Условие задачи
Определите степень окисления атомов химических элементов в следующих соединениях: СO2, H3PO4, SiH4, Р2O5, Mg2Si
Решение
Нам дана задача по неорганической химии, связаннная с определением степеней окисления (оценкой условных «зарядов» атомов в связи с учетом распределения электронной плотности согласно их электроотрицательностям). Решим задачу подробно для каждого соединения, используя следующие основные правила:
1. Степень окисления атома в соединении – это условный заряд, который получил бы атом при условии, что все связи считать абсолютно ионными, при этом электроны переходят к более электроотрицательному атому.
2. Для простейших соединений правило – сумма степеней окисления всех атомов равна нулю (для нейтрального соединения).
3. Стандартно для кислорода принимают степень окисления –2 (за исключением пероксидов, супероксида и некоторых других особых случаев).
4. Для водорода обычно степень окисления +1, если он связан с неметаллами; если же водород связан с металлами (гидриды металлов), он принимает –1.
5. Применяем эти правила, учитывая относительные электроотрицательности: например, у Si (1,90) меньше, чем у H (2,20), поэтому в SiH₄ водород «завладeвает» электронами.
Ниже подробно разберём каждое соединение:
──────────────────────────────
1. СО₂
Обозначим степень окисления углерода как х, для кислорода известно –2.
Так как соединение нейтральное:
х + 2 · (–2) = 0 ⇒ х – 4 = 0 ⇒ х = +4.
Ответ: для СО₂ атом углерода имеет степень окисления +4, кислород –2.
──────────────────────────────
2. H₃PO₄ (фосфорная кислота)
Примем: H = +1, O = –2, степень окисления фосфора – пусть равна х.
Запишем уравнение для суммы степеней окисления:
3 · (+1) + х + 4 · (–2) = 0.
Вычислим:
3 + х – 8 = 0 ⇒ х – 5 = 0 ⇒ х = +5.
Ответ: для H₃PO₄ водород +1, фосфор +5, кислород –2.
──────────────────────────────
3. SiH₄
При определении степеней окисления для гидридов необходимо учитывать электроотрицательность. Здесь атом Si имеет электроотрицательность 1,90, а водорода – 2,20, поэтому водород получает электроны (окисл. число –1).
Обозначим степень окисления Si как х:
х + 4 · (–1) = 0 ⇒ х – 4 = 0 ⇒ х = +4.
Ответ: для SiH₄ атом кремния имеет степень окисления +4, водород –1.
──────────────────────────────
4. Р₂O₅ (фосфор(V) оксид)
Примем: O = –2, пусть степень окисления фосфора равна х.
Общее уравнение:
2 · х + 5 · (–2) = 0 ⇒ 2х – 10 = 0 ⇒ 2х = 10 ⇒ х = +5.
Ответ: для Р₂O₅ атом фосфора имеет степень окисления +5, кислород –2.
──────────────────────────────
5. Mg₂Si (магний-силицид)
Обычно магний действует как щёлочноземельный металл с типичной степенью окисления +2.
Обозначим степень окисления атома Si как х. Напишем:
2 · (+2) + х = 0 ⇒ 4 + х = 0 ⇒ х = –4.
Ответ: для Mg₂Si атом магния +2, атом кремния –4.
──────────────────────────────
Итоговые ответы по каждому соединению:
• СО₂: C = +4, O = –2.
• H₃PO₄: H = +1, P = +5, O = –2.
• SiH₄: Si = +4, H = –1.
• Р₂O₅: P = +5, O = –2.
• Mg₂Si: Mg = +2, Si = –4.
Таким образом, решение выполнено в рамках правил определения степеней окисления в неорганической химии.