Номер 6, страница 87 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

6. Определите степени окисления атомов в ионах $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{ClO}_3^{-}$, $\text{NH}_4^{+}$, а также солях $\text{Na}_3\text{PO}_4$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{NaClO}_3$, $\text{NH}_4\text{Cl}$. Проанализируйте полученные результаты.

Для определения степеней окисления будем использовать следующие правила:

Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле (соли) равна нулю.

Сумма степеней окисления всех атомов в ионе равна заряду этого иона.

Степень окисления кислорода (O) в соединениях, как правило, равна -2.

Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами равна +1.

Степень окисления щелочных металлов (в данном случае натрия, Na) в соединениях всегда равна +1.

Степень окисления хлора (Cl) в хлоридах (как в NH₄Cl) равна -1.

Решение

1. Определение степеней окисления в ионе PO₄³⁻ и соли Na₃PO₄

Для фосфат-иона $PO_4^{3-}$: Пусть степень окисления фосфора (P) равна $x$. Степень окисления кислорода (O) равна -2. Сумма степеней окисления равна заряду иона (-3). Составляем уравнение: $x + 4 \cdot (-2) = -3$. $x - 8 = -3$ $x = +5$ Таким образом, в ионе $PO_4^{3-}$ степень окисления фосфора $P^{+5}$, а кислорода $O^{-2}$.

Для соли фосфата натрия $Na_3PO_4$: Степень окисления натрия (Na) равна +1, кислорода (O) равна -2. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $y$. Молекула электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления равна 0. Составляем уравнение: $3 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$. $3 + y - 8 = 0$ $y - 5 = 0$ $y = +5$ Таким образом, в соли $Na_3PO_4$ степени окисления: $Na^{+1}$, $P^{+5}$, $O^{-2}$.

Ответ: В ионе $PO_4^{3-}$ степени окисления: $P^{+5}, O^{-2}$. В соли $Na_3PO_4$ степени окисления: $Na^{+1}, P^{+5}, O^{-2}$.

2. Определение степеней окисления в ионе SO₄²⁻ и соли Na₂SO₄

Для сульфат-иона $SO_4^{2-}$: Пусть степень окисления серы (S) равна $x$. Степень окисления кислорода (O) равна -2. Сумма степеней окисления равна заряду иона (-2). Составляем уравнение: $x + 4 \cdot (-2) = -2$. $x - 8 = -2$ $x = +6$ Таким образом, в ионе $SO_4^{2-}$ степень окисления серы $S^{+6}$, а кислорода $O^{-2}$.

Для соли сульфата натрия $Na_2SO_4$: Степень окисления натрия (Na) равна +1, кислорода (O) равна -2. Пусть степень окисления серы (S) равна $y$. Молекула электронейтральна. Составляем уравнение: $2 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$. $2 + y - 8 = 0$ $y - 6 = 0$ $y = +6$ Таким образом, в соли $Na_2SO_4$ степени окисления: $Na^{+1}$, $S^{+6}$, $O^{-2}$.

Ответ: В ионе $SO_4^{2-}$ степени окисления: $S^{+6}, O^{-2}$. В соли $Na_2SO_4$ степени окисления: $Na^{+1}, S^{+6}, O^{-2}$.

3. Определение степеней окисления в ионе ClO₃⁻ и соли NaClO₃

Для хлорат-иона $ClO_3^{-}$: Пусть степень окисления хлора (Cl) равна $x$. Степень окисления кислорода (O) равна -2. Сумма степеней окисления равна заряду иона (-1). Составляем уравнение: $x + 3 \cdot (-2) = -1$. $x - 6 = -1$ $x = +5$ Таким образом, в ионе $ClO_3^{-}$ степень окисления хлора $Cl^{+5}$, а кислорода $O^{-2}$.

Для соли хлората натрия $NaClO_3$: Степень окисления натрия (Na) равна +1, кислорода (O) равна -2. Пусть степень окисления хлора (Cl) равна $y$. Молекула электронейтральна. Составляем уравнение: $1 \cdot (+1) + y + 3 \cdot (-2) = 0$. $1 + y - 6 = 0$ $y - 5 = 0$ $y = +5$ Таким образом, в соли $NaClO_3$ степени окисления: $Na^{+1}$, $Cl^{+5}$, $O^{-2}$.

Ответ: В ионе $ClO_3^{-}$ степени окисления: $Cl^{+5}, O^{-2}$. В соли $NaClO_3$ степени окисления: $Na^{+1}, Cl^{+5}, O^{-2}$.

4. Определение степеней окисления в ионе NH₄⁺ и соли NH₄Cl

Для иона аммония $NH_4^{+}$: Пусть степень окисления азота (N) равна $x$. Степень окисления водорода (H) равна +1. Сумма степеней окисления равна заряду иона (+1). Составляем уравнение: $x + 4 \cdot (+1) = +1$. $x + 4 = 1$ $x = -3$ Таким образом, в ионе $NH_4^{+}$ степень окисления азота $N^{-3}$, а водорода $H^{+1}$.

Для соли хлорида аммония $NH_4Cl$: Данная соль состоит из катиона аммония $NH_4^{+}$ и аниона хлора $Cl^{-}$. Как мы уже определили, в ионе аммония степени окисления $N^{-3}$ и $H^{+1}$. Степень окисления хлорид-иона (Cl) равна -1. Проверим электронейтральность молекулы: $(-3) + 4 \cdot (+1) + (-1) = -3 + 4 - 1 = 0$. Таким образом, в соли $NH_4Cl$ степени окисления: $N^{-3}$, $H^{+1}$, $Cl^{-1}$.

Ответ: В ионе $NH_4^{+}$ степени окисления: $N^{-3}, H^{+1}$. В соли $NH_4Cl$ степени окисления: $N^{-3}, H^{+1}, Cl^{-1}$.

Анализ полученных результатов

При сравнении степеней окисления центральных атомов (P, S, Cl, N) в кислотных остатках (ионе аммония) и в соответствующих им солях, можно сделать следующий вывод: степени окисления этих атомов в ионе и в соли одинаковы.

В $PO_4^{3-}$ и $Na_3PO_4$ степень окисления фосфора равна +5.

В $SO_4^{2-}$ и $Na_2SO_4$ степень окисления серы равна +6.

В $ClO_3^{-}$ и $NaClO_3$ степень окисления хлора равна +5.

В $NH_4^{+}$ и $NH_4Cl$ степень окисления азота равна -3.

Это объясняется тем, что соли образуются в результате ионной связи между катионом (например, $Na^+$) и анионом (например, $PO_4^{3-}$) или между катионом (например, $NH_4^{+}$) и анионом (например, $Cl^{-}$). Присоединение противоиона для образования нейтральной соли не изменяет ковалентных связей и распределения электронной плотности внутри сложного иона, а следовательно, не меняет и степеней окисления атомов внутри него.