Степень окисления: как определить по формуле и решить задание №3 ЕГЭ

Как определить степень окисления?

Этот показатель необходим для электронного баланса в ЕГЭ, ОГЭ, а также в контрольной по химии в школе. Электронный баланс для окислительно-восстановительных реакций (ОВР) — обязательный пункт в заданиях ЕГЭ для расстановки коэффициентов. Для его составления необходимо знать правила расстановки зарядов атомов. Что это такое?

Это важная тема для ЕГЭ по химии. Правила расстановки и ОВР подробно разбираются в курсе по неорганике.

Что такое степень окисления простыми словами

// quote № 01

“

Степень окисления - это условный заряд атома, который атом «получил бы» при полном ионном характере связей. Чаще всего она совпадает с валентностью (без знака), но не всегда.

Основы темы — знаки атомов и валентность — закладываются в курсе по общей химии.

Например, в азотной кислоте HNO₃ это значение для азота равно +5, а валентность — IV (поэтому в определении говорят именно об условном характере).

Для определения положительного/отрицательного знака и цифр используют правило:

• если атом отдаёт электроны, его знак становится положительным;
• если атом принимает электроны, его знак становится отрицательным.

Например, Cu(0) отдаёт 2 электрона и получает значение +2. Кратко: Cu⁰ − 2e → Cu⁺²

Фосфор P(0) принимает 3 электрона и получает значение −3. Кратко: P⁰ + 3e → P⁻³

Видеоурок по теме

Подробный видеоразбор с правилами и алгоритмами расчёта для успешной сдачи ЕГЭ по химии. Практические примеры и типичные ошибки.

[ video ] / source

YouTube VK Video Rutube

Электроотрицательность

Знак атома (+/-) помогает определить электроотрицательность. Электроотрицательность — это способность атома притягивать электроны. Чем она выше, тем легче атому принять электрон и получить отрицательное значение. Чем ниже — тем легче отдать электрон и получить положительное.

Например, в соединении SO₂ у кислорода (χ = 3,5) знак отрицательный, у серы (χ = 2,5) — положительный. На знак атома влияет разница электроотрицательностей — та же логика определяет полярность ковалентной связи в задании №4.

Кстати, именно фтор, кислород и азот — лидеры по электроотрицательности из таблицы — образуют водородные связи с водородом. Это тема задания №4. Там же часто приходится определять тип кристаллической решетки по связи, строению и свойствам вещества.

Правила определения степени окисления

Постоянная степень окисления бывает у следующих элементов:

Именно эта закономерность лежит в основе двух типов связи с участием металлов: металлической — в простых веществах, где электроны становятся общими для всего кристалла, — и ионной — в соединениях с неметаллами, где электрон передаётся полностью.

Переменную степень окисления имеют следующие элементы:

Наиболее популярные степени окисления элементов на ЕГЭ

Эта таблица полезна для ЕГЭ и особенно для задания №3: здесь собраны степени окисления, которые чаще всего встречаются в школьных формулах, ионах и ОВР.

Как пользоваться этой таблицей:

• если в формуле есть элемент из списка, сначала проверяйте именно эти значения;
• для неметаллов удобно помнить пару «низшая и высшая» степень окисления;
• для металлов чаще всего достаточно быстро отсечь отрицательные значения и выбрать между 0 в простом веществе и положительными значениями в соединениях.

Максимальная и минимальная степени окисления

Минимальная степень окисления:

• У неметаллов равна (№ группы − 8)
• У металлов равна 0 (так как металлы обычно заряжены положительно)

Исключения среди неметаллов:

• Бор (B), минимальное значение −3
• Водород (H) - −1

Алгоритм определения степени окисления. Примеры

Зная постоянные и переменные значения, можно находить неизвестные из условия этой суммы.

Примеры для нейтральных молекул

HNO₃ (азотная кислота)
Определим известные значения: H — +1 (с неметаллом), O — −2 (не пероксид и не OF₂). Осталось найти азот x.

Составим уравнение:
+1 + x + (−2)·3 = 0 → 1 + x − 6 = 0 → x = +5

K₂SO₄
K: +1, O: −2, S: x
(+1)·2 + x + (−2)·4 = 0 → 2 + x − 8 = 0 → x = +6

Ba₃(PO₄)₂
Ba: +2, P: x, O: −2
(+2)·3 + x·2 + (−2)·4·2 = 0 → x = +5

Na₂O₂ (пероксид)
Na: +1, O: x
(+1)·2 + 2x = 0 → x = −1

KMnO₄
K: +1, O: −2, Mn: x
+1 + x + (−2)·4 = 0 → x = +7

Примеры для ионов

ClO₄⁻
Cl: x, O: −2
x + (−2)·4 = −1 → x = +7

SO₄²⁻
S: x, O: −2
x + (−2)·4 = −2 → x = +6

Cr₂O₇²⁻
Cr: x, O: −2
2x + (−2)·7 = −2 → x = +6

Эта тема нужна не только для ОВР: по степеням окисления проще разбирать соли, их ионы и последующий гидролиз солей, особенно в примерах с Al³⁺, Fe³⁺, карбонатами и фосфатами. А для реакций двух солей, где одновременно появляются осадок и газ, полезно отдельно разобрать совместный гидролиз.

Разбор заданий ЕГЭ, задание №3

В ЕГЭ по химии задание №3 часто проверяет именно понимание степеней окисления: где элемент может иметь только постоянное значение, где есть исключения, а где нужно сравнить высшую и низшую степени окисления. Ниже — подробные разборы типовых формулировок.

