Bài tập: Luyện tập: Phản ứng oxi hóa khử

Bài tập Luyện tập: Phản ứng oxi hóa khử

Giới thiệu

Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu về phản ứng oxi hóa khử – một loại phản ứng hóa học quan trọng và phổ biến trong tự nhiên cũng như trong đời sống. Để nắm vững kiến thức và rèn luyện kĩ năng xác định số oxi hóa, cân bằng phản ứng, cũng như nhận biết chất oxi hóa, chất khử, các em cần thực hành qua nhiều dạng bài tập khác nhau. Bài luyện tập này sẽ giúp các em củng cố lí thuyết qua các ví dụ cụ thể có hướng dẫn giải chi tiết.

Lí thuyết cần nhớ

Trước khi bắt đầu bài tập, em hãy ôn lại một số nội dung sau:

• Số oxi hóa: là điện tích quy ước của nguyên tử trong phân tử. Quy tắc xác định: số oxi hóa của đơn chất bằng 0; tổng số oxi hóa trong phân tử bằng 0; trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa bằng điện tích ion; oxi thường có số oxi hóa –2 (trừ một số trường hợp như trong peoxit); hiđro thường +1 (trừ hiđrua kim loại).
• Chất khử: là chất nhường electron, có số oxi hóa tăng (bị oxi hóa).
• Chất oxi hóa: là chất nhận electron, có số oxi hóa giảm (bị khử).
• Phản ứng oxi hóa khử: có sự chuyển electron giữa các chất, kèm theo sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.

Ví dụ minh họa có hướng dẫn giải

Ví dụ 1: Cho phản ứng sau: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Hãy xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng, chỉ rõ chất khử, chất oxi hóa và giải thích vì sao phản ứng này là phản ứng oxi hóa khử.

Hướng dẫn giải:

• Xác định số oxi hóa:
  • Fe (đơn chất): 0
  • Cu trong CuSO₄: +2 (vì nhóm SO₄ có điện tích –2)
  • Fe trong FeSO₄: +2
  • Cu (đơn chất): 0
• Nhận xét:
  • Số oxi hóa của Fe tăng từ 0 lên +2 → Fe nhường 2 electron, là chất khử.
  • Số oxi hóa của Cu giảm từ +2 xuống 0 → Cu nhận 2 electron, là chất oxi hóa.
• Kết luận: Đây là phản ứng oxi hóa khử vì có sự chuyển electron từ Fe sang ion Cu²⁺, làm thay đổi số oxi hóa của hai nguyên tố.

Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử sau theo phương pháp thăng bằng electron: KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

Hướng dẫn giải:

• Xác định số oxi hóa thay đổi:
  • Mn trong KMnO₄: +7 → Mn trong MnCl₂: +2 (giảm 5 electron)
  • Cl trong HCl: –1 → Cl trong Cl₂: 0 (tăng 1 electron, nhưng mỗi phân tử Cl₂ có 2 nguyên tử nên tổng tăng 2 electron)
• Viết quá trình:
  • Quá trình khử: Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²
  • Quá trình oxi hóa: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e
• Thăng bằng electron: nhân quá trình khử với 2, quá trình oxi hóa với 5:
  • 2×(Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²)
  • 5×(2Cl⁻ → Cl₂ + 2e)
• Đặt hệ số vào phản ứng:
  • 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O
• Kiểm tra lại số nguyên tử mỗi nguyên tố: thỏa mãn.

Ví dụ 3: Trong phản ứng: Zn + H₂SO₄ (đặc, nóng) → ZnSO₄ + SO₂ + H₂O. Xác định tỉ lệ giữa số nguyên tử Zn bị oxi hóa và số phân tử H₂SO₄ bị khử.

Hướng dẫn giải:

• Xác định số oxi hóa:
  • Zn từ 0 lên +2 → Zn bị oxi hóa
  • S trong H₂SO₄: +6 → S trong SO₂: +4 → H₂SO₄ bị khử
• Quá trình:
  • Zn → Zn²⁺ + 2e
  • S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴
• Tỉ lệ: 1 nguyên tử Zn nhường 2 electron, 1 phân tử H₂SO₄ nhận 2 electron. Suy ra tỉ lệ 1:1.

Ghi nhớ

• Xác định số oxi hóa là bước đầu tiên và quan trọng nhất để giải bài tập oxi hóa khử.
• Chất khử (bị oxi hóa) có số oxi hóa tăng sau phản ứng. Chất oxi hóa (bị khử) có số oxi hóa giảm.
• Khi cân bằng, tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.
• Đối với phản ứng có môi trường axit hay bazơ, có thể thêm H⁺, OH⁻ và H₂O để cân bằng.

Bài tập gợi ý

1. Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các hợp chất sau: NH₃, HNO₃, K₂Cr₂O₇, Na₂SO₃.
2. Hoàn thành và cân bằng các phản ứng oxi hóa khử sau:
   • Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂
   • KClO₃ → KCl + O₂
   • Cu + HNO₃ (loãng) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O
3. Cho phản ứng: Mg + HCl → MgCl₂ + H₂. Hãy cho biết chất nào đóng vai trò chất khử, chất nào là chất oxi hóa? Tính thể tích khí H₂ (đktc) thu được khi dùng 4,8 gam Mg.
4. Trong phản ứng: Cl₂ + NaOH → NaCl + NaClO + H₂O, clorine vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử. Hãy giải thích và cân bằng phản ứng.