Домашнє завдання. Валентність і ступінь окиснення. Визначення ступеня окиснення атома елемента за хімічною формулою сполуки.
У хімічних формулах більш електронегативні елементи (елементи з негативним ступенем окиснення) розміщуються праворуч.
Ступінь окиснення атомів у простих речовинах дорівнює 0.
Найвищий ступінь окиснення відповідає номеру групи, до якої належить елемент, за винятком Флуору, Оксигену, елементів підгрупи Купруму та восьмої групи.
Ступінь окиснення Оксигену -2, за винятком сполуки O+2F2-1
Гідроген у нейонних сполуках з неметалами має ступінь окиснення +1, а в йонних - 1.
Ступінь окиснення простого йона дорівнює його заряду.
1. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках.
І та II рівні. Cl20, H+Cl-, Сl2+O-2 , Nа+Cl-, Ba+2O-2, Cu+1.
Cl20 - ступінь окиснення атомів у простих речовинах дорівнює 0.
Розглянемо приклад сполуки HCl. Ступінь окиснення у нейонних сполуках Гідрогену +1: Н+1Сlх З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення хлору: 1•(+1)+1•х=0, звідки х= -1;
Розглянемо приклад сполуки Сl2O. Ступінь окиснення Оксигену -2: Сl2хO-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення хлору: 2•х+1•(-2)=0, звідки х=+1.
Розглянемо приклад натрій хлор NаCl. Ступінь окиснення натрію завжди +1: Nа+1Clх З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення хлору: 1•(+1)+1•х=0, звідки х= -1.
Розглянемо приклад барій оксиду Ba+2O-2. Ступінь окиснення барію завжди +2 і Оксигену -2. У сполуці Ba+2O-2 за принципом електронейтральності 1•(+2)+1•(-2)=0.
Cu+1 - ступінь окиснення простого йона дорівнює його заряду.
III рівень. Н+1Сl+1O-2, Ca+23N2-3, Fe+32O3-2, К+ОН-, Сr+6O3-2, Н+1Р+5O3-2, Ti+3N-3, правильно V+3N3-1.
Розглянемо приклад сполуки НСlO. Ступінь окиснення Гідрогену +1, а Оксигену -2: Н+1СlхO-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення хлору: 1•(+1)+1•х+1•(-2)=0, звідки х=2-1, х=+1;
Розглянемо приклад сполуки Ca3N2. Ступінь окиснення кальцію завжди +2: Ca+23N2х З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення Нітрогену: 3•(+2)+2•х=0, звідки х= -3;
Розглянемо приклад сполуки Fe2O3. Ступінь окиснення Оксигену -2: Feх2O3-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення феруму: 2•х+3•(-2)=0, звідки х=+3;
Розглянемо приклад хром оксиду СrO3. Ступінь окиснення Оксигену -2: СrхO3-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення хрому: 1•х+3•(-2)=0, звідки х=+6;
Розглянемо приклад сполуки Ti+3N-3. Ступінь окиснення талію +3: Ti+3Nх З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення Нітрогену: 1•(+3)+1•х=0, звідки х= -3.
Розглянемо приклад сполуки VN3. Ступінь окиснення ванадію +3: V+3N3х З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення Нітрогену: 1•(+3)+3•х=0, звідки х= -1.
Розглянемо приклад калій гідроксиду КОН. Ступінь окиснення калію у сполуках завжди +1, а гідроксильної групи ОН -1, тому К+1ОН-1 Принцип електронейтральності: 1•(+1)+1•(-1)=0.
Розглянемо приклад метафосфатної кислоти НРO3. Ступінь окиснення Гідрогену +1, а Оксигену -2: Н+1РхO3-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення фосфору: 1•(+1)+1•х+3•(-2)=0, звідки х=6-1, х=+5;
IV рівень. Н3+1Р+5О4-2, Са+23(Р+5О4)2-2, Na+12S+6О4-2, Al+32(S+6О4)3-2, Ba+2(N+5О3)2-2, Fe+3(OH)3-1.
Розглянемо приклад ортофосфатної кислоти Н3РO4. Ступінь окиснення Гідрогену +1, а Оксигену -2: Н+3РхO4-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення фосфору: 3•(+1)+1•х+4•(-2)=0, звідки х=8-3, х=+5;
Розглянемо приклад кальцій ортофосфату Са3(РО4)2. Ступінь окиснення кальцію завжди +2, а Оксигену -2: Са+23(РхО4)2-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення фосфору: 3•(+2)+2•х+8•(-2)=0, звідки х=(16-6):2, х=+5.
Розглянемо приклад натрій сульфату Na2SО4. Ступінь окиснення натрію завжди +1, а Оксигену -2: Na+12SхО4-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення Сульфуру: 2•(+1)+1•х+4•(-2)=0, звідки х=8-2, х=+6.
Розглянемо приклад алюміній сульфату Al2(SО4)3. Ступінь окиснення алюмінію завжди +3, а Оксигену -2: Al+32(SхО4)3-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення Сульфуру: 2•(+3)+3•х+12•(-2)=0, звідки х=(24-6):3, х=+6.
