Степень окисления и валентность
Одно из самых «механических» заданий первой части: если знать десяток правил и не попасться на пероксид, балл берётся за полминуты. Разберём алгоритм, исключения и главную ловушку — разницу между валентностью и степенью окисления.
1Что такое степень окисления
Степень окисления — это условный заряд атома в веществе, посчитанный в предположении, что все связи ионные: каждая общая электронная пара целиком отдана более электроотрицательному атому. Реального такого заряда чаще всего нет — это удобная бухгалтерия, которая позволяет быстро находить окислитель и восстановитель.
- Знак пишется ПЕРЕД цифрой: +6, а не 6+. Запись «6+» — это заряд иона, другое понятие.
- Степень окисления может быть положительной, отрицательной, нулевой и даже дробной (Fe₃O₄).
- Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.
- В ионе сумма равна заряду иона — это единственное отличие расчёта.
- У простого вещества степень окисления всегда 0: O₂, N₂, Fe, S₈, O₃.
- Связь между одинаковыми атомами (O−O, C−C) на степень окисления не влияет.
2Правила: что можно расставить не думая
В задании 3 почти никогда не спрашивают элемент с постоянной степенью окисления — их расставляют как известные величины, чтобы найти неизвестную. Выучите эту таблицу, и половина работы будет делаться автоматически.
| Элементы | Степень окисления | Комментарий |
|---|---|---|
| Li, Na, K, Rb, Cs | +1 | Щелочные металлы (IA) — всегда, без исключений |
| Be, Mg, Ca, Sr, Ba | +2 | Металлы IIA группы |
| Al | +3 | Алюминий в соединениях |
| F | −1 | Самый электроотрицательный элемент, положительным не бывает |
| H | +1 | …но −1 в гидридах металлов: NaH, CaH₂, LiAlH₄ |
| O | −2 | …но −1 в пероксидах (H₂O₂, Na₂O₂) и +2 во фторидах (OF₂) |
| Простое вещество | 0 | H₂, O₃, P₄, Cl₂, Fe, графит |
3Считаем степень окисления по шагам
Ниже — тот самый алгоритм в действии. Выберите частицу и разберите её по трём шагам: сначала расставляются известные степени окисления, затем составляется уравнение суммы, затем решается. Начните с привычных H₂SO₄ и KMnO₄, а потом обязательно загляните в H₂O₂, OF₂, NaH и CaC₂ — это и есть «подвохи» экзамена.
Выберите формулу и жмите «Следующий шаг» — решение раскрывается по частям
Выберите частицу
Водород в соединении с неметаллами +1, кислород −2 (обычный оксид-случай).
Сумма степеней окисления всех атомов равна нулю (частица нейтральна). Обозначим искомую степень окисления элемента S за x:
S: +6 — высшая степень окисления серы (VI группа).
В каком из веществ степень окисления кислорода отличается от −2?
Na₂O₂ — пероксид натрия: атомы кислорода связаны между собой (Na−O−O−Na), поэтому каждый имеет степень окисления −1. Проверка: 2·(+1) + 2x = 0 → x = −1. В SO₃, Al₂O₃ и HClO₄ кислород обычный, −2.
4Высшая и низшая степень окисления
Диапазон возможных степеней окисления элемента задаётся его положением в таблице Менделеева. Это даёт мгновенную проверку ответа: если получилось значение вне диапазона — где-то арифметическая ошибка.
| Группа | Высшая | Низшая | Пример высшей | Пример низшей |
|---|---|---|---|---|
| IVA (C, Si) | +4 | −4 | CO₂ | CH₄ |
| VA (N, P) | +5 | −3 | HNO₃, H₃PO₄ | NH₃, PH₃ |
| VIA (S, Se) | +6 | −2 | H₂SO₄ | H₂S |
| VIIA (Cl, Br, I) | +7 | −1 | HClO₄ | HCl |
- Металлы отрицательных степеней окисления в обычных соединениях не проявляют.
- Фтор — только −1 и 0: высшей +7 у него не бывает.
- Кислород высшую +6 не проявляет: максимум +2 в OF₂.
