Степень окисления. Бинарные соединения

Задачи:

- сформировать понятие «степень окисления», «бинарные соединения»;

- научить определять степени окисления, называть бинарные соединения, составлять формулы бинарных соединений по степени окисления;

- совершенствовать умения высказываться, обсуждать суждения;

- воспитывать у учащихся внимательность и сосредоточенность.

Мотивация и целеполагание:

- Какие элементы отдают, а какие элементы принимают электроны? Чем отличаются металлы от неметаллов? В чем сущность ионной и ковалентной связи?

Изучение нового материала:

С бинарными соединениями вы уже знакомились. Их еще называют двухэлементными соединениями, потому что би от лат. — два. Т. е. бинарные соединения — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов.

Например, при изучении ионной и ковалентной связи, мы встречали такие соединения. Помните, при образовании молекулы NaCl, Na отдает свой электрон атому Cl, при этом они оба превращаются в ионы Na⁺ и Cl^-.

При образовании молекулы HCl, общая пара электронов смещена к атому Cl, т.к. он более электроотрицательный и на атомах появляются частичные заряды: на атоме H^+δ , на атоме Cl^-δ. Если предположить, что электрон от Н полностью перешел к атому Cl, то их заряды будет не частичные, а +1 и -1: H⁺¹ и Cl^-1. Эти условные заряды и называют степенью окисления.

Значения степеней окисления ставят над символом элемента арабской цифрой, впереди которой ставят «+» или «-». Например, MgCl₂, степень окисления Mg (+2), Cl (-1). Следует различать степени окисления и заряды ионов. Например, в молекуле NaCl, степень окисления Na (+1), а Cl (-1). В зарядах этих ионов цифры опускают и записывают ионы Na⁺, Cl^-.

Запомните, что степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, если предположить, что оно состоит только из ионов.

Степень окисления может быть положительной, отрицательной и нулевой. Положительную степень окисления имеют как металлы, так и неметаллы, кроме фтора, гелия и неона. Максимальная степень окисления равна номеру группы. Т. е. у N высшая степень окисления равна +5, т.к. он находится в V группе. Отрицательную степень окисления имеют только неметаллы, т.к. они присоединяют электроны до завершения внешнего уровня. Минимальная степень окисления равна №группы — 8. Т.о. у N минимальная степень окисления будет 5 — 8 = -3. Кроме максимальной и минимальной степени окисления есть еще промежуточная степень окисления. Например, у N она равна +3.

Нужно знать, что степень окисления простых веществ равна 0, т. е. у N₂, H₂, S₈, Cu, O₃ и др. простых веществ она — 0.

Степень окисления F всегда -1, потому что он самый электроотрицательный элемент и принимает электроны при образовании химической связи. Например, в соединении NaF, у F степень окисления (-1).

У кислорода степень, окисления -2, потому что он второй элемент по электроотрицательности, иск. cоставляет соединение кислорода с фтором, где его степень окисления +2. Например, в соединении CaO, степень окисления О (-2), а в соединении OF₂, степень окисления О (+2).

У металлов степень окисления всегда положительная, т.к. они отдают электроны другим атомам. Степень окисления металлов, А групп численно совпадает с валентностью. Например, в соединении Na₂O степень окисления Na (+1), т.к. он является металлом, значит, у него только положительная степень окисления, а 1, потому что он является металлом I A группы, значит, и валентность его — единица. Аналогично и в соединении BaS, степень окисления Ва (+2), т.к. он металл II A группы, в соединении Al₂O₃, степень окисления Al (+3), т.к. это металл III, А группы.

Степень окисления Н всегда (+1), за исключением его соединений с металлами, где у него степень окисления (-1). Например, CaH₂, KH, LiH, в этих соединениях у водорода степень окисления (-1).

Как было сказано, валентность численно совпадает со степенью окисления. Однако не всегда. Степень окисления имеет знак заряда, а валентность — нет.

Давайте вспомним, что валентность — это число связей, которыми атом связан с другими атомами, а степень окисления — это условный заряд атомов.

Давайте сравним валентность и степень окисления у азота (N₂). Степень окисления равна 0, т.к. это простое вещество, а вот валентность равна III, потому что атом азота связан с другим атомом азота тройной связью.

