Ступінь окиснення. Процеси окиснення та відновлення

Урок 43. Ступінь окиснення. Процеси окиснення та відновлення

---

Мета уроку: розрізняти реакції, які відбувається зі зміною ступеня окиснення хімічних елементів, навчитися оперувати поняттям «ступінь окиснення», розрізняти процеси окиснення та відновлення, розуміти значення окисно-відновних реакцій у житті людини та довкіллі. 

Очікувані результати для вчителя:

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• окисно-відновна реакція
• ступінь окиснення
• процеси відновлення
• окиснення.

План уроку

1. Мотивація (до 7 хв.).
2. Окисно-відновні реакції. Ступінь окиснення (10 хв.).
3. Практикуємось (23 хв.).
4. Рефлексія (5 хв.).

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 7 хв.

Продемонструвати учням фрагмент відео (воно англомовне, за потреби увімкнути субтитри українською мовою) та обговорити, які реакції було продемонстровано у відео та чому їх відносять до ОВР.

Переглянути відео за покликанням: https://youtu.be/Wu3DlY9W0Dw (дата звернення 15.09.2025)

• Обговорити, які реакції із повсякденного життя належать до окисно-відновних і чому?

Приклади окисно-відновних реакцій (ОВР):

• Фотосинтез
• Дихання
• Обмін речовин і енергії
• Горіння, гниття
• Грозові розряди
• Отримання металів із руд (металургія) та ін.

Джерело: Фото взято із мережі Інтернет

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв. 

Якщо учням важко обчислити кількість електронів, що беруть участь у процесах окиснення/відновлення, то варто намалювати числову пряму, на якій відзначити одиничні відрізки і на першопочатках оперувати даною числовою прямою для розрахунку числа відрізків.  

Якщо потрібно, то можна дати додаткові пояснення, наприклад:

Приклад 1: SiO₂ – ступінь окиснення Оксигену -2, множимо на 2 (його індекс) і ділимо на 1 (індекс біля Si), маємо з протилежним знаком 4, отже, Si⁺⁴. 

Приклад 2: N₂O₅, ступінь окиснення О^-2, -2 множимо на 5 (індекс біля Оксигену) = -10 і це число ділимо на 2 (кількість атомів Нітрогену, це його індекс), маємо з протилежним знаком +5, отже, N⁺⁵.

Приклад 3: P₂O₇^4-, ступінь окиснення всього йона -4, визначимо ступінь окиснення Фосфору. Оксиген більш електронегативний, він до себе притягне електрони, які мають від’ємний заряд і він матиме ступінь окиснення -2, Фосфор – віддасть електрони йому,  приймемо за +х, тоді: +х∙2+(−2)∙7 = -4, розв’яжемо, х = +5. Приклад 4: Для тринарних сполук: Н₂СrO₄: Гідроген +1, Хром приймемо +х, Оксиген притягне до себе всі електрони -2: +1∙2+х+(-2) ∙4 = 0, звідси, х = +6.

 Усі хімічні реакції за зміною ступенів окиснення поділяються на 2 групи:

Розглянемо різні визначення поняття «ступінь окиснення»:

Ступінь окиснення – універсальне поняття, яке не залежить від будови речовини і визначається числом електронів, які віддають або приймають атоми хімічних елементів у речовинах. 

Ступінь окиснення – це умовний заряд на атомі, який визначається виходячи із припущення, що речовина має йонний тип хімічного зв’язку або спільна електронна пара повністю зміщена до більш електронегативного хімічного елемента. 

Ступінь окиснення – це умовний заряд атома у сполуці, обчислений з припущенням, що всі полярні зв’язки є йонними.

