Маругин, В..А. Неорганическая химия

Определение степени окисления у атомов в сложных соединениях

Запомните, что степень окисления атомов в простых веществах равна 0.

При определении степени окисления в сложных соединениях необходимо руководствоваться следующими правилами:

1.В сложных соединениях одни атомы имеют положительную степень окисления, другие – отрицательную.

2.Атомы металлов всегда имеют положительную степень окисления.

3.Атомы металлов главных подгрупп имеют положительный заряд, равный номеру группы. Атомы металлов побочных подгрупп могут иметь различный положительный заряд.

4.Атомы неметаллов могут иметь и положительный, и отрицательный

заряд.

5.Водород всегда имеет заряд +1 (исключения гидриды), кислород всегда имеет заряд −2 (исключения пероксиды).

6.Заряд атома в кислотном остатке всегда равен заряду этого же атома в одноименной кислоте.

Пример 1. Вычислить окислительное число атомов в следующих молеку-

лах: Na, Mg, H2, O2, O3.

Решение.

Приведены простые вещества, поэтому степень окисления у всех атомов равна 0.

0 0 0 0 0

Na, Mg, H2, O2, O3

Пример 2. Вычислить окислительное число всех атомов в следующих молекулах: HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, AlCl3, Na2SO4, Ca3(PO4)2, KMnO4.

Решение.

Водород всегда имеет окислительное число +1, в молекуле HCl один атом водорода (+1), следовательно, окислительное число хлора −1.

+1 −1

HCl

+1 −1

111

Водород всегда имеет окислительное число +1, в молекуле H2SO4 два атома водорода (+1·2= +2).

Кислород всегда имеет окислительное число −2, в молекуле H2SO4 четыре атома кислорода (−2·4= −8).

Молекула всегда нейтральна, следовательно, число положительных зарядов должно быть равно число отрицательных зарядов.

Обозначим окислительное число серы через x и найдем это значение. +1·2 + x = −2·4, отсюда x = +6.

1+ 6+2−

H2SO4

+2 +6 -8

Кальций всегда имеет окислительное число +2, в молекуле Ca3(PO4)2 три атома кальция (+2·3= +6).

Кислород всегда имеет окислительное число −2, в молекуле Ca3(PO4)2 восемь атомов кислорода (−2·8= −16).

Обозначим окислительное число фосфора через x и найдем это значение. +2·3 + 2x = −2·8, отсюда x = +5.

+2 +5 -2

Ca3(PO4)2

+6 +10 -16

Аналогичным образом найдем окислительные числа в следующих соединениях:

+1+5−2 +1+5−2 +3−1 +1 +6 −2 +2 +6−2 +1+7 −2

HNO3, H3PO4, AlCl3, Na2SO4, CuSO4, KMnO4

+1+5−6 +3+5−8 +3 −3 +2 +6 -8 +2+6−8 +1+7 −8

Вычисление числа электронов, принимаемых окислителем и отдаваемых восстановителем

Окислитель – это атом, ион или молекула, которые присоединяют электроны при протекании окислительно-восстановительной реакции.

Запомните, что электрон имеет заряд −1.

При присоединении электронов окислительное число окислителя умень-

шается:

112

S0 +2е → S−2

O0 +2е →O−2

O02 +4е →2O−2

Mn7+ +5е →Mn+2

N5+ +8е →N−3

Восстановитель – это атом, ион или молекула, которые отдают электроны при протекании окислительно-восстановительной реакции.

При отдаче электронов окислительное число восстановителя увеличива-

ется:

S−2 −2е →S0

Mn+2 −5е →Mn+7

N−3 −8е →N+5

Fe+2 −е →Fe+3 2Cl− −2е →Cl02

Пример 3. Вычислить число принимаемых электронов при переходе молекулы HNO3 в молекулу NO.

Решение.

