Κεφάλαιο 1.1 – Αριθμός οξείδωσης. Οξείδωση – Αναγωγή (σελ. 32-33) – Απαντήσεις – Λύσεις

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση Ε1 (σελ. 33)

Τι είναι αριθμός οξείδωσης ατόμου ή ιόντος;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ερώτηση ορισμού — ξεχωρίζουμε τον ορισμό για ομοιοπολική ένωση από τον ορισμό για ιόν σε ιοντική ένωση.

Απάντηση: Αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου σε μια ομοιοπολική ένωση είναι το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτούσε το άτομο αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδίδονταν εξ ολοκλήρου στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο. Αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος σε ιοντική ένωση είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος.

Άσκηση Ε2 (σελ. 33)

Ποιοι πρακτικοί κανόνες χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του Α.Ο.;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση των 7 πρακτικών κανόνων του §1.1.

Απάντηση: 1) Τα ελεύθερα στοιχεία έχουν Α.Ο.=0. 2) Ο Α.Ο. μονοατομικού ιόντος = το φορτίο του. 3) Το F έχει πάντα Α.Ο.=-1. 4) Το O έχει Α.Ο.=-2 (εξαιρέσεις: OF₂ όπου +2, υπεροξείδια όπου -1). 5) Το H έχει Α.Ο.=+1 με αμέταλλα και -1 με μέταλλα. 6) Τα μέταλλα έχουν θετικό Α.Ο. (αλκάλια +1, αλκαλικές γαίες +2). 7) Το άθροισμα Α.Ο. σε ουδέτερη ένωση=0, σε πολυατομικό ιόν=το φορτίο του ιόντος.

Άσκηση Ε3 (σελ. 33)

Πώς ορίζεται σήμερα η οξείδωση και η αναγωγή;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο σύγχρονος ορισμός βασίζεται στον αριθμό οξείδωσης, όχι στην αποβολή/πρόσληψη οξυγόνου-υδρογόνου.

Απάντηση: Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος. Αναγωγή είναι η ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος.

Άσκηση Ε4 (σελ. 33)

Πώς διακρίνεται μια οξειδοαναγωγική από μια μεταθετική αντίδραση;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το κριτήριο είναι αν μεταβάλλεται ή όχι ο αριθμός οξείδωσης κάποιου στοιχείου.

Απάντηση: Σε μια οξειδοαναγωγική αντίδραση μεταβάλλεται ο Α.Ο. τουλάχιστον δύο στοιχείων (το ένα οξειδώνεται, το άλλο ανάγεται). Σε μια μεταθετική αντίδραση κανενός στοιχείου ο Α.Ο. δεν μεταβάλλεται (π.χ. αντιδράσεις εξουδετέρωσης, διπλής αντικατάστασης).

Άσκηση 13 (σελ. 33)

Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του P στις ουσίες: H₃PO₄, P₄, PH₃, H₃PO₃.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Εφαρμόζουμε τον κανόνα «άθροισμα Α.Ο. = 0 σε ουδέτερη ένωση», με Α.Ο.(H)=+1 και Α.Ο.(O)=-2, εκτός από το ελεύθερο στοιχείο P₄ που έχει Α.Ο.=0.

Λύση:

1. H₃PO₄: 3(+1)+x+4(-2)=0 ⟹ x=+5
2. P₄: ελεύθερο στοιχείο ⟹ x=0
3. PH₃: x+3(+1)=0 ⟹ x=-3
4. H₃PO₃: 3(+1)+x+3(-2)=0 ⟹ x=+3

Απάντηση: Α.Ο.(P): στο H₃PO₄ = +5, στο P₄ = 0, στο PH₃ = -3, στο H₃PO₃ = +3.

Άσκηση 14 (σελ. 34)

Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του Mn στις ουσίες: MnO₂, K₂MnO₄ (μαγγανικό κάλιο), KMnO₄ (υπερμαγγανικό κάλιο).

Σκέψη / Μεθοδολογία: Εφαρμόζουμε το άθροισμα Α.Ο.=0, με Α.Ο.(O)=-2 και Α.Ο.(K)=+1.

