Наочний довідник 8-9 класи

Особливості понять валентність і ступінь окиснення

Валентність

Ступінь окиснення

Визначається числом зв’язків, які утворює даний атом з іншими атомами в молекулі

Умовний заряд, величина якого розраховується виходячи з припущення, що всі електрони, які утворюють хімічний зв’язок, повністю переходять до більш електронегативного елемента

Приклади, що переконують у відмінності понять валентність і ступінь окиснення:

	C+4 Cl−							C−4 H+
4						4
		Cl–						H+
					Cl–
Cl–		C				H+		C–4			H+
			+4
		Cl–							+
								H
ступінь окиснення = +4						ступінь окиснення = –4
валентність = 4 (4 зв’язки)						валентність = 4 (4 зв’язки)

У даних прикладах Карбон має валентність, що дорівнює чотирьом, а ступінь його окиснення різний (стрілками показано зсув електронної густини у бік більш електронегативного елемента). Таким чином, за однакових значень валентності елемент може мати різний ступінь окиснення — як за знаком, так і за значенням:

H2+1O−2 (ступінь окиснення Оксигену = –2) и H2+1O2−1 (ступінь окиснення Оксигену = –1)

Правила визначення ступеня окиснення

	Правила	Приклади
		речовин

1.	Сума ступенів окиснення всіх атомів, що входять до молекули, дорівнює	Cu+2Cl2–1
	нулю
2.	Вільні елементи мають ступінь окиснення 0	I20; K0
3.	Елементи в сполуках мають такий ступінь окиснення:
	— Ступінь окиснення металів дорівнює їх валентності (усі метали мають	Na2+1O–2; Ca3+2N2–3
	позитивний ступінь окиснення)
	— Гідроген має ступінь окиснення +1 (винятком є сполуки з металами,	H+Br–
	де його ступінь окиснення –1)	Ca+2H2– (виняток)
	— Оксиген має характерний ступінь окиснення –2 (виключення станов-	Ba+2O–2
	лять пероксиди, у яких ступінь окиснення оксисену –1)	K2+1O2–1 (виняток)
	— Флуор має лише негативний ступінь окиснення	H+1F–1; Ca+2F2–1
4.	Ступінь окиснення простих йонів дорівнює їхньому електронному заряду	Na+1Br–1

Тема 2. Хімічний зв’язок і будова речовини

71

ОКИСНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ

Окисно-відновні реакції — це	Відновлення — 1) вилучення зі
реакції, що відбуваються зі зміною	сполуки; 2) приєднання водню до
ступенів окиснення елементів, які	елемента або сполуки; 3) приєднан-
входять до складу реагуючих речо-	ня електронів до атома або йона;
вин.	4) зменшення ступеня	окиснення
Окиснення — 1) приєднання кис-	елемента.
ню до елемента або сполуки; 2) ви-	Окисник — 1) речовина, яка
лучення водню зі сполуки; 3) вилу-	окиснює елементи або	сполуки;
чення електрона з атома або йона;	2) речовина,щоприймаєелектрони.
4) підвищення ступеня окиснення	Відновник — 1) речовина, яка
елемента.	відновлює сполуки; 2) речовина, що
	віддає електрони.

Окисно-відновні реакції в природі

Виверження вулкана		Грозовий розряд

У районах дії вулканів утворюється саморідна	Під час грозових розрядів відбувається
сірка:	зв’язування азоту, що міститься в атмосфері:
2H2 S + O2 → 2H2 O + 2S	N2 + O2 → 2NO
H2 S + 2SO2 → H2 SO4 + 2S	2NO + O2 → 2NO2

72

Розділ II

Найважливіші відновники й окисники

Відновники

Окисники

Метали

Гідроген

Вугілля

Карбон (II) оксид

Сірководень, сульфур (IV) оксид, натрій сульфід

Катод при електролізі

Галогени

Манган (VII)оксид, манган (VI) оксид, манган (IV) оксид, калій перманганат, калій манганат

Нітратна кислота та її солі

Оксиген

Анод при електролізі

Основні положення теорії окисно-відновних реакцій

1Окисненням називається процес віддачі електронів атомом, молекулою або йоном. Ступінь окиснення при цьому збільшується:

Al0 − 3e → Al3+

H2 − 2e → 2H+

Fe2+ + e → Fe3+

2.Відновленням називається процес приєднання електронів атомом, молекулою або йоном. Ступінь окиснення при цьому зменшуються:

S0 + 2e → S−2

Cl20 + 2e → 2Cl−

Fe3+ + e → Fe2+

3.Частинки (атоми, молекули або йони), що віддають електрони, називаються відновниками. Під час реакції вони окиснюються.

Частинки (атоми, молекули або йони), що приєднують електрони, називаються окисниками. Під час реакції вони відновлюються.