Розглянемо приклад барій нітрогену Ba(NО3)2. Ступінь окиснення барію завжди +2, а Оксигену -2: Ba+2(NхО3)2-2 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення Нітрогену: 1•(+2)+2•х+6•(-2)=0, звідки х=(12-2):2, х=+5.
Розглянемо приклад ферум гідроксиду Fe(OH)3. Ступінь окиснення гідроксильної групи ОН завжди -1: Feх(OH)3-1 З принципу електронейтральності обчислюємо ступінь окиснення феруму: 1•х+3(-1)=0, звідки х=+3.
2. Складіть формули сполук, до складу яких входять елементи з такими ступенями окиснення:
І та ІІ рівні: а) Ti (+) N (-3); б) Fe(+2) Cl(-); в)Al(+3) O(-2); г) Ca(2) P(-3).
а) Ti3N; б) FeCl2; в) Al2O3; г) Ca3P2.
ІІІ рівень: а) Молібден (+2) і Нітроген (-4); б) Хром (+3) і Оксиген; в) Натрій (+) і Сульфур (-2); г) Силійцій (-4) і Гідроген.
а) Mo2N; б) Cr2O3; в) Na2S; г) H4Si.
ІV рівень: а) Фосфор і Нітроген з найвищим від'ємним ступенем окиснення; б) Хром з найвищим додатним ступенем окиснення і Оксиген; в) Силіцій і Хлор; г) Aлюміній і Сульфур.
а) P4N5; б); CrO3; в) SiCl4; г) Al2S3.
3. Розв’яжіть задачі.
І рівень. Розклали кальцій карбонат масою 5 кг. Обчисліть масу утвореного кальцій оксиду, якщо схема реакції така: СаСО3 —» СаО + СО2.
Дано: m(CaСO3)=5кг=5000г. Знайти: m(CaО)-?
Розв'язання.
І спосіб.
Записуємо рівняння реакції:
5000 г х г
CaСО3 = СаО + СO2↑
100 г 56 г
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль кальцій карбонату з утворенням 1 моль кальцій оксиду.
Обчислюємо молярні маси (M г/моль = Mr) речовин й, відповідно, масу 1 моль:
Mr(CаО)=Ar(Cа)+Ar(О)=40+16=56, M(CаО)=56 г/моль. Маса 1 моль=56г.
Mr(CаСO3)=Ar(Cа)+Ar(С)+3•Ar(О)=40+12+3•16=100,
M(CаСO3)=100 г /моль. Маса 1 моль=100 г.
Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
5000 г / 100 г= х г / 56 г, звідси х=5000г•56г/100г= 2800 г=2,8кг.
Відповідь: m(CаО)=2,8 кг.
ІІ спосіб.
Записуємо рівняння реакції: CaСО3=СаО+СO2↑
Обчислюємо молярні маси (M г/моль = Mr) речовин.
Mr(CаО)=Ar(Cа)+Ar(О)=40+16=56, M(CаО)=56 г/моль.
Mr(CаСO3)=Ar(Cа)+Ar(С)+3•Ar(О)=40+12+3•16=100, M(CаСO3)=100г/моль.
Обчислюємо кількість речовини кальцій карбонату масою 5000г за формулою y=m/M.
y(CаСO3)=5000г : 100 г/моль=50 моль.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль кальцій карбонату з утворенням 1 моль кальцій оксиду, кількість речовин є однаковою, тому y(CаО)=50 моль. Обчислюємо масу кальцій оксиду кількістю речовини 50 моль за формулою m=y•M.
m(CаО)=50 моль•56 г/моль = 2800 г=2,8 кг.
Відповідь: m(CаО)=2,8 кг.
Іі рівень. Обчисліть об’єм газу (н.у.), що виділиться під час реакції, за даними задачі І рівня.
Дано: m(CaСO3)=5кг=5000г. Знайти: V(СO2)-?
Розв'язання.
І спосіб.
Записуємо рівняння реакції:
5000 г х л
CaСО3 = СаО + СO2↑
100 г 22,4 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль кальцій карбонату з виділенням 1 моль карбон (IV) оксиду (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л).
Обчислюємо молярну маси (M г/моль = Mr) речовини й, відповідно, масу 1 моль:
Mr(CаСO3)=Ar(Cа)+Ar(С)+3•Ar(О)=40+12+3•16=100,
M(CаСO3)=100 г /моль. Маса 1 моль=100 г.
Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
5000 г / 100 г= х л / 22,4 л, звідси х=5000г•22,4 л/100г= 1120л.
Відповідь: V(СO2)=1120 л.
ІІ спосіб.
Записуємо рівняння реакції: CaСО3=СаО+СO2↑
Обчислюємо молярні маси (M г/моль = Mr) кальцій карбонату і карбон (IV) оксиду.
Mr(CаСO3)=Ar(Cа)+Ar(С)+3•Ar(О)=40+12+3•16=100, M(CаСO3)=100г/моль.
Mr(CО2)=Ar(C)+2•Ar(О)=12+2•16=44, M(CО2)=44 г/моль.
