е) N₂O₅; ж) NО₂; з) N₂O₃; и) NO; к) N₂O; л)Na₂O; м) MgO; н) Al₂O₃; о) TiO₂; n) V₂O₅; p) CrO₃; с) Cr₂O₃; т) Mn₂O₇; у) Fе₂О₃; ф) FeO; x) CuO; ц) Сu₂О; ч) Ag₂O; ш) Hg₂O?

2.Какие степени окисления имеют центральные атомы следующих соединений: a) LiOH; б) Ве(ОН)₂; в) Н₃ВО₃; г) Н₂СО₃; д) НСООН; е) НNО₃; ж) HNO₂; з) HF; и) NaOH; к) Mg(OH)₂; л) А1(ОН)₃; м) H₄SiO₄; н) Н₃РО₄; о) Н₂РНО₃; п) HPH₂O₂; p) H₂SO₄; с) Н₂SО₃; т) НСlО₄; у) НСlО₃; ф) НСlО₂; x) НСlО; ц) H₂Cr₂O₇; ч) HMnO₄; ш) H₂MnO₄; щ) Fе(ОН)₃?

3.В каких степенях окисления образуют наиболее устойчивые соединения следующие элементы: а) натрий; б) магний; в) алюминий; г) углерод; д) фосфор; е) сера; ж) хлор; з) калий; и) кальций; к) хром; л) марганец; м) железо; н) кобальт; о) медь; п) цинк; p) галлий; с) германий; т) золото?

4.Определите степени окисления всех элементов следующих соединений: a) Li₂S; б) ВеСО₃; в) Na₂B₄O₇; г) Мn(NО₃)₂; д) А1F₃; е) Na₂HPO₃; ж) Са₃(РО₄)₂; з) Mg₂SiО₄; и) FeSO₃; к) Zn(C1О₄)₂; л) К₂СrО₄; м) СаМnО₄; н) Cr₂(SO₄)O₃; о) KMnO₄; п) Fe(NO₃)O₃; p) CoSO₄; c) Ni(IO₃)₂; т) Cu₂P₂O₇; у) Zn₃(AsО₄)₂; ф) SnSО₄; x) КSbO₂.