4.Окиснення завжди супроводжується відновленням; відновлення завжди пов’язане з окисненням, що можна виразити рівняннями:

Відновник −e окисник, процес відновлення Окисник +e відновник, процес окиснення

Окиснення Купруму

Відновлення Купруму

2Cu0 + O20 → 2Cu+2 O−2

Cu+2 O + H20 → Cu0 + H2+1O

Cu0 − 2

→ Cu2+

Cu+2 + 2

→ Cu0

e

e

процес окиснення — віддача

процес відновлення — приєднання

e

e

O20 + 4

→ 2O−2

H20 − 2

→ 2H+

e

e

процес відновлення — приєднання

процес окиснення — віддача

e

e

Тема 2. Хімічний зв’язок і будова речовини

73

Алгоритм складання рівнянь окисно-відновних реакцій методом електронного балансу

KI + Cl2 → KCl + I2

Ø

KI + Cl20 → KCl− + I20

Ø

2I− − 2e → I20 Cl20 + 2e → 2Cl−

Ø

2I− − 2e → I0

окиснення 2

(відновник)

Cl0

+ 2

→2Cl−

e

2

відновлення

(окисник)

Ø

2I− − 2

→ I20

НСК

e

Cl20 + 2

→ 2Cl−

2

e

Ø

2I− − 2

→ I20

НСК

1

e

Cl20 + 2

→ 2Cl−

2

1

e

Ø

KI + Cl2 → KCl + I2

	Õ	Записати схему	Ö	Cu + Hg (NO3 )2 → Cu(NO3 )2 + Hg
		реакцій
		Ø			Ø
	Õ	Записати під	Ö	Cu0	+ Hg+2 (NO3 )2 → Cu+2 (NO3 )2 + Hg0
		атомами змінені
		ступені окиснення
		Ø			Ø

Õ	Скласти рівняння
	електронного балансу
	Ø

ÕВизначити окисник

івідновник

Ø

Визначити (НСК) Õ числа відданих

і прийнятих електронів

Ø

Обчислити та записати Õ коефіцієнти для

окисника і відновника

Ø

Cu0 − 2e → Cu+2

ÖHg+2 + 2e → Hg0

Ø

Cu0 − 2

→ Cu+2

e

Ö

окиснення

Hg+2 + 2

→ Hg0

e

відновлення

Ø

Cu0 − 2

→ Cu+2

НСК

Ö

e

окиснення

Hg

+2

0

2

+ 2e відновлення→ Hg

Ø

Cu0 − 2

→ Cu+2

НСК

1

Ö

e

окиснення

Hg+2 + 2

→ Hg0

2

1

e

відновлення

Ø

		Зрівняти кількість
	Õ	атомів, що змінюють	Ö	Cu + Hg (NO3 )2	→ Cu(NO3 )2 + Hg
		ступінь окиснення, за
		допомогою коефіцієнтів
		Ø
		Зрівняти кількість
		атомів, що не змінили
		ступеня окиснення

74

Розділ II

Тема 3. Розчини

ПОНЯТТЯ ПРО РОЗЧИНИ ТА РОЗЧИННІСТЬ

Розчин — система, що утворюється в результаті розчинення твердої, рідкої або газоподібної речовини в розчиннику. Розчини бувають рідкі, тверді та газоподібні.

Розчинена речовина — тверда, рідка або газоподібна речовина, яка розчинена в будь-якому розчиннику.

Розчинник — речовина, в якій однорідно розподілена розчинена речовина.

Розчинність — здатність речовини розчинятися в якому-небудь розчиннику.

Насичений розчин — це розчин, що містить максимально можливу кількість розчиненої речовини за конкретних умов.

Ненасичений розчин — розчин,

вякому розчинна речовина може ще розчинятися за даних умов.

Розбавлений розчин — розчин з низькою концентрацією розчиненої речовини.

Концентрований розчин — розчин з високою концентрацією розчиненої речовини.

Концентрація — відносна кількість розчиненої речовини в розчині.

Малорозчинна речовина — речовина, яка погано розчиняється

врозчиннику.

Нерозчинна речовина — тверда або газоподібна речовина, яка не розчиняється в конкретному розчиннику за даних умов.