Не плутати із зарядом йона: СаSO₄  ↔    Cа²⁺ + SO₄^2– 

Ступінь окиснення: Na⁺¹Сl^-1, Ca⁺²Cl₂^-1, Cl₂⁺⁵O₅^-2, Cl₂⁰

Правила, які варто запам’ятати перед тим як приступити до визначення ступеня окиснення (ст.ок.):

1. Ст. ок. у простих речовинах:  H₂⁰, О₂⁰, Na⁰, P₄⁰, S⁰, Ca⁰ 
2. Ст. ок. Флуору, як найбільш електронегативного хімічного елемента, завжди дорівнює -1:    H⁺¹F^-1, Na⁺¹F^-1
3. Ст. ок. Оксигену у більшості сполук –2, крім сполуки з Флуором  O⁺²F₂^-1, і пероксидів Н₂⁺¹О₂^-1, Na₂⁺¹О₂^-1
4. Ст. ок. Гідрогену +1, крім гідридів металічних елементів: Na⁺¹Н^-1, Са⁺²Н₂^-1
5. Ст. ок. металічних елементів завжди додатні Ме⁺ⁿ , максимальний ст.ок. металічного елемента як правило дорівнює кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні (валентних електронів)
6. Ст. ок. неметалічних елементів можуть бути як додатніми, так і від’ємними
7. Більш електронегативний хімічний елемент має від’ємний ст.ок. у сполуці
8. Вцілому сполука має бути електронейтральною, тобто сума всіх ст.ок дорівнює 0.

Арифметична сума ступенів окиснення всіх елементів у сполуці дорівнює нулю, у складному йоні – заряду йона:

Під час користування напівдовгим варіантом Періодичної системи хімічних елементів варто знати:

Вищий ступінь окиснення хімічних елементів 1 та 2 груп +1 та +2 відповідно.

Вищий ступінь окиснення хімічних елементів 13-17 груп – номер групи мінус 10, тобто для 13 групи: 13-10 = +3 (наприклад, Al⁺³).

Нижчий ступінь окиснення металічних хімічних елементів 0 (1,2,13 групи).

Нижчий ступінь окиснення неметалічних хімічних елементів 14-17 груп – номер групи мінус 18: 15-18 = -3 (наприклад, N^-3).

Деякі хімічні елементи також можуть проявляти проміжні ступені окиснення (тобто між найвищим та найнижчим значеннями).

Окиснення – це процес віддачі електронів атомом, молекулою, йоном; при цьому ступінь окиснення елемента підвищується.

Яке число електронів бере участь у процесі окиснення Нітрогену з -3 до +5?

N^-3 – 8e → N⁺⁵

Відновлення – це процес приймання електронів атомом, йоном, молекулою: при цьому ступінь окиснення елемента понижується. 

Яке число електронів бере участь у процесі відновлення Сульфуру з +6 до -2?

• S⁺⁶ +8e → S^-2

Поміркуйте, а від чого залежать найвищий та найнижчий ступені окиснення хімічних елементів?

Складіть електронну конфігурацію атома Натрію та поміркуйте над питаннями: проста речовина натрій – це метал чи неметал, пригадайте які ступені окиснення можуть мати метали, чи може атом Натрію здобути стійкої електронної конфігурації і яким чином, як при цьому зміниться число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома?

• Na⁰ 1s²2s²2p⁶3s¹
• Na⁰ – 1e → Na⁺¹
• Na⁺¹ 1s²2s²2p⁶3s⁰ (або повністю завершений 2 енергетичний рівень)

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 23 хв.

Виконуємо вправи і завдання. 