Задание 1. Разность между высшей и низшей степенями окисления равна 2

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, у каждого из которых разность между значениями его высшей и низшей степеней окисления равна 2.

1. V
2. O
3. H
4. F
5. Mg

Решение

Смотрим на каждый элемент отдельно.

• V: высшая степень окисления +5, низшая −3. Разность равна 8. Не подходит.
• O: низшая степень окисления −2, высшая +2 (в соединении OF₂). Разность равна 4. Не подходит.
• H: низшая степень окисления −1 (в гидридах металлов), высшая +1 (в соединениях с неметаллами). Разность равна 2. Подходит.
• F: фтор в соединениях имеет степень окисления −1, а в простом веществе F₂ — 0. Разность равна 1. Не подходит.
• Mg: магний в соединениях обычно имеет +2, а в простом веществе Mg — 0. Разность равна 2. Подходит.

Ответ: 3, 5.

Задание 2. Одинаковая степень окисления в анионах состава RO_x²⁻

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в кислородсодержащих анионах состава RO_x²⁻ могут проявлять одинаковую степень окисления.

1. K
2. Be
3. Si
4. Ca
5. Zn

Решение

В таких заданиях нужно не угадывать, а вспоминать реальные кислородсодержащие анионы.

• Be образует анион BeO₂²⁻. Тогда степень окисления бериллия: x + 2·(−2) = −2, значит x = +2.
• Zn образует анион ZnO₂²⁻. Тогда x + 2·(−2) = −2, значит x = +2.
• Si обычно рассматривают в силикатах, например SiO₃²⁻, где у кремния уже +4.
• K и Ca в школьной химии как центральные атомы кислородсодержащих анионов такого типа не рассматриваются.

Значит, одинаковую степень окисления в подходящих анионах имеют бериллий и цинк: у обоих это +2.

Ответ: 2, 5.

Задание 3. Элемент может иметь и −1, и +1

Из числа указанных в ряду химических элементов выберите два, которые в соединениях могут проявлять степень окисления как −1, так и +1.

1. Mg
2. O
3. Cl
4. K
5. Cu

Решение

• Mg в соединениях имеет +2. Значения −1 и +1 для него нехарактерны.
• O может иметь −1 в пероксидах и +1 в соединении O₂F₂. Подходит.
• Cl может иметь −1 в хлоридах и +1 в HClO или солях хлорноватистой кислоты. Подходит.
• K имеет постоянную степень окисления +1, но −1 не проявляет.
• Cu может иметь +1 и +2, но −1 для него нехарактерна.

Ответ: 2, 3.

Задание 4. Элементы не проявляют положительную степень окисления

Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые не проявляют положительной степени окисления.

1. H
2. O
3. Zn
4. F
5. He

Решение

• H проявляет положительную степень окисления +1 в большинстве соединений с неметаллами. Не подходит.
• O может иметь положительную степень окисления, например в OF₂. Не подходит.
• Zn проявляет положительную степень окисления +2. Не подходит.
• F как самый электроотрицательный элемент положительных степеней окисления не проявляет. Подходит.
• He как инертный газ в школьной химии рассматривают как элемент, не проявляющий положительных степеней окисления. Подходит.

Ответ: 4, 5.

Задание 5. Высшая степень окисления не совпадает с номером группы

Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, высшая степень окисления которых не совпадает с номером группы.

1. N
2. O
3. Cu
4. Br
5. S

Решение

Для таких заданий удобно сразу вспоминать исключения из правила максимальной степени окисления. Они как раз разобраны выше в блоке «Максимальная и минимальная степени окисления».

• N: высшая степень окисления +5, что соответствует номеру группы. Не подходит.
• O: для кислорода высшая степень окисления не +6, а +2. Это исключение. Подходит.
• Cu: для меди максимальная степень окисления +2, а не значение по номеру группы. Это тоже исключение. Подходит.
• Br: высшая степень окисления +7, совпадает с номером группы. Не подходит.
• S: высшая степень окисления +6, совпадает с номером группы. Не подходит.

Ответ: 2, 3.

Типичные ошибки

Часто задаваемые вопросы

Q: Как определить степень окисления? [ + ]

A:

Краткий алгоритм: определите элементы с известным значением и запишите его → обозначьте неизвестное за переменную x → составьте линейное уравнение и приравняйте к 0 (или к заряду иона) → найдите x.

Q: Чем валентность отличается от степени окисления? [ + ]

A:

Валентность - число связей от атома в молекуле (римские цифры: VI, V, III). Степень окисления - условный заряд атома при образовании связей (арабские цифры со знаком: +3, −2, −7).

Q: Где на ЕГЭ нужна степень окисления? [ + ]

A:

Встречается в заданиях №3 (постоянные/переменные значения), №19 (ОВ-свойства атомов/ионов), №29 (ОВР: электронный баланс, окислитель/восстановитель). Без знания этой темы решить эти задания невозможно. Для правильного названия веществ важно знать не только этот показатель, но и номенклатуру. Подробнее читайте в статье Как называть вещества в химии.

Q: Что такое электроотрицательность? [ + ]

A:

Электроотрицательность — это способность атома притягивать электроны. Чем она выше, тем легче атому получить отрицательное значение. Самая высокая — у фтора (4,0), самая низкая — у калия (0,8).

Q: Как запомнить исключения для максимальной степени? [ + ]

A:

Запомните слово КОФЕ (CuOFFe): Cu (+2), O (+2), F (0), Fe (+6). Эти элементы не следуют правилу «максимальная степень = номер группы».

Тест по теме: степень окисления