Ступені окислення азоту у сполуках −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.
Сполуки азоту в ступені окислення -3 представлені нітридами, з яких практично найбільш важливий аміак;
Сполуки азоту в ступені окислення −2 менш характерні, представлені пернітридами, з яких найважливіший пернітрид водню N2H4 або гідразин (є також вкрай нестійкий пернітрид водню N2H2, діімід);
З'єднання азоту в ступені окислення −1 NH2OH (гідроксиламін) - нестійка основа, що застосовується, поряд з солями гідроксиламонію, органічний синтез;
Сполуки азоту в ступені окислення +1 оксид азоту(I) N2O (закис азоту, що веселить газ);
Сполуки азоту в ступені окислення +2 оксид азоту(II) NO (монооксид азоту);
Сполуки азоту в ступені окислення +3 оксид азоту(III) N2O3, азотиста кислота, похідні аніону NO2−, трифторид азоту (NF3);
Сполуки азоту в ступені окислення +4 оксид азоту(IV) NO2 (діоксид азоту, бурий газ);
З'єднання азоту в ступені окислення +5 оксид азоту(V) N2O5, азотна кислота, її солі - нітрати та інші похідні, а також тетрафтораммоній NF4+ та його солі.
Аміак – з'єднання азоту з воднем. Має важливе значенняв хімічної промисловості. Формула аміаку - NH 3 .
Безбарвний газ із характерним різким запахом. Аміак значно легший за повітря, маса одного літра цього газу становить 0,77 г. водневим зв'язкамаміак має аномально високу температуру кипіння, що не відповідає його малій молекулярної масидобре розчинний у воді.
Солі амонію. Більшість солей амонію безбарвні та добре розчиняються у воді. За деякими властивостями вони подібні до солей лужних металів, особливо калію. Солі амонію термічно нестійкі. При нагріванні вони розкладаються. Це розкладання може відбуватися оборотно і необоротно.
Солі амонію знаходять широке застосування. Більша частинаїх (сульфат амонію, нітрат амонію) використовується як добрива. Хлорид амонію або нашатир застосовується в фарбувальній та текстильній промисловості, при паянні та лудженні, а також у гальванічних елементах.
Азотна кислота – сильна одноосновна кислота. У розведених розчинах вона повністю розпадається на іони Н+1 та NO-13.
Чиста азотна кислота – безбарвна рідина з їдким запахом. Кипить за 86 °С. Гігроскопічна. Під впливом світла вона поступово розкладається.
Азотна кислота – сильний окислювач. Багато неметалів легко окислюються нею, перетворюючись на кислоти.
Азотна кислота діє майже на всі метали за винятком золота, платини, танталу, родію та іридію. Концентрована азотна кислота приводить деякі метали (залізо, алюміній, хром) пасивний стан. Ступінь окиснення азоту в азотній кислоті дорівнює +5. Чим вище концентрація HNO 3, тим менш глибоко вона відновлюється. При реакціях із концентрованою азотною кислотою зазвичай виділяється N0 2 . При взаємодії розведеної азотної кислоти з малоактивними металами, наприклад міддю, виділяється NO.
Застосування. У великих кількостяхвона використовується для виробництва азотних добрив, барвників, вибухових речовин, лікарських препаратів. Азотна кислота застосовується у виробництві сірчаної кислоти нітрозним способом, використовується виготовлення целюлозних лаків, кіноплівки.
Солі азотної кислоти. Одноосновна азотна кислота утворює лише середні солі, які називаються нітратами. Усі нітрати добре розчиняються у питній воді, а при нагріванні розкладаються із кисню.
Нітрати найбільш активних металів, які в ряді стандартних електродних потенціалівзнаходяться лівіше магнію, переходять у нітрити.
Серед солей азотної кислоти найважливіше значення мають нітрати натрію, калію, амонію та кальцію, які практично називаються селітрами. Селітри використовуються переважно як добрива.