Находим окислительное число азота в молекулах HNO3 и NO

Окислительное число у атома азота уменьшилось, следовательно, азот принимает электроны и является окислителем

N+5 +3е →N+2

Пример 4. Вычислить число принимаемых электронов при переходе молекулы H2SO4 в молекулу H2S.

Решение.

Находим окислительное число серы в молекулах H2SO4 и H2S

+1+6 −2 +1−2

113

H2SO4 →H2S

Окислительное число серы уменьшилось, следовательно, сера принимает электроны и является окислителем

S+6 +8е →S−2

Пример 5. Вычислить число отдаваемых электронов при переходе молекулы NH3 в молекулу NO.

Решение.

Находим окислительное число азота в молекулах NH3 и NO

Окислительное число азота увеличилось, следовательно, азот отдает электроны и является восстановителем

N−3−5е →N+2

Нахождение коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях

Нахождение коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях требует особого подхода, так как в этом случае обычных простых правил бывает недостаточно.

Расставить коэффициенты можно двумя способами методом электронно-

го баланса и методом полуреакций.

Для уравнивания окислительно-восстановительных реакций наиболее часто применяют метод электронного баланса. В этом методе сравнивают степени окисления элементов в исходных и конечных веществах, руководствуясь правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединенных окислителем.

114

Пример 6. Расставить коэффициенты методом электронного баланса в

следующем уравнении: P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO.

Решение.

При процессе уравнивания следует соблюдать следующий порядок:

1. Находим окислительные числа у атомов всех элементов (порядок нахождения см. выше):

Атом фосфора отдает электроны и является восстановителем; атом азо-

та присоединяет электроны и является окислителем.

4. Находим коэффициенты при окислителе и восстановителе таким образом, чтобы число отдаваемых и присоединяемых электронов стало одинаковым

P0 −5е →P+5│3│3·5е =15е

N+5 +3е →N+2│5│5·3е =15е

5. Ставим коэффициенты при окислителе и восстановителе в уравнение

3P + 5HNO3 + H2O → 3H3PO4 + 5NO

6. Остальные коэффициенты находим обычным способом

3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

7. Проверяем правильность найденных коэффициентов. Подсчитываем атомы одного и того же элемента в левой и в правой частях. Количество ато-

мов должно быть равно.

Пример 7.

Расставить коэффициенты методом электронного баланса в следующем уравнении Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O + NO

115

Решение.

1. Находим окислительные числа у атомов всех элементов:

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

2.Определяем, атомы каких элементов изменяют окислительное число.

Вданной реакции окислительное число изменяют атомы меди от 0 до +2,

иазота от +5 до +2.

3.Записываем реакции окисления и восстановления для этих атомов

Cu0 −2е → Cu+2

N+5 +3е → N+2

Атом меди отдает электроны и является восстановителем; атом азота

присоединяет электроны и является окислителем.

4. Находим коэффициенты при окислителе и восстановителе таким образом, чтобы число отдаваемых и присоединяемых электронов стало одинаковым

Сu0 −2е →Cu+2 │3│3·2е = 6е N+5 +3е →N+2 │2│2·3е = 6е

5. Ставим коэффициенты при окислителе и восстановителе в уравнение

3Cu + 2HNO3 → 3Cu(NO3)2 + H2O + 2NO

6. Уравниваем левую и правую части. Сначала окислитель и восстановитель, а затем, учитывая, что образовалось 3 моль Cu(NO3)2 и 2 моль NO, определяем коэффициент перед HNO3 (8) и, соответственно, перед Н2О (4).

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

7. Проверяем правильность найденных коэффициентов. Подсчитываем число атомов одного и того же элемента в левой и правой частях. Количество атомов должно быть равно.

116

HNO2.

в) BaSO3 – сложное вещество, следовательно, расчет нужно вести так, как в примере б, учитывая, что атом бария имеет окислительное число +2;

+2 + (х) + (–2·3) = 0 х = 2·3 – 2 = +4.

Окислительное число серы равно +4.

+2 +4 –2

BaSO3.