Или в пероксиде (Н₂О₂) степень окисления О (-1), а валентность равна II, т.к. О связан двумя связями с атомами водорода: Н — О — О — Н.

А в ацетилене (С₂Н₂) степень окисления С (-1), а валентность IV: Н — С == С — Н.

Учитывая, что суммарная степень окисления равна 0, можно найти степени окисления элементов в соединении, а также составить формулу соединения, зная степени окисления.

Определим степени окисления элементов в соединении Fe₂O₃. Степень окисления О нам известна (-2). Следовательно, три атома О будут иметь общий заряд (-6), т.к. (-2) · 3 = -6. Тогда общий заряд двух атомов железа будет равен (+6), помните, что суммарный заряд равен 0. Значит, степень окисления одного атома Fe будет (+3), т.к. (+6) ׃ 2 = +3.

Составим формулу соединения Al с C. Для этого запишем символы элементов Al, C. Углерод на втором месте, потому что он более электроотрицательный. Al — элемент III A группы. Он является металлом, поэтому он отдаст свои 3 электрона и получит степень окисления (+3), а С — элемент IV A, он примет еще 4 электрона для завершения своего внешнего уровня, на котором уже есть 4 электрона, при этом получит степень окисления (-4). Запишем значения степеней окисления в формулу сверху. Теперь найдем наименьшее общее кратное. Оно будет 12. Затем НОК разделим на абсолютные значения степеней окисления и получим соответствующие индексы. 12: 3 = 4, значит индекс у Al — 4, 12: 4 = 3, значит индекс у С — 3. Следовательно, формула будет Al₄C₃.

Чтобы дать название бинарному соединению нужно сделать следующим образом: сначала называют более электроотрицательный элемент — это неметалл. Его латинское название стоит в именительном падеже и употребляется с суффиксом — ид. Например: оксид, хлорид, сульфид, нитрид. Второе слово обозначает элемент менее электроотрицательный, его название стоит в родительном падеже.

Например, назовем следующие соединения: Na₂S, K₂O, BaCl₂, Mg₃N₂.

Na₂S — сульфид натрия, K₂O — оксид калия, BaCl₂ — хлорид бария, Mg₃N₂ — нитрид магния. Если элемент имеет переменную степень окисления, то после названия в скобках римскими цифрами указывают степень окисления. Например, назовем следующие соединения: MnO₂, CO₂, P₂O₅.

MnO₂ — оксид марганца (IV), CO₂ — оксид углерода (IV), P₂O₅ — оксид фосфора (V).

В некоторых случаях, число атомов элементов обозначают при помощи названий числительных на греческом языке. Т. е. 1 — моно, 2 — ди, 3 — три, 4 — тетра, 5 — пента и т. д. Например, СО — монооксид углерода, или оксид углерода (II); СО₂ — диоксид углерода, или оксид углерода (IV).

Для того чтобы химики всего мира понимали друг друга, необходимо было создать единую терминологию и номенклатуру, т. е. названия веществ. Впервые в 1785 г. такими учеными, как А. Лавуазье, А Фуркруа, Л. Гитоном де Мерво и К. Бертолле, были разработаны принципы номенклатуры. В настоящее время принципы номенклатуры и терминологии разрабатывает Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).

Обобщение и систематизация знаний:

1. Фронтальный опрос по теме.

2. § 12, упр. 1, 2.

Закрепление и контроль знаний:

1. § 12, упр. 5

2. Определите степени окисления у следующих соединения:

а) CH₄; б) Ba₃N₂; в) CCl₂; г) PCl₃; д) F₂O.

Ответы: а) -4 и +1; б) +2 и -3; в) +2 и -1; г) +3 и -1; д) -1 и +2.

3. Назовите следующие бинарные соединения:

а) КH; б) Al₂O₃; в) NaCl; г) CuO; д) CaH₂.

Ответы: а) гидрид калия; б) оксид алюминия; в) хлорид натрия; г) оксид меди (II); д) гидрид кальция.

4. Составьте бинарные соединения фосфора с кислородом.

Ответ: у фосфора может быть с кислородом степень окисления +5 и +3, следовательно, соединения будут Р₂О₅ и Р₂О₃.

Рефлексия и подведение итогов:

На доске числовая ось, оцените свои знания по новой теме по этой шкале.

Домашнее задание:

I уровень: § 12, упр. 4, 6;

II уровень: тоже + упр. 7.