Λύση:

1. MnO₂: x+2(-2)=0 ⟹ x=+4
2. K₂MnO₄: 2(+1)+x+4(-2)=0 ⟹ x=+6
3. KMnO₄: 1(+1)+x+4(-2)=0 ⟹ x=+7

Απάντηση: Α.Ο.(Mn): στο MnO₂ = +4, στο K₂MnO₄ = +6, στο KMnO₄ = +7.

Άσκηση 15 (σελ. 34)

Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του Cl στις ουσίες: HCl, HClO, KClO₃, Cl₂, KClO₄, και στη χλωράσβεστο CaOCl₂ (Ca(OCl)Cl).

Σκέψη / Μεθοδολογία: Για τις πέντε πρώτες ουσίες εφαρμόζουμε απλά το άθροισμα Α.Ο.=0. Η χλωράσβεστος όμως είναι μεικτή ένωση: περιέχει Ca²⁺ και δύο ανιόντα διαφορετικού τύπου, Cl⁻ και ClO⁻, οπότε τα δύο άτομα Cl δεν έχουν τον ίδιο πραγματικό Α.Ο. — δεν μπορούμε να εφαρμόσουμε έναν ενιαίο υπολογισμό στο «μέσο» Cl.

Λύση:

1. HCl: x+1=0 ⟹ x=-1
2. HClO: 1+x-2=0 ⟹ x=+1
3. KClO₃: 1+x-6=0 ⟹ x=+5
4. Cl₂: ελεύθερο στοιχείο ⟹ x=0
5. KClO₄: 1+x-8=0 ⟹ x=+7
6. CaOCl₂=Ca(OCl)Cl: το ένα Cl (στο ανιόν OCl⁻) έχει Α.Ο.=+1, το άλλο Cl (ως Cl⁻) έχει Α.Ο.=-1 — δύο διαφορετικές τιμές στο ίδιο μόριο

Απάντηση: Α.Ο.(Cl): HCl=-1, HClO=+1, KClO₃=+5, Cl₂=0, KClO₄=+7. Στη χλωράσβεστο τα δύο άτομα Cl έχουν διαφορετικό Α.Ο.: +1 (στο OCl⁻) και -1 (ως Cl⁻).

Πρόσεξε:

• Η χλωράσβεστος είναι το κλασικό παράδειγμα ένωσης όπου το ίδιο στοιχείο εμφανίζει ταυτόχρονα δύο διαφορετικούς πραγματικούς αριθμούς οξείδωσης στο ίδιο μόριο — γι' αυτό εμφανίζεται και στον πίνακα 1.3 των οξειδωτικών σωμάτων ως CaOCl₂→CaCl₂.

Άσκηση 16 (σελ. 34)

Να συμπληρώσετε τα κενά: α. Αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου σε μια ομοιοπολική ένωση, ονομάζεται το .... που θα αποκτήσει το άτομο αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν σ' εκείνο το άτομο που .... . β. Οξείδωση είναι η .... του Α.Ο. ενός ατόμου ή ιόντος. γ. Οξειδωτικά σώματα ονομάζονται τα σώματα που προκαλούν ...., γιατί περιέχουν άτομα που μπορούν να .... . δ. Αναγωγικά σώματα ονομάζονται τα σώματα που προκαλούν ...., γιατί περιέχουν άτομα που μπορούν να .... .

Σκέψη / Μεθοδολογία: Αναδιατύπωση των ορισμών του §1.1 και §1.2 λέξη προς λέξη.

Απάντηση: α. ...φαινομενικό φορτίο... ...τα έλκει περισσότερο (το ηλεκτραρνητικότερο). β. ...αύξηση... γ. ...οξείδωση..., ...αναχθούν... δ. ...αναγωγή..., ...οξειδωθούν...

Άσκηση 17 (σελ. 34)

Σε κάθε ουσία της πρώτης στήλης (HNO₃, NO₂, HNO₂, NO, N₂O, N₂, NH₂OH, NH₂NH₂, NH₃) να αντιστοιχίσετε τον Α.Ο. του αζώτου από τη δεύτερη στήλη.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Υπολογίζουμε τον Α.Ο. του N σε κάθε ένωση χωριστά, με Α.Ο.(H)=+1, Α.Ο.(O)=-2. Στα NH₂OH και NH₂NH₂ ο δεσμός N-N ή N-O δεν προσθέτει φορτίο μεταξύ ομοίων/διαφορετικών ατόμων εκτός των γνωστών κανόνων — υπολογίζουμε ανά μόριο.