Азотні добрива Нітрат амонію (аміачна селітра) Це найбільш ефективне, багате на азот добрива. Містить 33-35% азоту в нітратній та аміачній формі. Легко розчиняється у воді, добре діє на багатьох ґрунтах Сульфат амонію Містить близько 21% азоту. Є безбарвними кристалами ромбічної форми. Це добриво менш гігроскопічне, ніж нітрат амонію, не злежується, не вогненебезпечно. Це найбільш цінне азотовмісне добриво. Сечовина містить найбільша кількістьазоту (близько 46%) у добре засвоюваній рослинами формі. Вона є безбарвними або жовтуватими кристалами, добре розчиняється у воді. Сечовина не вибухонебезпечна, мало гігроскопічна, не злежується Нітрат калію (калійна селітра) Калійна селітра містить приблизно в 3 рази більше калію, ніж азоту. Тому її застосовують у комбінації з іншими добривами Нітрат кальцію (норвезька селітра) Цінне азотне добриво. Містить близько 13% азоту Хлорид амонію Являє собою білий порошокмістить близько 25% азоту
Варіант 1.
1. Число нейтронів в атомі 4N14:
А. 7.
Б. Азот.
3. Азот має ступінь окислення +5 у поєднанні з формулою:
Р. HN03.
4. Мінімальний ступінь окислення азоту в поєднанні (з наведених нижче) з формулою:
А. N2.
Б. Фосфор.
6. Найменший радіус у атома:
Р. F.
Б. Са3Р2.
8. Азотистої кислоти відповідає оксид з формулою:
Б. N203.
10. Коефіцієнт перед окислювачем реакції, схема якої
Ag + HN03(KOHЦ) -> AgN03 + N02 + Н20:
Б. 4.
11. Складіть молекулярні рівнянняреакцій наступних перетворень:
Р -> Р205 -> H3P04 -> Na3P04.
1. 4Р + 5О2 = 2Р2О5
P0 -5e →P+5 відновник
O20 + 2*2e→2O-2 окислювач
2. Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
3. Н3РО4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O
3Н+ + 3OH- = 3H2O
12. Доповніть фразу: "Алотропія - це ..."
існування двох і більш простих речовин одного й того ж хімічного елемента, різних за будовою та властивостями.
13. З якими речовинами, формули яких: КОН, С02, Zn, CuO, НС1, СаС03, взаємодіє розбавлена азотна кислота? Запишіть рівняння можливих реакційу молекулярному вигляді.
HNO3 + КOH → КNO3 + H2O
3CuO + 6HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 3H2O
10HNO3 розбав. + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2
14. Закінчіть схему термічного розкладаннянітрату міді (II):
Cu(N03)2 -> CuO + X + 02.
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
Сума коеф. = 9
15. При взаємодії 37 г гідроксиду кальцію з сульфатом амонію отримано 15 г аміаку. Обчисліть масову часткувиходу аміаку від теоретично можливого.
Ca(OH) 2 +(NH4)2 SO4 =CaSO4+2NH3*H2O
M Ca(OH)2=40+32+2=74г/моль.
n Ca(OH)2 =37: 74=0.5 моль
1 моль Са(ОH)2: 2 моль NH3
0.5:1 моль
M NH3 = 17г \ моль
маса 17 * 1 = 17 р.
вихід (NH3) = 15: 17 = 0.88 = 88%
Варіант 2
ЧАСТИНА А. Тестові завданняз вибором відповіді
1. Число нейтронів в атомі 7N15:
А. 8.
В. Фосфор.
3. Азот має ступінь окислення +4 у поєднанні з формулою:
B. N02.
4. Мінімальний ступінь окислення фосфору у поєднанні з формулою:
Б. РН3.
5. З перелічених хімічних елементів найбільшою електронегативністю в сполуках має:
В. Сірка
6. Найменший радіус у атома, символ якого:
Г. С1.
7. Тільки відновником може бути речовина з формулою:
B. NH3.
8. Фосфориста кислота Н3Р03 відповідає оксиду з формулою:
В. Р2О3
Сu + HN03(KOHЦ) -> CU(N03)2 + N02 + Н20:
Б. 4.
ЧАСТИНА Б. Завдання з вільною відповіддю
11. Складіть молекулярні рівняння реакцій, що йдуть за схемою
NO → N02 → HN03 → NaN03.
1. 2NO + O2 = 2NO2
N+2 -2e→N+4 відновник
O20 +2*2e→2O-2 окислювач
2. 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
3. HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
H+ + OH- = H2O
12. Доповніть таку фразу: "Селітра - це ..."
Азотнокисла сіль калію, натрію, амонію, що вживається в техніці вибухових речовин та в агрономії для добрив.
