ОВР: как расставлять степени окисления

Что такое степень окисления

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный так, будто все связи в нём ионные. Слово «условный» здесь главное. В хлориде натрия связь и правда ионная, поэтому степень окисления совпадает с реальным зарядом иона. А в молекуле HCl связь ковалентная полярная: электронная пара лишь смещена к хлору, полного переноса заряда нет. Но мы договариваемся считать, будто хлор забрал электрон целиком, — и получаем у водорода +1, у хлора −1.

Зачем такая условность? По изменению степеней окисления определяют окислительно-восстановительные реакции — вторую половину всей химии 9 класса. Степень окисления сидит в названиях веществ: оксид железа(III), оксид меди(II). И задания на степени окисления и ОВР есть и в ОГЭ, и в ЕГЭ — без этого навыка на экзамене никуда.

У каких элементов степень окисления постоянная

Сначала жёсткая база, которая покрывает большинство формул:

И два правила-замка, на которых держится весь расчёт:

• сумма степеней окисления всех атомов в нейтральном соединении равна нулю;
• в сложном ионе — равна заряду иона: в SO₄²⁻ сумма равна −2, а не нулю.

Этого достаточно, чтобы найти степень окисления любого элемента: расставляешь известные значения, а неизвестное считаешь из уравнения. Вот как это выглядит для серной кислоты — водород +1, кислород −2, сера за x:

Алгоритм: четыре шага

1. Подпиши степени окисления элементов с постоянными значениями.
2. Неизвестную обозначь за x.
3. Составь уравнение: сумма степеней окисления с учётом индексов равна нулю (а в сложном ионе — заряду иона).
4. Реши и проверь.

KMnO₄. Калий +1, кислород −2. Уравнение: +1 + x + (−2)·4 = 0, отсюда x = +7. У марганца в перманганате калия степень окисления +7 — хотя «в клеточке» таблицы Менделеева такой цифры не видно.

K₂Cr₂O₇. Калий +1, кислород −2: (+1)·2 + 2x + (−2)·7 = 0, значит 2x = +12 и x = +6. Обрати внимание: x умножается на два, ведь атомов хрома в формуле два.

NH₄NO₃. Ловушка: азота два, и степени окисления у них разные. Разбей соль на ионы. В катионе NH₄⁺: x + 4 = +1, азот −3. В анионе NO₃⁻: x + (−2)·3 = −1, азот +5. Одна формула — азот и −3, и +5 одновременно.

Не путай с валентностью

• Валентность — число химических связей атома. Знака у неё нет.
• Степень окисления — условный заряд. У неё есть знак, и она бывает нулевой.

Контрольные примеры: в молекуле N₂ валентность азота III (тройная связь), а степень окисления 0 — молекула из одинаковых атомов, электроны никуда не смещены. В пероксиде водорода H₂O₂ валентность кислорода II, а степень окисления −1. В CH₄ и CO₂ валентность углерода IV в обоих случаях, а степени окисления — −4 и +4.

Тонкость оформления: у степени окисления знак пишут перед числом (+2, −3), у заряда иона — после (2+, 3−). На экзамене за перепутанную запись снимают баллы.

Частые ошибки

• Забыть исключения: в NaH водород −1, в H₂O₂ кислород −1. Эти два случая любят и составители контрольных, и ФИПИ.
• Не учесть индексы: в K₂Cr₂O₇ сумму даёт не «x», а «2x».
• Поставить простому веществу не ноль: в O₂, Fe, Cu степень окисления всегда 0.
• В сложном ионе приравнять сумму к нулю: в SO₄²⁻ она равна −2.