Приготування розчину

Розчинна	Розчинник
речовина

Розчин

Тема 3. Розчини

75

Види розчинів (за розміром частинок розчиненої речовини)

Істинні (розміри частинок менші за 1 нм)

Колоїдні (розміри частинок 1—100 нм)

Прозорі. Окремі частинки не можна виявити навіть за допомогою ультрамікроскопа. Приклади істинного розчину: розчин цукру, розчин солі

Прозорі. Окремі частинки виявляються тільки за допомогою ультрамікроскопа. Приклади колоїдного розчину: молоко (частинки жиру у воді), піна, аерозоль

Види розчинів (за кількістю розчиненої речовини)

Концентровані	Розбавлені	Насичені
Містять багато розчиненої ре-	Містять мало розчиненої речо-	Розчини, в яких за даної тем-
човини	вини	ператури дана речовина більше
		не розчиняється
Наприклад, 1 кг розчину, що	Наприклад, 1 кг розчину, що	Насичений розчин
містить 40 г натрій гідрокси-	містить 8 г натрій гідрокси-
ду — 4%-й розчин	ду — 0,8%-й розчин

							Надлишок речовини,
							що розчиняється
	Способи вираження концентрації розчинів
	Спосіб вираження
	вмісту розчиненої	Характеристика					Приклади
	речовини в розчині
	Масова частка ω	Відношення (у %) маси розчи-					Для приготування 100 г 5%-го роз-
	(%, частки одиниці)	неної речовини до загальної ма-					чину солі беруть 5 г цієї солі та роз-
		си розчину:					чиняють її в 95 г води
		ω =	mр‡ни	100%
			mр‡ну
	Молярна концент-	Відношення кількості розчине-					Для приготування 1 л одномолярно-
	рація CM (моль/л)	ної речовини до об’єму розчину:					го розчину калій хлориду зважують
			CM =		ν		74,5 г KCl
							(Ar(K)+ Ar(Cl) = 74,5),
					V
							розчиняють у невеликій кількості
							води, потім переносять розчин у кол-
							бу об’ємом 1 л, доводять об’єм розчи-
							ну водою до 1 л та перемішують

76

Розділ II

Класифікація речовин за розчинністю у воді

Добре розчинні	Малорозчинні	Нерозчинні
Усі нітрати, більшість хлоридів	Кальцій сульфат, магній	Більшість карбонатів, фос-
	гідроксид	фатів, сульфати Барію, Плюм-
		буму, Стронцію

Причини, від яких залежить розчинність твердої речовини

	170		AgNO	3
	150				KI
O	130					KNO	3
2								)2
г H								Pb(NO
	110							3
г/100	90
Розчинність,	70							Cl
								4
								NH
	50							4
							CuSO
	30
					NaCl	3
	10				KClO
								2
								HgCl
	0			20	40	60		80	100
					Температура, °C
		Крива розчинності твердої речовини

1.Природа розчинника: однайта ж речовина в різних розчинниках розчиняється по-різному

2.Природа речовини, що розчиняється: в одному й тому самому розчиннику різні речовини розчиняються по-різному

3.Температура: з підвищенням температури розчинність твердих речовин, як правило, збільшується, а газів зменшується

ЕЛЕКТРОЛІТИ ТА НЕЕЛЕКТРОЛІТИ. ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ

Електроліти — сполуки, розчини або розплави яких проводять електричний струм.

Неелектроліти — сполуки, розчини або розплави яких не проводять електричного струму.

Електролітична дисоціація —

процес розпаду електроліту на йони в розчині або розплаві.

Йони — позитивно або негативно заряджені частинки, яким притаманна рухливість у водних розчинах кислот, солей і основ.

Аніони — негативно заряджені йони.

Катіони — позитивно заряджені йони.

Тема 3. Розчини

77

Історична довідка. Історія виникнення теорії електролітичної дисоціації пов’язана з ім’ям шведського вченого Сванте Арреніуса. Під час праці над цією проблемою вченого цікавило питання: що відбувається з молекулою електроліту в розчині? Робота в цьому напрямку дала прекрасні результати. Дані, одержані при вимірюванні електропровідності водних розчинів електролітів різної концентрації, дозволили зробити висновок: молекули електроліту дисоціюють на йони без дії струму, причому ступінь дисоціації зростає з розбавленням.

У 1887 році з’явилася знаменита стаття Арреніуса «Про дисоціацію розчинених у воді речовин». У ній

автор з упевненістю заявляє, що молекули електролітів (солі, кислоти, основи) розпадаються в розчині на електрично заряджені йони. Арреніус знайшов формулу для визначення ступеня електролітичної дисоціації. Тим самим він перетворив чисто якісну гіпотезу на кількісну теорію, яка могла бути перевірена експериментально.

Уподальші роки дослідження

С.Арреніуса й інших учених з даної проблеми не тільки підтвердили справедливість основних положень теорії електролітичної дисоціації, але і значно розширили число окремих фактів, які можна обґрунтувати теорією.