13. З якими речовинами, формули яких: Mg, Ag, AgN03, BaO, C02, KN03, NaOH, взаємодіє ортофосфорна кислота? Запишіть рівняння можливих реакцій у молекулярному вигляді.
3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O
3 Mg + 2H3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 3H2
2H3PO4 +3BaO = Ba3(PO4)2 + 3H2O
Na3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NaNO3
14. Закінчіть схему термічного розкладання нітрату натрію
NaN03 → NaN02+X.
Знайдіть суму коефіцієнтів у рівнянні.
2NaNO3 = 2NaNO2 + O2
Сума коефіцієнтів – 5
15. Який обсяг аміаку (н. у.) можна одержати при взаємодії 15 м3 азоту з надлишком водню, якщо вихід аміаку становить 10% теоретично можливого?
N2 + 3H2 = 2NH3
n(N2) = 15 000/22,4 = 669 (моль)
n(NH3) = 2*669 = 1339,28 (моль)
Vтеор.(NH3) = 1339,28 * 22,4 = 29999 (дм3)
Vпракт. (NH3) = 29999 * 0,9 = 26999 (дм3) = 26, 999 м3
Варіант 3.
ЧАСТИНА А. Тестові завдання з вибором відповіді
1. Число нейтронів в атомі 20Са40:
Б. 20.
2. Розподіл електронів за енергетичним рівнямв атомі елемента 2е, 5е відповідає:
А. Азот.
3. Азот має ступінь окислення +2 у поєднанні з формулою:
Б. NO.
4. Максимальний ступіньокислення азоту у поєднанні з формулою:
Р. HN03.
А. Бор.
А. З.
Р. Н3Р04.
8. Азотній кислоті відповідає оксид із формулою:
Р. N205.
10. Коефіцієнт перед окислювачем у схемі
Ag + HN03 (розб) -> AgN03 + NO + H20:
Б. 4.
ЧАСТИНА Б. Завдання з вільною відповіддю
11. Складіть молекулярні рівняння реакцій за схемою
N2 → NH3 → NH3 Н20 → (NH4)2S04.
Рівняння 1 розгляньте з погляду теорії ОВР, рівняння 3 запишіть в іонному вигляді.
1. N2 + 3H2 = 2NH3
N20 +2*3е→2N-3 окислювач
H20 -2*1е→2H+1 відновник
2. NH3 + H2O = NH3 * H20
3. 2NH3*H20 + H2SO4 = (NH4)2SO4 +2H2O
2NH3*H20 + 2H+= 2NH4+ +2H2O
12. Доповніть фразу: «Число атомів, що входять до катіону амонію...»
одно 5.
13. З якими речовинами, формули яких: S03, КОН, CaO, Mg, N205, Na2C03, взаємодіє розбавлена азотна кислота? Запишіть рівняння можливих реакцій у молекулярному вигляді.
HNO3 (розб.) + КOH = КNO3 + H2O
2HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O
10HNO3 розбав. + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O
2HNO3 + Na2CO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2
14. Закінчіть схему термічного розкладання нітрату срібла
AgNOg → Ag+X+02.
Вкажіть суму коефіцієнтів у рівнянні.
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2
7
15. Азот об'ємом 56 л (н. у.) прореагував з надлишком водню. Об'ємна частка виходу аміаку становить 50% теоретично можливого. Розрахуйте обсяг отриманого аміаку.
N2 + 3H2 = 2NH3
n(N2) = 56/22,4 = 2,5 (моль)
n(теор.)(NH3) = 2*2,5 = 5 (моль)
Vпракт. (NH3) = 5 * 22,4 * 0,5 = 56 л
Варіант 4.
ЧАСТИНА А. Тестові завдання з вибором відповіді
1. Число нейтронів в ізотопі 19K39:
В.20.
2. Розподіл електронів за енергетичними рівнями в атомі елемента 2е, 8е, 5е відповідає:
Б. Фосфор.
3. Азот має ступінь окислення 0 у поєднанні з формулою:
A. N2.
4. Максимальний ступінь окислення фосфору у поєднанні з формулою:
Р. Н3Р04.
5. З перерахованих хімічних елементів найменшою електронегативністю в сполуках має:
А. Берилій.