Обчислюємо кількість речовини кальцій карбонату масою 5000г за формулою y=m/M.
y(CаСO3)=5000г : 100 г/моль=50 моль.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль кальцій карбонату з виділенням 1 моль карбон (IV) оксиду, кількість речовин є однаковою, тому y(CО2)=50 моль. Обчислюємо об'єм карбон (IV) кількістю речовини 50 моль за формулою V=y•Vм, де Vм-постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль.
V(СO2)=50 моль•22,4 л/моль=1120 л.
Відповідь: V(СO2)=1120 л.
III рівень. Дигідрогенсульфід об’ємом 5,6 л повністю згорів у атмосфері кисню. Обчисліть об’єм (н.у.) та кількість речовини утвореного сульфур (ІV) оксиду.
Дано: V(H2S)=5,6 л. Знайти V(SO2)-? y(SO2)-?
Розв'язання.
І спосіб.
Записуємо рівняння реакції:
5,6 л х л
2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2↑
44,8 л 44,8 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 2 моль дигідрогенсульфіду H2S з виділенням 2 моль сульфур (IV) оксиду SO2. Знаємо, що 1 моль газу займає об'єм 22,4 л за н.у., тому 2 моль газу займе об'єм у два рази більший, тобто 44,8 л.
Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
5,6 л / 44,8 л = х л / 44,8 л, звідси х=5,6 л • 44,8 л/ 44,8 л=5,6 л.
Обчислюємо кількість речовини сульфур (IV) оксиду об'ємом 5,6 л за формулою y=V/Vм, де Vм - постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у.
y( SO2)=5,6 л : 22,4 л/моль = 0,25 моль.
Відповідь: V(SO2)=5,6 л; y(SO2)=0,25 моль.
ІІ спосіб.
Записуємо рівняння реакції: 2H2S+3O2=2H2O+2SO2↑
Обчислюємо кількість речовини дигідрогенсульфіду H2S об'ємом 5,6 л за формулою y=V/Vм, де Vм - постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у.
y(H2S)=5,6 л : 22,4 л/моль = 0,25 моль.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 2 моль дигідрогенсульфіду H2S з утворенням 2 моль сульфур (IV) оксиду SO2, тобто кількість речовини є однакова, тому y(SO2)=0,25 моль.
Обчислюємо об'єм сульфур (IV) оксиду кількістю речовини 0,25 моль.
З формули y=V/Vм, де Vм - постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у., знаходимо V=y•Vм.
V(SO2)=0,25 моль • 22,4 л/моль = 5,6 л.
Відповідь: V(SO2)=5,6 л; y(SO2)=0,25 моль.
IVрівень. Двовалентний метал масою 3 г повністю прореагував з розчином хлоридної кислоти. Виділився газ об’ємом 2,8 л (н. у.). Обчисліть, який метал вступив в реакцію. Укажіть тип хімічного зв’язку в речовині, що залишилася в розчині.
Дано: E - двовалентний елемент, m(E)=3 г, V(H2)=2,8 л. Знайти: Е-?
Розв'язання.
І спосіб
Беручи до уваги те, що елемент двовалентний і формула солі матиме вигляд ЕCl2 записуємо рівняння реакції.
3 г 2,8л
Е + 2HCl = ECl2 + H2↑
х г 22,4 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагував 1 моль двовалентного металу Е з виділенням 1 моль водню H2 (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л).
Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
3 г / х г= 2,8 л / 22,4 л, звідси х=3г•22,4 л/2,8л=24 г.
Отримали, що маса 1 моль двовалентного металу рівна 24 г, тобто молярна маса M(E)=24 г/моль.
Оскільки М г/моль=Mr, отримуємо молекулярна маса Mr(E)=24.
Отже, шуканий двовалентний метал магній Mg.
Залишився магній хлорид MgCl2 - йонний тип хімічного зв'язку, бо виникає між атомами елементів, що різко відрізняються електронегативністю, тобто між типовими металічними Mg і неметалічними Cl елементами.
Відповідь: магній Mg, MgCl2 - йонний тип хімічного зв'язку.
ІІ спосіб
Беручи до уваги те, що елемент двовалентний і формула солі матиме вигляд ЕСl2 записуємо рівняння реакції: Е+2HCl=ECl2+H2↑
Обчислюємо кількість речовини водню об'ємом 2,8л за формулою y=V/Vм, де Vм-постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у.
y(Н2)=2,8л:22,4л/моль =0,125 моль
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагував 1 моль двовалентного металу Е з виділенням 1 моль водню H2 , кількість речовини дввалентного металу і водню однакова, тому у(Е)=0,125 моль.
Обчислимо молярну масу двовалентного металу.
З формули y=m/M знаходимо M=m/y.
M=3 г : 0,125 моль=24 г/моль.
Оскільки М г/моль=Mr, отримуємо молекулярна маса Mr(E)=24.
Отже, шуканий двовалентний метал магній Mg.
Залишився магній хлорид MgCl2 - йонний тип хімічного зв'язку, бо виникає між атомами елементів, що різко відрізняються електронегативністю, тобто між типовими металічними Mg і неметалічними Cl елементами.
Відповідь: магній Mg, MgCl2 - йонний тип хімічного зв'язку.