Якщо учні погано пам’ятають матеріал 8 класу, можна роздрукувати таблицю із підручника «Хімія: підруч. для 8 кл. закл. загал. серед. освіти / О. В. Григорович, О. Ю. Недоруб. –  Харків: Вид-во «Ранок», 2025. – 320 с.: іл.»:

1. Визначте ступені окиснення всіх елементів у складі речовин:
   • H₂S, CO₂, CuSO₄, KMnO₄, Al, HgCl₂, Fe(NO₃)₃.
2. Визначте ступені окиснення елементів у складі йонів:
   • SiO₃^2-, NH₄⁺, H₂PO₄^–, HCO₃^–, NO₃^–, SO₃^2-, ClO₃^–.
3. Знайдіть закономірності у ступенях окиснення центральних атомів, зробіть висновки:
   • SO₄^2-, K₂SO₄, Al₂(SO₄)₃, H₂SO₄, NaHSO₄; 
   • H₃PO₄, Na₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂, HPO₄^2-, KH₂PO₄; 
   • HNO₃, Fe(NO₃)₃, Cu(NO₃)₂, NO₃^–, Cu(OH)NO₃; 
   • H₂CO₃, Na₂CO₃, HCO₃^–, Ca(HCO₃)₂, CO₃^2-.
4. Обчисліть число електронів, що беруть участь у процесах і відзначте назву процесу (окиснення/відновлення): 
   • Cl₂ → 2Cl^–
   • S^-2 →S⁰
   • Mn⁺² →Mn⁺⁷
   • Cr₂O₇^2- → Cr³⁺
5. Утворіть формули бінарних сполук за відомими ступенями окиснення, користуючись алгоритмом:
   • записати символи хімічних елементів і вказати над ними ступені окиснення;
   • визначити найменше спільне кратне цих двох значень;
   • ділимо найменше спільне кратне на значення ступеня окиснення елемента;
   • записуємо отримане значення у вигляді індексу біля символу хімічного елемента.
6. Утворіть формули бінарних сполук за відомими ступенями окиснення хімічних елементів: С⁺⁴ О^-2, S⁺⁶ O^-2, Ca⁺² Br^–, Fe⁺³ I^–, Cu⁺² S^-2, Na⁺¹ S^-2.

7. Утворіть формули бінарних сполук, самостійно визначивши ступені окиснення хімічних елементів за періодичною таблицею хімічних елементів: Na з Cl, K з O, C з O, Li з N, Al з O, Li з F, H з Cl, H з F, H з O, B з O, Be з F, Be з O.
8. Запишіть електронну конфігурацію атома Хлору та поясніть чому він може виявляти ступінь окиснення -1?

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв. 

Учитель може навести приклад: якщо ваш настрій на уроці покращився і знання стали кращими, то рухаємось у сторону «+», якщо ж навпаки, то «-».

• Уявіть, що на цьому уроці Ви були хімічним елементом і позначте як змінився ваш ступінь окиснення від початку до завершення уроку, користуючись числовим проміжком:

• при цьому Ваш елемент взяв участь у процесі окиснення чи відновлення? 

---

Дружня порада для вчителя

Вдома учні відпрацьовують навички визначення ступеня окиснення.

1. Попрактикуйтесь визначати ступені окиснення хімічних елементів у складі сполук та йонів: SO₂, H₂SO₄, CH₄, MgHPO₄, NO₃^–, I₂O₅, IF₇, NF₃, Tl₂O₃, NH₄⁺
2. Обчисліть кількість електронів, що беруть участь в процесах, вкажіть процеси окиснення, відновлення:
   • P^–3 →P⁺³
   • N^–3 →N⁺⁵
   • Cl⁺⁷ → Cl^–
   • 2I^– → I₂

Урок 43. Ступінь окиснення. Процеси окиснення та відновлення

Робочий аркуш учнівства

---

Мета уроку: розрізняти реакції, які відбувається зі зміною ступеня окиснення хімічних елементів, навчитися оперувати поняттям «ступінь окиснення», розрізняти процеси окиснення та відновлення, розуміти значення окисно-відновних реакцій у житті людини та довкіллі. 

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• окисно-відновна реакція
• ступінь окиснення
• процеси відновлення
• окиснення.

План уроку

1. Мотивація (до 7 хв.).
2. Окисно-відновні реакції. Ступінь окиснення (10 хв.).
3. Практикуємось (23 хв.).
4. Рефлексія (5 хв.).