Класифікація речовин з погляду теорії електролітичної дисоціації

Речовини

Ý

Електроліти

Ø

Речовини з йонним або ковалентним сильнополярним хімічним зв’язком

Ø

Солі, кислоти, луги

Þ

Неелектроліти

Ø

Речовини з ковалентним неполярним або малополярним зв’язком

Ø

Кисень, азот, метан, цукор

Процес дисоціації речовин з йонним зв’язком (у розчині)

+			+
–		–
+ – + –		– +
+	–	–
		+

Полярна молекула, оточена молекулами води

+	+	+
		–		+
–
	–		–
→ + – +					→
		– – +
+	– –	–	–
	+	+	+

Перехід полярної молекули

вйонну під дією діполей води

		+					–
+		–		+	–		+		–
–			–		+			+
+ – +			– + + – +				– + –
+	–	–	–		–	+	+	+
		+	+				–	–
	Катіон					Аніон

78

Розділ II

Процес дисоціації речовин з іонним зв’язком (у водному розчині)

		+
		–
Cl–	Na+	– +
		–
		+

	–
	+	→
Na+	Cl– + –
	+
	–

		+
Cl–	Na+	–
		– +
		–
		+

Речовина з йонним зв’язком

		+					–
+		–		+	–		+		–
–			–		+			+
+ – Na+ – + + – + Cl– + –
+	–	–	–		–	+	+	+
		+	+				–	–
	Катіон					Аніон

Основні положення теорії електролітичної дисоціації

1.Дисоціація електролітів відбувається під дією полярних молекул розчинника

2.Дисоціюючі молекули розпадаються на катіони (позитивно заряджені частинки) й аніони (негативно заряджені частинки)

KA K+ + A−

катіон аніон

3.Сумарний заряд усіх катіонів дорівнює сумарному заряду всіх аніонів

4.Дисоціація — оборотний процес

5.Дисоціація багатоосновних кислот і багатоосновних основ відбувається ступінчасто (кожна стадія характеризується відщепленням одного йона)

	Дисоціація фосфатної кислоти:		Дисоціація алюміній гідроксиду:
1	ступінь: H3 PO4 → H+ + H2 PO4−	1	ступінь: Al(OH)	Al(OH)+ + OH−
	ступінь: H2 PO4− H+ + HPO24−		3	2
2		2	ступінь: Al(OH)2+ AlOH2+ + OH−
3	ступінь: HPO24− H+ + PO34−	3	ступінь: AlOH2+ Al3+ + OH−

Сильні та слабкі електроліти

Сильні електроліти — це електроліти, які повністю (необоротно) дисоціюють на йони.

Слабкі електроліти — це електроліти, які частково (оборотно) дисоціюють на йони.

Сильні електроліти

Слабкі електроліти

	Луги: KOH; NaOH; Ba (OH)	Основи: NH4 OH
	2
	Кислоти: HCl; HNO3 ; H2 SO4	Кислоти: H2 S ; H2 SO3 ; H3 PO4 ; CH3 COOH
		(оцтова)
	Практично всі солі	Вода

Тема 3. Розчини

79

Дисоціація кислот, лугів і солей

	Клас	Визначення з погляду теорії електролітичної дисоціації	Приклад дисоціації
	електролітів
	Кислоти	Складні речовини, під час дисоціації яких у водних роз-	H2 SO4 H+ + HSO4−
		чинах як катіони відщеплюються тільки йони гідрогену	HSO4− H+ + SO24−
	Основи	Складні речовини, під час дисоціації яких у водних	NaOH Na+ + OH−
		розчинах як аніони відщеплюються тільки гідроксид-іони
		Середні солі — це складні речовини, які у водних роз-	KNO3 K+ + NO3−
		чинах дисоціюють на позитивно заряджені йони металів	Al2 (SO4 ) 2Al3+ + 3SO24−
		і негативно заряджені йони кислотних залишків	3
		Кислі солі — це складні речовини, які у водних роз-	NaHSO4 Na+ + HSO4−
		чинах дисоціюють на позитивно заряджені йони металів
	Солі	і Гідрогену та негативно заряджені йони кислотних за-	HSO4− H+ + SO24−
		лишків
		Осно{вні солі — це складні речовини, які у водних роз-	Co(OH)Cl Co(OH)+ + Cl−
		чинах дисоціюють на позитивно заряджені йони металів
		і негативно заряджені йони кислотних залишків і гідрок-	Co(OH)+ Co2+ + OH−
		сид-іони

Ступінь електролітичної дисоціації

Ступінь дисоціації α — це відно-	кул до загального числа молекул,
шення числа дисоційованих моле-	що містяться в розчині.

складу і властивостей розчинника

температури розчину

Ступінь дисоціації α

складу електроліту

залежить від:

концентрації електроліту в розчині

Сульфатна кислота (концентрована)

У концентрованій (98 %) кислоті на 98 г кислоти припадає 2 г води. Таке співвідношення приводить до того, що молекули сульфатної кислоти в концентрованому розчині практично не дисоціюють, тому концентрована сульфатна кислота — слабкий електроліт.

Сульфатна кислота (розбавлена)

Сильніший електроліт, ніж концентрована, оскільки у воді її молекули практично повністю дисоціюють на йони.

80

Розділ II