Λύση:

1. HNO₃: 1+x-6=0 ⟹ x=+5
2. NO₂: x-4=0 ⟹ x=+4
3. HNO₂: 1+x-4=0 ⟹ x=+3
4. NO: x-2=0 ⟹ x=+2
5. N₂O: 2x-2=0 ⟹ x=+1
6. N₂: ελεύθερο στοιχείο ⟹ x=0
7. NH₂OH: x+2(+1)+(-2)+1=0 ⟹ x=-1
8. NH₂NH₂: κάθε N έχει 2H και δεσμό N-N (Α.Ο.=0 μεταξύ ομοίων ατόμων) ⟹ x+2(+1)=0 ⟹ x=-2
9. NH₃: x+3(+1)=0 ⟹ x=-3

Απάντηση: HNO₃: +5, NO₂: +4, HNO₂: +3, NO: +2, N₂O: +1, N₂: 0, NH₂OH: -1, NH₂NH₂: -2, NH₃: -3.

Πρόσεξε:

• Ο πίνακας αντιστοίχισης όπως εμφανίζεται στο ψηφιοποιημένο κείμενο του βιβλίου έχει τυχαία μετατοπισμένη τη 2η στήλη (σφάλμα ψηφιοποίησης της στήλης)· η παραπάνω αντιστοίχιση είναι η μαθηματικά ορθή, υπολογισμένη από την αρχή για κάθε ένωση.

Άσκηση 18 (σελ. 34)

Να χαρακτηρίσετε με Σ ή Λ: α. Κάθε αποβολή ηλεκτρονίων είναι οξείδωση. β. Σε κάθε οξείδωση παρατηρείται πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων. γ. Κάθε πρόσληψη ηλεκτρονίων είναι αναγωγή. δ. Σε κάθε αναγωγή παρατηρείται πραγματική πρόσληψη ηλεκτρονίων. ε. Οξειδωτικό σώμα είναι αυτό που οξειδώνεται. στ. Αναγωγικό σώμα είναι αυτό που ανάγεται.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Προσοχή στη διάκριση: πραγματική μεταφορά ηλεκτρονίων συμβαίνει μόνο σε ιοντικές ενώσεις· σε ομοιοπολικές ενώσεις (π.χ. C+O₂→CO₂) η οξείδωση/αναγωγή ορίζεται μέσω Α.Ο. χωρίς πραγματική αποβολή/πρόσληψη e⁻. Επίσης, οξειδωτικό σώμα ΑΝΑΓΕΤΑΙ (δεν οξειδώνεται) και αναγωγικό σώμα ΟΞΕΙΔΩΝΕΤΑΙ (δεν ανάγεται).

Λύση:

1. α. Κάθε πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων αντιστοιχεί πάντα σε αύξηση Α.Ο., άρα είναι πάντα οξείδωση — Σ.
2. β. Υπάρχουν οξειδώσεις (π.χ. σε ομοιοπολικές ενώσεις) χωρίς πραγματική αποβολή e⁻, μόνο μετατόπιση φορτίου — Λ.
3. γ. Ομοίως με το α, κάθε πραγματική πρόσληψη e⁻ είναι αναγωγή — Σ.
4. δ. Ομοίως με το β, δεν υπάρχει πάντα πραγματική πρόσληψη e⁻ — Λ.
5. ε. Το οξειδωτικό σώμα προκαλεί οξείδωση σε άλλο σώμα, ενώ το ίδιο ανάγεται — Λ.
6. στ. Το αναγωγικό σώμα προκαλεί αναγωγή σε άλλο σώμα, ενώ το ίδιο οξειδώνεται — Λ.

Απάντηση: α. Σ, β. Λ, γ. Σ, δ. Λ, ε. Λ, στ. Λ.

Πρόσεξε:

• Απάντηση επιβεβαιωμένη από το ενιαίο κλειδί απαντήσεων στο τέλος του κεφαλαίου (σελ. 43).