---

Переглянути відео за покликанням: https://youtu.be/Wu3DlY9W0Dw (дата звернення 15.09.2025)

• Обговорити, які реакції із повсякденного життя належать до окисно-відновних і чому?

Приклади окисно-відновних реакцій (ОВР):

• Фотосинтез
• Дихання
• Обмін речовин і енергії
• Горіння, гниття
• Грозові розряди
• Отримання металів із руд (металургія) та ін.

Джерело: Фото взято із мережі Інтернет

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

 Усі хімічні реакції за зміною ступенів окиснення поділяються на 2 групи:

Розглянемо різні визначення поняття «ступінь окиснення»:

Ступінь окиснення – універсальне поняття, яке не залежить від будови речовини і визначається числом електронів, які віддають або приймають атоми хімічних елементів у речовинах. 

Ступінь окиснення – це умовний заряд на атомі, який визначається виходячи із припущення, що речовина має йонний тип хімічного зв’язку або спільна електронна пара повністю зміщена до більш електронегативного хімічного елемента. 

Ступінь окиснення – це умовний заряд атома у сполуці, обчислений з припущенням, що всі полярні зв’язки є йонними.

Не плутати із зарядом йона: СаSO₄  ↔    Cа²⁺ + SO₄^2– 

Ступінь окиснення: Na⁺¹Сl^-1, Ca⁺²Cl₂^-1, Cl₂⁺⁵O₅^-2, Cl₂⁰

Правила, які варто запам’ятати перед тим як приступити до визначення ступеня окиснення (ст.ок.):

1. Ст. ок. у простих речовинах:  H₂⁰, О₂⁰, Na⁰, P₄⁰, S⁰, Ca⁰ 
2. Ст. ок. Флуору, як найбільш електронегативного хімічного елемента, завжди дорівнює -1:    H⁺¹F^-1, Na⁺¹F^-1
3. Ст. ок. Оксигену у більшості сполук –2, крім сполуки з Флуором  O⁺²F₂^-1, і пероксидів Н₂⁺¹О₂^-1, Na₂⁺¹О₂^-1
4. Ст. ок. Гідрогену +1, крім гідридів металічних елементів: Na⁺¹Н^-1, Са⁺²Н₂^-1
5. Ст. ок. металічних елементів завжди додатні Ме⁺ⁿ , максимальний ст.ок. металічного елемента як правило дорівнює кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні (валентних електронів)
6. Ст. ок. неметалічних елементів можуть бути як додатніми, так і від’ємними
7. Більш електронегативний хімічний елемент має від’ємний ст.ок. у сполуці
8. Вцілому сполука має бути електронейтральною, тобто сума всіх ст.ок дорівнює 0.

Арифметична сума ступенів окиснення всіх елементів у сполуці дорівнює нулю, у складному йоні – заряду йона:

Під час користування напівдовгим варіантом Періодичної системи хімічних елементів варто знати:

Вищий ступінь окиснення хімічних елементів 1 та 2 груп +1 та +2 відповідно.

Вищий ступінь окиснення хімічних елементів 13-17 груп – номер групи мінус 10, тобто для 13 групи: 13-10 = +3 (наприклад, Al⁺³).

Нижчий ступінь окиснення металічних хімічних елементів 0 (1,2,13 групи).

Нижчий ступінь окиснення неметалічних хімічних елементів 14-17 груп – номер групи мінус 18: 15-18 = -3 (наприклад, N^-3).

Деякі хімічні елементи також можуть проявляти проміжні ступені окиснення (тобто між найвищим та найнижчим значеннями).

Окиснення – це процес віддачі електронів атомом, молекулою, йоном; при цьому ступінь окиснення елемента підвищується.

Яке число електронів бере участь у процесі окиснення Нітрогену з -3 до +5?

N^-3 – 8e → N⁺⁵

Відновлення – це процес приймання електронів атомом, йоном, молекулою: при цьому ступінь окиснення елемента понижується. 

