Условие задачи
Определите степень окисления атомов химических элементов в следующих соединениях: HNO3, NO2, H3N, SO2, N2O.
Решение
Ниже приведён подробный расчёт степеней окисления для каждого соединения с использованием правил неорганической химии.
Общие правила для определения степеней окисления:
1. Степень окисления атома в простом веществе равна 0.
2. Для водорода примем степень окисления +1 (за исключением гидридов металлов, что здесь не применяется).
3. Для кислорода примем степень окисления –2 (кроме пероксидов, что здесь не применяется).
4. Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральном соединении равна 0.
Ниже решение для каждого из соединений:
─────────────────────────────
1. HNO₃ (нитратная кислота)
Обозначим степень окисления атома азота через x.
В соединении есть один атом водорода (+1), один атом азота (x) и три атома кислорода (каждый –2).
Составляем уравнение для суммы степеней окисления:
+1 + x + 3×(–2) = 0
+1 + x – 6 = 0
x = +5
Ответ по HNO₃:
Водород: +1
Азот: +5
Кислород: –2
─────────────────────────────
2. NO₂ (диоксид азота)
Обозначим степень окисления азота через x.
В соединении один атом азота (x) и два атома кислорода (каждый –2).
Уравнение:
x + 2×(–2) = 0
x – 4 = 0
x = +4
Ответ по NO₂:
Азот: +4
Кислород: –2
─────────────────────────────
3. H₃N (аммиак)
Это классический случай для аммиака (формула NH₃).
Обозначим степень окисления азота через x.
Три атома водорода по +1 каждый, атом азота — x.
Уравнение:
x + 3×(+1) = 0
x + 3 = 0
x = –3
Ответ по H₃N:
Азот: –3
Водород: +1
─────────────────────────────
4. SO₂ (диоксид серы)
Обозначим степень окисления серы через x.
В соединении один атом серы (x) и два атома кислорода (каждый –2).
Уравнение:
x + 2×(–2) = 0
x – 4 = 0
x = +4
Ответ по SO₂:
Сера: +4
Кислород: –2
─────────────────────────────
5. N₂O (закись азота)
Это соединение содержит два атома азота, которые находятся в разных химических средах, и один атом кислорода (–2). Пусть степень окисления атома азота, непосредственно связанного с кислородом (назовём его центральным), равна y, а степень окисления другого (т.е. терминального) азота равна x. При этом правило для связей между атомами одного элемента говорит, что электроны в этих связях делятся поровну, то есть вклад в изменение степеней окисления от атом–атом не меняет их.
Таким образом, терминальный атом азота, не связанный с кислородом, получает степень окисления x = 0.
Центральный атом азота, связанный с кислородом, отдаёт связывающую пару полностью кислороду (так как кислород значительно более электроотрицательный), что приводит к повышению его степени окисления.
Сумма степеней окисления в молекуле должна равняться 0:
x + y + (–2) = 0
Подставляем x = 0:
0 + y – 2 = 0 ⟹ y = +2
Ответ по N₂O:
Терминальный азот: 0
Центральный азот: +2
Кислород: –2
─────────────────────────────
Итоговый ответ:
• HNO₃:
Водород: +1
Азот: +5
Кислород: –2
• NO₂:
Азот: +4
Кислород: –2
• H₃N (NH₃):
Азот: –3
Водород: +1
• SO₂:
Сера: +4
Кислород: –2
• N₂O:
Терминальный азот: 0
Центральный азот: +2
Кислород: –2
Таково подробное решение по правилам неорганической химии с использованием степеней окисления согласно принятым конвенциям.