如何确定氧化态

内容

脚步
第 1 部分（共 2 部分）：根据化学定律测定氧化态
第 2 部分（共 2 部分）：不使用化学定律确定氧化态
提示
你需要什么

在化学中，术语“氧化”和“还原”是指一个原子或一组原子分别失去或获得电子的反应。氧化态是分配给一个或多个原子的数值，它表征重新分布的电子的数量，并显示这些电子在反应过程中如何在原子之间分布。根据原子和由它们组成的分子，该值的确定既可以是简单的，也可以是相当复杂的过程。此外，某些元素的原子可以有多种氧化态。幸运的是，确定氧化态有简单明确的规则，为了自信地使用这些规则，了解化学和代数的基础知识就足够了。

脚步

第 1 部分（共 2 部分）：根据化学定律测定氧化态

1 确定所讨论的物质是否是元素。 化合物外原子的氧化态为零。该规则适用于由单独的自由原子形成的物质，以及由两个或一种元素的多原子分子组成的物质。
- 例如，阿尔_(s) 和氯₂ 具有 0 的氧化态，因为两者都处于化学未结合的元素状态。
- 请注意，硫 S 的同素异形体₈，或八角，尽管其非典型结构，也以零氧化态为特征。
2 确定所讨论的物质是否由离子组成。 离子的氧化态等于它们的电荷。对于自由离子和作为化合物一部分的离子都是如此。
- 例如，Cl离子的氧化态是-1。
- 化合物NaCl中Cl离子的氧化态也是-1。由于 Na 离子根据定义具有 +1 电荷，我们得出结论 Cl 离子的电荷为 -1，因此其氧化态为 -1。
3 请注意，金属离子可以有多种氧化态。 许多金属元素的原子可以电离成不同的量。例如，铁 (Fe) 等金属的离子电荷为 +2 或 +3。金属离子的电荷（和它们的氧化态）可以由其他元素的离子电荷决定，该金属是化合物的一部分；在文中，这种电荷用罗马数字表示：例如，铁（III）的氧化态为+3。
- 例如，考虑一种含有铝离子的化合物。 AlCl化合物的总电荷量₃ 为零。由于我们知道 Cl 离子的电荷为 -1，并且该化合物包含 3 个这样的离子，对于所讨论的物质的一般中性，Al 离子必须具有 +3 的电荷。因此，在这种情况下，铝的氧化态为 +3。
4 氧的氧化态是-2（有一些例外）。 在几乎所有情况下，氧原子的氧化态为 -2。此规则有几个例外：
- 如果氧处于元素状态（O₂)，其氧化态为 0，与其他基本物质一样。
- 如果氧气是 过氧化物，其氧化态为-1。过氧化物是一组含有简单氧-氧键（即过氧化物阴离子 O₂）。例如，在 H 的组成中₂哦₂ （过氧化氢）氧的电荷和氧化态为 -1。
- 当与氟结合时，氧的氧化态为 +2，请阅读下面的氟规则。
5 除了少数例外，氢的氧化态为 +1。 与氧气一样，也有例外。通常，氢的氧化态是 +1（如果它不是元素态 H₂）。然而，在称为氢化物的化合物中，氢的氧化态为 -1。
- 例如，在 H₂O 氢的氧化态为+1，因为氧原子带-2电荷，整体中性需要两个+1电荷。然而，在氢化钠的组成中，氢的氧化态已经是 -1，因为钠离子带有 +1 的电荷，对于一般的电中性，氢原子的电荷（因此它的氧化态）应该是是-1。
6 氟总是具有-1的氧化态。 如前所述，某些元素（金属离子、过氧化物中的氧原子等）的氧化态可能因多种因素而异。然而，氟的氧化态总是-1。这是因为该元素具有最大的电负性 - 换句话说，氟原子最不愿意与自己的电子分开，并且最积极地吸引外来电子。因此，它们的电荷保持不变。
7 化合物中氧化态的总和等于其电荷。 构成化合物的所有原子的氧化态加起来应等于该化合物的电荷。例如，如果一个化合物是中性的，它所有原子的氧化态总和应该为零；如果化合物是带 -1 电荷的多原子离子，则氧化态总和为 -1，依此类推。
- 这是一个很好的测试方法——如果氧化态的总和不等于化合物的总电荷，那么你就错了。

第 2 部分（共 2 部分）：不使用化学定律确定氧化态

1 找出对其氧化态没有严格规定的原子。 对于某些元素，没有确定的确定氧化态的规则。如果一个原子不符合上面列出的任何规则，并且你不知道它的电荷（例如，原子是复合物的一部分，它的电荷没有指定），你可以确定这样一个原子的氧化态通过排除。首先，确定化合物中所有其他原子的电荷，然后根据化合物的已知总电荷，计算该原子的氧化态。
- 例如，在化合物 Na₂所以₄ 硫原子 (S) 的电荷是未知的——我们只知道它不是零，因为硫不是处于基本状态。该化合物是说明确定氧化态的代数方法的一个很好的例子。
2 找出化合物中剩余元素的氧化态。 使用上述规则，确定化合物剩余原子的氧化态。不要忘记 O、H 等规则的例外情况。
- 对于钠₂所以₄，使用我们的规则，我们发现 Na 离子的电荷（以及氧化态）是 +1，对于每个氧原子，它是 -2。
3 将原子数乘以其氧化态。 既然我们知道除了一个原子之外的所有原子的氧化态，有必要考虑一些元素可能有几个原子。将每种元素的原子数（在化合物的化学式中作为元素符号后的下标表示）乘以其氧化态。
- 在钠₂所以₄ 我们有 2 个 Na 原子和 4 个 O 原子。因此，乘以 2 × +1，我们得到所有 Na 原子的氧化态 (2)，乘以 4 × -2 - O (-8) 原子的氧化态。
4 将之前的结果相加。 总结乘法的结果，我们得到化合物的氧化态没有考虑到所需原子的贡献。
- 在我们的例子中，对于 Na₂所以₄ 我们将 2 和 -8 相加得到 -6。
5 从化合物的电荷中找出未知的氧化态。 您现在拥有可以轻松计算所需氧化态的所有数据。写下一个方程，左边是前面计算步骤中得到的数字和未知氧化态的总和，右边是化合物的总电荷。换句话说， （已知氧化态的总和）+（所需氧化态）=（化合物的电荷）。
- 在我们的例子中，Na₂所以₄ 解决方案如下所示：
  - （已知氧化态的总和）+（所需氧化态）=（化合物电荷）
  - -6 + S = 0
  - S = 0 + 6
  - S = 6.V Na₂所以₄ 硫有氧化态 6.

提示

在化合物中，所有氧化态的总和必须等于电荷。例如，如果化合物是双原子离子，则原子的氧化态总和必须等于总离子电荷。
能够使用元素周期表并了解金属和非金属元素在其中的位置非常有用。
元素形式的原子的氧化态始终为零。单个离子的氧化态等于其电荷。元素周期表中 1A 族的元素，如氢、锂、钠，元素形式的氧化态为 +1； 2A 族金属（例如镁和钙）的氧化态在元素形式中为 +2。根据化学键的类型，氧和氢可以有 2 种不同的氧化态。