2. Найдите количество электронов, которое отдает (присоединяет) данный атом (молекула, ион): a) Cl2 → 2Cl−1; б) NO2− → NH3.

Данный атом (молекула, ион) является окислителем или восстановителем? Происходит процесс окисления или восстановления?

Решение.

а) Cl2 – простое вещество, следовательно, окислительное число равно 0; в результате реакции атомы хлора приобретают заряд –1; окислительное число уменьшается, следовательно, атом хлора присоединяет один электрон и явля-

ется окислителем, идет процесс восстановления: Cl2 +2е → 2Cl−1.

б) окислительное число азота в ионе NO2− равно +3, (х) + (–2·2) = –1 х = –1 + 2·2 = +3;

окислительное число азота в молекуле NH3 равно –3; (х) + (+1·3) = 0

х = –3.

Окислительное число азота изменяется от +3 до –3, значение его умень-

шается, следовательно, атом азота присоединяет 6 электронов и является окислителем, идет процесс восстановления:

NO2− +6е → NH3.

3. Найдите окислитель и восстановитель в окислительно-восстанови- тельных реакциях:

K2MnO4 + Na2S + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + Na2SO4 + H2O

118

Mg + KMnO4 + H2SO4 = MgSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

Решение.

K2MnO4 + Na2S + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + Na2SO4 + H2O

Находим окислительные числа у атомов всех элементов.

+1 +6 -2 +1 -2 +1+6 -2 +1 +6 -2 +2 +6 -2 +1 +6 -2 +1 -2

K2MnO4 + Na2S + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + Na2SO4 + H2O

Определяем, атомы каких элементов изменяют окислительное число: Mn+6 → Mn+2

S–2 → S+6

Записываем реакции окисления и восстановления для этих атомов: Mn+6 +4е → Mn+2

S–2 −8е → S+6

Mn+6 присоединяет 4 электрона, является окислителем, происходит ре-

акция восстановления.

S–2 отдает 8 электронов, является восстановителем, происходит реакция

окисления.

Находим коэффициенты при окислителе и восстановителе (если коэффициенты можно сократить, то сокращаем):

Mn+6 +4е → Mn+2│8 │2

S–2 −8е → S+6 │4 │1

Ставим коэффициенты при окислителе и восстановителе:

2K2MnO4 + Na2S + H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + Na2SO4 + H2O

Уравниваем остальные атомы:

2K2MnO4 + Na2S + 4H2SO4 = 2K2SO4 + 2MnSO4 + Na2SO4 + 4H2O.

Решение.

Mg + KMnO4 +H2SO4 = MgSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Находим окислительные числа у атомов всех элементов.

Mg + KMnO4 +H2SO4 = MgSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Определяем, атомы каких элементов изменяют окислительное число:

119

Mn+7 → Mn+2

Mg0 → Mg+2

Записываем реакции окисления и восстановления для этих атомов: Mn+7 +5е → Mn+2

Mg0 −2е → Mg+2

Mn+7 присоединяет 5 электронов, является окислителем, происходит ре-

акция восстановления.

Mg0 отдает 2 электрона, является восстановителем, происходит реакция

окисления.

Находим коэффициенты при окислителе и восстановителе: Mn+7 +5е → Mn+2│2

Mg0 −2е → Mg+2 │5

Ставим коэффициенты при окислителе и восстановителе:

5Mg + 2KMnO4 +H2SO4 = 5MgSO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + H2O

Уравниваем остальные атомы:

5Mg + 2KMnO4 +8H2SO4 = 5MgSO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Вариант 1

1. Найдите окислительные числа у атомов всех элементов в следующих

Данный атом (молекула, ион) является окислителем или восстановителем? Происходит процесс окисления или восстановления?

3. Найдите окислитель и восстановитель в окислительно-восстановитель- ных реакциях:

KMnO4 + Na2S + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + Na2SO4 + H2O

Zn + KMnO4 + H2SO4 = ZnSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

120