6. Найбільший радіус атома хімічного елемента, символ якого:
A. Si.
7. Тільки окислювачем може бути речовина з формулою:
Р. HN03.
8. Ортофосфорна кислота відповідає оксид з формулою:
Р. Р2О5.
10. Коефіцієнт перед окислювачем у схемі
Сі + HN03 (розб) -> CU (N03) 2 + NO + Н20:
Р. 8.
ЧАСТИНА Б. Завдання з вільною відповіддю
11. Складіть молекулярні рівняння реакцій за схемою:
NO → N02 → HN03 → NH4N03.
Рівняння 1 розгляньте з погляду ОВР, рівняння 3 запишіть в іонному вигляді.
1. 2NO + O2 = 2NO2
N+2 -2e→N+4 відновник
O20 +2*2e→2O-2 окислювач
2. 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
3. NH3 + HNO3 = NH4NO3
NH3 + H+ = NH4+
12. Доповніть фразу: «Аллотропними видозмінами фосфору є...»
білий, червоний та чорний фосфор
13. З якими речовинами, формули яких: Zn, CuO, Сі, NaOH, S02, NaN03, K2C03, взаємодіє ортофосфорна кислота? Запишіть рівняння можливих реакцій у молекулярному вигляді.
3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O
3 Zn + 2H3PO4 = Zn3(PO4)2↓ + 3H2
3CuO + 2H3PO4 = Cu3(PO4)2 + 3H2O
3K2CO3 + 2H3PO4 = 2K3PO4 + 3H2O + 3CO2
14. Закінчіть схему термічного розкладання нітрату заліза (II):
Fe(N03)2 → FeO+N02+X.
Знайдіть суму коефіцієнтів у рівнянні.
2Fe(NO3)2 = 2FeO + 4NO2 + O2
15. При спалюванні в кисні 62 г фосфору отримано 130 г оксиду фосфору (V) від теоретично можливого. Обчисліть масову частку виходу оксиду фосфору (V).
4P + 5O2 = 2P2O5
n(P) = 62/31 = 2 моль
nтеор.(P2O5) = 0,5 * 2 = 1 моль
mтеор.(P2O5) = 1 * 142 = 142 г
вихід = mпракт./mтеор. = 130/142 = 0.92 = 92%
1) Нітриди- сполуки азоту з менш електронегативними елементами, наприклад, з металами та з рядом неметалів.
Отримання нітридів
Відомі кілька методів одержання нітридів.
1) Метод синтезу із простих речовин. При високих температурах азот окислює
багато металів і неметалів, утворюючи нітриди, у яких виявляє ступінь
окислення-3:
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2
3Si + N 2 = Si 3 N 2
З ковалентних нітридів найбільше значеннямає нітрид водню H3N
(аміак), одержуваний у промисловості синтезом із простих речовин:
3H 2 +N 2 = 2H 3 N
Основна маса аміаку, що виробляється, використовується для отримання азотної кислоти.
2) Метод відновлення з оксидів у присутності азоту. Як відновник у цих процесах використовують не тільки вуглець, а й метали або їх гідриди:
TiO 2 + CH 2 +N 2 = TiN +CaO +H 2 O
3) Метод термічної дисоціації. Цей метод здійснюється із застосуванням сполук, що містять одночасно і метал та азот, наприклад амінохлоридів:
TiCl 4 · 4NH 3 = TiN + NH 3 + HCl
Таким способом отримують нітриди AlN, VN, NbN, Ta 3 N 5 CrN, U 3 N, Fe 2 N.
4) Метод осадження нітридів із газової фази. Прикладом цього може бути взаємодія хлоридів і оксихлоридів металів з аміаком. Ці реакції відбуваються зазвичай при температурах близько 800oC
MeCl 4 + NH 3 →MeN + HCl
MeOCl 3 + NH3→MeN + H 2 O + HCl
Хімічні властивостінітридів
Властивості нітридів більш-менш закономірно змінюються за періодами та групами періодичної системи. Наприклад, у малих періодах спостерігається перехід від основних нітридів до кислотних:
Na 3 N Mg 3 N 2 AlN Si 3 N 4 P 3 N 5 S 3 N 4 Cl 3 N
основні амфотерні кислотні
Нітриди s-елементів першої та другої груп, наприклад Na3N, Mn 3 N 2 є кристалічними речовинами. Хімічно вони досить активні.
