Номер 1015, страница 161 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1015. Определите степени окисления атомов химических элементов в следующих частицах: $N_2$, $P_4$, $NO$, $P_2O_5$, $NH_4^+$, $NO_2^-$, $NH_4NO_3$, $H_3PO_4$, $KH_2PO_4$, $(NH_2)_2CO$, $Ca_3(PO_4)_2$, $HPO_3$.

Дано:

Частицы: $N_2, P_4, NO, P_2O_5, NH_4^+, NO_2^-, NH_4NO_3, H_3PO_4, KH_2PO_4, (NH_2)_2CO, Ca_3(PO_4)_2, HPO_3$.

Найти:

Степени окисления атомов химических элементов в каждой частице.

Решение:

Для определения степеней окисления будем использовать общие правила:

- Степень окисления атомов в простых веществах равна 0.

- Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна 0.

- Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в ионе равна заряду иона.

- Степень окисления водорода в большинстве соединений равна +1.

- Степень окисления кислорода в большинстве соединений равна -2.

- Степень окисления щелочных металлов (Li, Na, K и др.) в соединениях всегда равна +1.

- Степень окисления щелочноземельных металлов (Mg, Ca и др.) в соединениях всегда равна +2.

N₂: Молекула азота является простым веществом, поэтому степень окисления атомов азота в ней равна 0.

Ответ: Степень окисления N равна 0 ($N_2^0$).

P₄: Молекула белого фосфора является простым веществом, поэтому степень окисления атомов фосфора в ней равна 0.

Ответ: Степень окисления P равна 0 ($P_4^0$).

NO: Это нейтральная молекула, сумма степеней окисления равна 0. Степень окисления кислорода равна -2. Пусть степень окисления азота равна $x$. Тогда $x + (-2) = 0$, откуда $x = +2$.

Ответ: $N^{+2}O^{-2}$.

P₂O₅: Это нейтральная молекула, сумма степеней окисления равна 0. Степень окисления кислорода равна -2. Пусть степень окисления фосфора равна $x$. Тогда $2x + 5(-2) = 0$, откуда $2x = 10$ и $x = +5$.

Ответ: $P_2^{+5}O_5^{-2}$.

NH₄⁺: Это ион аммония с зарядом +1. Сумма степеней окисления равна +1. Степень окисления водорода равна +1. Пусть степень окисления азота равна $x$. Тогда $x + 4(+1) = +1$, откуда $x = 1 - 4 = -3$.

Ответ: В ионе $NH_4^+$ степени окисления: $N^{-3}, H^{+1}$.

NO₂⁻: Это нитрит-ион с зарядом -1. Сумма степеней окисления равна -1. Степень окисления кислорода равна -2. Пусть степень окисления азота равна $x$. Тогда $x + 2(-2) = -1$, откуда $x = -1 + 4 = +3$.

Ответ: В ионе $NO_2^-$ степени окисления: $N^{+3}, O^{-2}$.

NH₄NO₃: Нитрат аммония - это ионное соединение, состоящее из катиона аммония $NH_4^+$ и нитрат-аниона $NO_3^-$. Степени окисления определяются для каждого иона отдельно.

1. В катионе $NH_4^+$ (см. выше): степень окисления $N$ равна -3, $H$ равна +1.

2. В анионе $NO_3^-$ (заряд -1): степень окисления кислорода -2. Пусть степень окисления азота равна $x$. Тогда $x + 3(-2) = -1$, откуда $x = -1 + 6 = +5$.

Ответ: В $NH_4NO_3$ два атома азота имеют разные степени окисления: в $NH_4^+$ азот имеет степень окисления -3, а в $NO_3^-$ азот имеет степень окисления +5. Полная запись: $N^{-3}H_4^{+1}N^{+5}O_3^{-2}$.

H₃PO₄: Ортофосфорная кислота - нейтральная молекула. Степень окисления $H$ равна +1, $O$ равна -2. Пусть степень окисления $P$ равна $x$. Тогда $3(+1) + x + 4(-2) = 0$, откуда $3 + x - 8 = 0$, $x - 5 = 0$, $x = +5$.

Ответ: $H_3^{+1}P^{+5}O_4^{-2}$.

KH₂PO₄: Дигидрофосфат калия - ионное соединение, состоящее из катиона $K^+$ и аниона $H_2PO_4^-$. Степень окисления калия (щелочной металл) равна +1. В анионе $H_2PO_4^-$ сумма степеней окисления равна -1. Степень окисления $H$ равна +1, $O$ равна -2. Пусть степень окисления $P$ равна $x$. Тогда $2(+1) + x + 4(-2) = -1$, откуда $2 + x - 8 = -1$, $x - 6 = -1$, $x = +5$.

Ответ: $K^{+1}H_2^{+1}P^{+5}O_4^{-2}$.

(NH₂)₂CO: Мочевина (карбамид) - нейтральная молекула. Степень окисления $H$ равна +1, $O$ равна -2. Определим степени окисления для $N$ и $C$, исходя из их электроотрицательности (O > N > C > H). В связях C-N и C=O углерод менее электроотрицателен, поэтому его степень окисления будет положительной. В связях N-H и N-C азот более электроотрицателен. Пусть степень окисления углерода $y$, азота $x$.

Атом углерода отдает 2 электрона кислороду и по 1 электрону каждому из двух атомов азота, итого $y = +4$.

Каждый атом азота принимает 1 электрон от углерода и по 1 электрону от каждого из двух атомов водорода, итого $x = -3$.

Проверка: $2x + 4(+1) + y + (-2) = 2(-3) + 4 + 4 - 2 = -6 + 8 = 0$. Сумма равна нулю.

Ответ: $(N^{-3}H_2^{+1})_2C^{+4}O^{-2}$.

Ca₃(PO₄)₂: Фосфат кальция - ионное соединение. Кальций - щелочноземельный металл, его степень окисления +2. Соединение состоит из катионов $Ca^{2+}$ и фосфат-анионов $PO_4^{3-}$. В анионе $PO_4^{3-}$ сумма степеней окисления равна -3. Степень окисления $O$ равна -2. Пусть степень окисления $P$ равна $x$. Тогда $x + 4(-2) = -3$, откуда $x - 8 = -3$, $x = +5$.

Ответ: $Ca_3^{+2}(P^{+5}O_4^{-2})_2$.

HPO₃: Метафосфорная кислота - нейтральная молекула. Степень окисления $H$ равна +1, $O$ равна -2. Пусть степень окисления $P$ равна $x$. Тогда $1(+1) + x + 3(-2) = 0$, откуда $1 + x - 6 = 0$, $x - 5 = 0$, $x = +5$.

Ответ: $H^{+1}P^{+5}O_3^{-2}$.