- Азот не даёт +5 «по связям»: степень окисления +5 есть, а валентность максимум IV.
- Промежуточная степень окисления (S⁺⁴, N⁺³, Cl⁺⁵) — признак вещества, способного быть и окислителем, и восстановителем.
- У элемента в высшей с. о. свойства только окислителя, в низшей — только восстановителя.
5Тренажёр: расставьте степень окисления
Теперь без подсказок. Смотрите на формулу, считайте в уме и кликайте по шкале. Держите серию как можно длиннее — четырнадцать заданий идут по кругу, и в них специально перемешаны простые случаи и исключения.
Кликните по значению на шкале от −4 до +7 — проверка мгновенная, серия считается
Степень окисления выделенного элемента
Кликните по значению на шкале
H +1, O −2: 1 + x − 8 = 0 → x = +7. Хлор в высшей степени окисления, она равна номеру группы (VII).
6Степень окисления ≠ валентность
Валентность — это число ковалентных связей, которые атом образовал с другими атомами. Она не имеет знака, не бывает нулевой у связанного атома и записывается римскими цифрами. Степень окисления — условный заряд, со знаком, арабскими цифрами. Совпадать они могут, но это совпадение, а не правило.
Переключайте молекулы — считайте штрихи (валентность) и сравнивайте с числом справа
Подсвечен атом N. Каждый штрих — одна общая электронная пара.
| Вещество | Валентность | Степень окисления | Что видно |
|---|---|---|---|
| N₂ | III | 0 | Три связи есть, а заряда нет: связь N≡N симметрична |
| NH₃ | III | −3 | Совпали по модулю, но у степени окисления есть знак |
| HNO₃ | IV | +5 | Классический разрыв: связей 4, а условный заряд +5 |
| NH₄⁺ | IV | −3 | Четвёртая связь донорно-акцепторная, знак противоположный |
| CH₄ | IV | −4 | Углерод всегда четырёхвалентен |
| CH₃OH | IV | −2 | Валентность та же, степень окисления изменилась |
| HCOOH | IV | +2 | И снова IV — меняется только окружение |
| CO₂ | IV | +4 | Две двойные связи = четыре связи |
Валентность и степень окисления азота в азотной кислоте HNO₃ равны соответственно:
Степень окисления считается по уравнению: (+1) + x + 3·(−2) = 0 → x = +5. Валентность — число образованных связей, а у азота второго периода их не может быть больше четырёх (нет свободных d-орбиталей). Итог: валентность IV, степень окисления +5.
В каком ряду все элементы проявляют указанную степень окисления верно: Na⁺¹, H⁻¹, O⁺²?
Все три значения реальны. Натрий всегда +1. Водород −1 в гидридах металлов, например в NaH. Кислород +2 во фториде кислорода OF₂, потому что фтор электроотрицательнее кислорода. Именно эти три случая чаще всего и проверяют в задании 3.
7Разборы формулировок ЕГЭ
2. Умножил степень окисления на индекс, а не забыл про него.
3. Для иона приравнял сумму к заряду, а не к нулю.
4. Посмотрел, нет ли в формуле пероксида, гидрида или фторида кислорода.
5. Сверил результат с диапазоном: от (№ группы − 8) до № группы.
6. Если спрашивали валентность — вспомнил, что у элементов 2-го периода она не больше IV.
Коротко
- Степень окисления — условный заряд со знаком; валентность — число связей без знака.
- Сумма степеней окисления = 0 для молекулы и = заряду для иона.
- Постоянные: щелочные +1, IIA +2, Al +3, F −1.
- Кислород −2, кроме пероксидов (−1) и OF₂ (+2).
- Водород +1, кроме гидридов металлов (−1).
- Высшая с. о. = № группы, низшая = № группы − 8.
- У азота и кислорода валентность ограничена: IV и II соответственно.
- Связи между одинаковыми атомами на степень окисления не влияют.
Теория закончилась — теперь руки
Понимание закрепляется только на задачах. Прорешайте тему в тренажёре, пока материал свежий: 40 задач с разбором каждого решения.
Перейти в тренажёр