Наприклад, легко розкладаються водою, утворюючи луг та аміак:
Na 3 N + 3H 2 O = 3NaOH + H 3 N
Кислотні нітриди, наприклад Cl3N, гідролізуються з утворенням кислот та аміаку:
Cl 3 N + 3H 2 O = 3HClO + H 3 N
Основні нітриди взаємодіють із кислотами:
Mg 3 N 2 + HCl = MgCl 2 +H 3 N
При цьому кислотні нітриди схильні до взаємодії з лугами:
BN + H 2 O + NaOH→BO 2 Na + H 3 N
Амфотерні нітриди, зокрема AlN, можуть реагувати як з кислотами, так і з лугами:
2ALN + H 2 SO 4 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + (NH 4) 2 SO 4
AlN + 3H 2 O + KOH→Al(OH) 4 K+ H 3 N
Основні та кислотні нітриди вступають у реакції комплексоутворення з утворенням змішаних нітридів, наприклад Li 5 TiN 3 Li 5 GeN 3 та інші
5LI 3 N + Ge 3 N 4 = 3Li 5 GeN 3
осн. кисл.
Нітриди лужних металів – малостійкі сполуки. За нормальної температури з киснем повітря де вони взаємодіють. При температурах плавлення починають розкладатися на елементи.
Усі ковалентні нітриди досить стійкі. Особливо стійкі нітриди алюмінію, бору та кремнію, які починають слабко розкладатися на елементи лише за температур 1000-1200оC. Вони мають високу стійкість проти окислення, проти дії розплавлених металів, гарячих кислот, різних агресивних газів.
Металоподібні нітриди мають високу хімічну стійкість, особливо проти дії холодних і киплячих кислот, багатьох розплавлених металів, а також проти окислення на повітрі. У розчинах лугів металоподібні нітриди менш стійкі. Вони швидко розкладаються при сплавленні з лугами та солями лужних металів.
Гідразін
Гідразин (NH 2 NH 2) – це сильно гігроскопічна рідина, що має помітну здатність поглинати з повітря вуглекислоту та кисень. Замерзає гідразин за нормальної температури плюс 1,5°, кипить за нормальної температури 113,5° (тиск 760 мм рт. ст.). Питома вага речовини коливається в залежності від її агрегатного станута температури навколишнього середовища. При температурі мінус 5° щільність твердого гідразину становить 1,146, рідкого за температури 0°-1,0253, а при температурі +15°-1,0114. У міру подальшого зростання температури питома вагаз'єднання зменшується. Гідразин добре розчиняється у воді, спиртах, аміаку, амінах. Він нерозчинний у вуглеводнях та їх галоїдопохідних. Водні розчини мають основні властивості. Гідразин є сильним відновником. Завдяки цьому він термодинамічно нестійкий і легко розкладається під впливом каталізаторів, нагрівання до високих температур, дії випромінювань. На повітрі горить синім полум'ям. При цьому виділяється значна кількість енергії.
У промисловості гідразин отримують за методом Рашига, перша стадія якого полягає в дії хлору на аміак, внаслідок чого утворюється неміцний хлорамін:
NH 2 Cl + NH 3 + NaOH = NH 2 -NH 2 + NaCl + H 2 O
Хімічні властивості гідразину визначаються, по-перше, тим, що його молекула складається з двох аміногруп, що мають слабко основні властивості. Відповідно до цього гідразин як слабка основа може реагувати як з однією, так і двома молекулами одноосновної кислоти, наприклад соляної:
N 2 H 4 + HCl = N 2 H 5 Cl
N 2 H 4 + 2HCl = N 2 H 6 Cl 2
Його реакція з сірчаною кислотою призводить до гідразин-сульфату(N 2 H 6 SO 4) який, як усяка сіль, є твердою речовиноюдобре розчинним у воді. Гідразин-сульфат під назвою "Сігразін" знайшов застосування в медицині при лікуванні хворих на рак. Онкологічні хворі зазвичай відчувають сильне виснаження, швидку втрату ваги та апетиту. Ці явища викликаються порушеннями вуглеводного обміну.