Яке число електронів бере участь у процесі відновлення Сульфуру з +6 до -2?

• S⁺⁶ +8e → S^-2

Поміркуйте, а від чого залежать найвищий та найнижчий ступені окиснення хімічних елементів?

Складіть електронну конфігурацію атома Натрію та поміркуйте над питаннями: проста речовина натрій – це метал чи неметал, пригадайте які ступені окиснення можуть мати метали, чи може атом Натрію здобути стійкої електронної конфігурації і яким чином, як при цьому зміниться число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома?

• Na⁰ 1s²2s²2p⁶3s¹
• Na⁰ – 1e → Na⁺¹
• Na⁺¹ 1s²2s²2p⁶3s⁰ (або повністю завершений 2 енергетичний рівень)

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. Визначте ступені окиснення всіх елементів у складі речовин:
   • H₂S, CO₂, CuSO₄, KMnO₄, Al, HgCl₂, Fe(NO₃)₃.
2. Визначте ступені окиснення елементів у складі йонів:
   • SiO₃^2-, NH₄⁺, H₂PO₄^–, HCO₃^–, NO₃^–, SO₃^2-, ClO₃^–.
3. Знайдіть закономірності у ступенях окиснення центральних атомів, зробіть висновки:
   • SO₄^2-, K₂SO₄, Al₂(SO₄)₃, H₂SO₄, NaHSO₄; 
   • H₃PO₄, Na₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂, HPO₄^2-, KH₂PO₄; 
   • HNO₃, Fe(NO₃)₃, Cu(NO₃)₂, NO₃^–, Cu(OH)NO₃; 
   • H₂CO₃, Na₂CO₃, HCO₃^–, Ca(HCO₃)₂, CO₃^2-.
4. Обчисліть число електронів, що беруть участь у процесах і відзначте назву процесу (окиснення/відновлення): 
   • Cl₂ → 2Cl^–
   • S^-2 →S⁰
   • Mn⁺² →Mn⁺⁷
   • Cr₂O₇^2- → Cr³⁺
5. Утворіть формули бінарних сполук за відомими ступенями окиснення, користуючись алгоритмом:
   • записати символи хімічних елементів і вказати над ними ступені окиснення;
   • визначити найменше спільне кратне цих двох значень;
   • ділимо найменше спільне кратне на значення ступеня окиснення елемента;
   • записуємо отримане значення у вигляді індексу біля символу хімічного елемента.
6. Утворіть формули бінарних сполук за відомими ступенями окиснення хімічних елементів: С⁺⁴ О^-2, S⁺⁶ O^-2, Ca⁺² Br^–, Fe⁺³ I^–, Cu⁺² S^-2, Na⁺¹ S^-2.

7. Утворіть формули бінарних сполук, самостійно визначивши ступені окиснення хімічних елементів за періодичною таблицею хімічних елементів: Na з Cl, K з O, C з O, Li з N, Al з O, Li з F, H з Cl, H з F, H з O, B з O, Be з F, Be з O.
8. Запишіть електронну конфігурацію атома Хлору та поясніть чому він може виявляти ступінь окиснення -1?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

• Уявіть, що на цьому уроці Ви були хімічним елементом і позначте як змінився ваш ступінь окиснення від початку до завершення уроку, користуючись числовим проміжком:

• при цьому Ваш елемент взяв участь у процесі окиснення чи відновлення? 

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. Попрактикуйтесь визначати ступені окиснення хімічних елементів у складі сполук та йонів: SO₂, H₂SO₄, CH₄, MgHPO₄, NO₃^–, I₂O₅, IF₇, NF₃, Tl₂O₃, NH₄⁺
2. Обчисліть кількість електронів, що беруть участь в процесах, вкажіть процеси окиснення, відновлення:
   • P^–3 →P⁺³
   • N^–3 →N⁺⁵
   • Cl⁺⁷ → Cl^–
   • 2I^– → I₂