Степени окисления - важная характеристика химических элементов, позволяющая предсказывать их поведение в реакциях. Однако расчет степеней окисления в сложных соединениях часто вызывает затруднения. Давайте разберемся с этим на примере соединения Fe2(SO4)3.
Теоретические основы степеней окисления
Степень окисления (С.О.) - это условный заряд атома элемента в молекуле соединения. Определяется по следующим правилам:
- C.O. свободных элементов равна 0 (например, C.О. железа Fe = 0);
- C.O. атома в простом веществе равна заряду иона (C.O. Na+ = +1, O2- = -2);
- Сумма всех C.O. в молекуле = 0.
Рассмотрим таблицу типичных степеней окисления элементов в соединениях:
Элемент | Типичные C.О. |
Fe (железо) | +2, +3 |
O (кислород) | -2 |
S (сера) | −2, +4, +6 |
Как видно, один элемент может проявлять разные степени окисления. Чтобы их определить в конкретном соединении, используют правило электронейтральности:
Сумма всех C.O. атомов в молекуле = 0
Расчет степени окисления Fe2(SO4)3
Для начала разберемся со структурой формулы Fe2(SO4)3. В ней:
- 2 атома Fe;
- 3 сульфат-иона SO42- .
Найдем сначала C.O. серы в составе сульфат-иона SO42- по правилу электронейтральности:
C.O.(S) + 4∙C.O.(O) = -2
Так как известно, что C.O.(O) = -2, подставляем:
C.O.(S) + 4∙(-2) = -2
Отсюда C.O.(S) = +6
Теперь найдем общую C.O. трех сульфат-ионов (SO4)2- :
3∙(-2) = -6
Используем это значение и формулу электронейтральности, чтобы рассчитать C.O. двух атомов Fe:
2∙C.O.(Fe) + (-6) = 0
Отсюда C.O.(Fe) = +3
Итак, степень окисления железа Fe в соединении Fe2(SO4)3 равна +3.
Решение задач на определение степеней окисления
После того как мы разобрались с теоретическими основами и алгоритмом расчета степеней окисления, рассмотрим пример задачи на определение C.O. в различных соединениях.
Задача. В соединении Ca3(PO4)2 определить степень окисления фосфора.
Решение:
- Записываем фрагмент формулы, содержащий фосфор: (PO4)3-
- По правилу электронейтральности:
C.O.(P) + 4∙C.O.(O) = -3 C.O.(O) = -2 C.O.(P) + 4∙(-2) = -3 - Отсюда C.O.(P) = +5
Ответ: степень окисления фосфора в соединении Ca3(PO4)2 равна +5.
Применение степеней окисления в уравнениях реакций
Знание степеней окисления позволяет правильно составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций.
Например, при взаимодействии перманганата калия (KMnO 4) и сульфита натрия (Na2SO3) происходит окисление серы:
S+4 → S+6
Следовательно, на основании степеней окисления можно записать схему реакции:
2KMnO4 + 5Na2SO3 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4
Рекомендации по применению знаний о C.O.
Чтобы успешно определять и использовать степени окисления, рекомендуется:
- Запомнить типичные степени окисления элементов
- Отработать алгоритм расчета C.O. по формуле соединения
- Решать как можно больше задач на определение степеней окисления
При возникновении трудностей обращайтесь за помощью к учителю или в справочные материалы.