Інша особливість гідразину - його сильні відновлювальні властивості, що викликано як присутністю в молекулі неміцного зв'язку азот-азот, так і аномальним ступенем окислення атомів азоту (-2). Як приклад відновлювальних властивостейгідразину можна привести його реакцію з перманганатом калію, яку можна використовувати для аналітичного визначеннягідразину, як і реакції з деякими іншими окислювачами:
5(NH 2 -NH 2) + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 =5N 2 + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 16H 2 O
Гідразин згоряє на повітрі, причому ця реакція дуже екзотермічна і призводить до утворення газоподібних продуктів:
NH 2 -NH 2 + O 2 = N 2 + 2H 2 O + 149,5 ккал/моль
Гідроксиламін
У молекулі гідроксиламіну атом азоту має непоселену пару електронів. Тому, подібно до аміаку і гідразину, він здатний до реакцій приєднання з утворенням зв'язаний за донорно-акцепторним способом. Гідроксиламін добре розчиняється у воді, а з кислотами дає солі, наприклад хлорид гідроксиламонію. Ступінь окислення азоту в гідроксилі міні дорівнює -1. Тому він виявляє як відновлювальні, так і окисні властивості. Однак характерніша відновна здатність гідроксиламіну. Зокрема, він застосовується як відновник (переважно у вигляді солей) у лабораторній практиці.
Хімічні властивості:
У водному розчинідисоціює за основним типом, будучи слабкою основою:
NH 2 OH + H 2 O = + + OH -
Може також дисоціювати і за кислотним типом
NH 2 OH + H 2 O = NH 2 O - + H 3 O +
Подібно NH 3 гідроксиламін реагує з кислотами, утворюючи солі гідроксиламінію:
NH 2 OH + HCl = Cl
На повітрі з'єднання є нестабільним:
3NH 2 OH = N 2 + NH 3 + 3H 2 O
але при тиску 3 кПа (2,25 мм рт.ст.) плавиться при 32 ° С і кипить при 57 ° С без розкладання.
На повітрі легко окислюється киснем повітря:
4NH 2 OH + O 2 = 6H 2 O + 2N 2
Гідроксиламін виявляє властивості відновника, при дії на нього окислювачів виділяються N 2 або N 2 O:
У деяких реакціях NH 2 OH виявляються окислювальні властивості, при цьому він відновлюється до NH 3 або NH 4 +
Отримання
У лабораторії отримують розкладанням у вакуумі солей гідроксиламіну: (NH 3 OH) 3 PO 4 або (ClO 4) 2 .
Спиртовий розчин гідроксиламіну можна одержати дією етанолу на NH 3 OHCl.
У промисловості солі гідроксиламіну отримують відновленням NO воднем у присутності платинового каталізатора або гідруванням азотної кислоти, а також дією на азотну кислотуатомарним воднем.
Щоб правильно розставляти ступеня окислення, необхідно пам'ятати чотири правила.
1) У простій речовині ступінь окислення будь-якого елемента дорівнює 0. Приклади: Na 0 , H 0 2 , P 0 4 .
2) Слід запам'ятати елементи, котрим характерні постійні ступені окислення. Усі вони перелічені у таблиці.
3) Вищий ступіньокислення елемента, як правило, збігається з номером групи, в якій знаходиться даний елемент (наприклад, фосфор знаходиться в V групі, вища с. о. фосфору дорівнює +5). Важливі винятки: F, O.
4) Пошук ступенів окислення інших елементів заснований на простому правилі:
У нейтральній молекулі сума ступенів окислення всіх елементів дорівнює нулю, а іоні - заряду іона.
Декілька простих прикладів на визначення ступенів окислення
Приклад 1. Необхідно знайти ступеня окиснення елементів в аміаку (NH 3).
Рішення. Ми вже знаємо (див. 2), що ст. бл. водню дорівнює +1. Залишилося знайти цю характеристику азоту. Нехай х – шуканий ступінь окислення. Складаємо найпростіше рівняння: х + 3 (+1) = 0. Рішення очевидне: х = -3. Відповідь: N-3 H3+1.
Приклад 2. Вкажіть ступінь окислення всіх атомів у молекулі H 2 SO 4 .
Рішення. Ступені окислення водню та кисню вже відомі: H(+1) та O(-2). Складаємо рівняння для визначення ступеня окислення сірки: 2 (+1) + х + 4 (-2) = 0. Вирішуючи дане рівняння, Знаходимо: х = +6. Відповідь: H+12S+6O-24.
Приклад 3. Розрахуйте ступені окислення всіх елементів у молекулі Al(NO 3) 3 .
Рішення. Алгоритм залишається незмінним. До складу "молекули" нітрату алюмінію входить один атом Al(+3), 9 атомів кисню (-2) та 3 атоми азоту, ступінь окислення якого нам і належить обчислити. Відповідне рівняння: 1 (+3) + 3х + 9 (-2) = 0. Відповідь: Al +3 (N +5 O -2 3) 3 .
Приклад 4. Визначте ступеня окиснення всіх атомів в іоні (AsO 4) 3- .
Рішення. У даному випадкусума ступенів окислення дорівнюватиме вже не нулю, а заряду іона, тобто, -3. Рівняння: х + 4(-2) = -3. Відповідь: As(+5), O(-2).
Що робити, якщо невідомі ступені окислення двох елементів
А чи можна визначити ступеня окиснення відразу кількох елементів, користуючись схожим рівнянням? Якщо розглядати дане завданняз погляду математики, відповідь буде негативною. Лінійне рівнянняіз двома змінними не може мати однозначного рішення. Але ми вирішуємо не просто рівняння!
Приклад 5. Визначте ступеня окислення всіх елементів (NH 4) 2 SO 4 .
Рішення. Ступені окислення водню та кисню відомі, сірки та азоту – ні. Класичний прикладзавдання із двома невідомими! Розглянемо сульфат амонію не як єдину "молекулу", а як об'єднання двох іонів: NH 4 + і SO 4 2- . Заряди іонів нам відомі, у кожному міститься лише один атом з невідомим ступенем окислення. Користуючись досвідом, набутим під час вирішення попередніх завдань, легко знаходимо ступеня окислення азоту та сірки. Відповідь: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.
Висновок: якщо в молекулі міститься кілька атомів з невідомими ступенямиокислення, спробуйте "розділити" молекулу на кілька частин.
Як розставляти ступені окислення в органічних сполуках
Приклад 6. Вкажіть ступінь окислення всіх елементів у CH 3 CH 2 OH.
Рішення. Знаходження ступенів окислення в органічні сполукимає власну специфіку. Зокрема, необхідно окремо знаходити ступеня окиснення для кожного атома вуглецю. Міркувати можна в такий спосіб. Розглянемо, наприклад, атом вуглецю у складі метильної групи. Даний атом З'єднаний з 3 атомами водню та сусіднім атомом вуглецю. за зв'язку С-Нвідбувається зміщення електронної густиниу бік атома вуглецю (т. до. електронегативність З перевищує ЕО водню). Якби це усунення було повним, атом вуглецю придбав заряд -3.
Атом С у складі групи -СН 2 ВІН пов'язаний з двома атомами водню (зміщення електронної щільності у бік С), одним атомом кисню (зміщення електронної щільності у бік О) та одним атомом вуглецю (можна вважати, що зміщення ел. щільності у цьому випадку не відбувається). Ступінь окислення вуглецю дорівнює -2+1+0=-1.
Відповідь: З -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.
Не змішуйте поняття "валентність" та "ступінь окислення"!
Ступінь окислення часто плутають із валентністю. Не робіть такої помилки. Перелічу основні відмінності:
- ступінь окислення має знак (+ або -), валентність – ні;
- ступінь окислення може дорівнювати нулю навіть у складній речовині, рівність валентності нулю означає, як правило, що атом даного елементане з'єднаний з іншими атомами (будь-якого з'єднання включення та іншу "екзотику" тут обговорювати не будемо);
- ступінь окислення - формальне поняття, яке набуває реального сенсу лише в сполуках з іонними зв'язками, Поняття "валентність", навпаки, найбільш зручно застосовувати по відношенню до ковалентних сполук.
Ступінь окислення (точніше, її модуль) часто чисельно дорівнює валентностіАле ще частіше ці величини не збігаються. Наприклад, ступінь окислення вуглецю CO 2 дорівнює +4; валентність З також дорівнює IV. А ось у метанолі (CH 3 OH) валентність вуглецю залишається тією ж, а ступінь окислення С дорівнює -1.
Невеликий тест на тему "Ступінь окислення"
Витратьте кілька хвилин, перевірте, як ви засвоїли цю тему. Вам потрібно відповісти на п'ять нескладних питань. Успіхів!