Ví dụ: Luyện tập: Phản ứng oxi hóa khử

Bài luyện tập: Phản ứng oxi hóa khử

Giới thiệu

Trong bài học trước, các em đã được tìm hiểu về khái niệm phản ứng oxi hóa khử, chất oxi hóa, chất khử, quá trình oxi hóa và quá trình khử. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau luyện tập để vận dụng những kiến thức đó vào các ví dụ cụ thể. Mục tiêu của buổi luyện tập này là giúp các em thành thạo cách xác định số oxi hóa, nhận biết chất oxi hóa – chất khử, và cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp thăng bằng electron.

I. Lý thuyết cần nhớ

Để làm tốt các bài tập, các em cần nắm vững các kiến thức nền tảng sau:

• Số oxi hóa là điện tích quy ước của nguyên tử trong phân tử nếu giả định các liên kết đều là liên kết ion. Quy tắc xác định số oxi hóa:
  • Số oxi hóa của nguyên tố đơn chất bằng 0.
  • Kim loại kiềm (IA) luôn là +1, kiềm thổ (IIA) luôn là +2.
  • Hydro trong hợp chất thường là +1 (trừ hydrua kim loại: -1).
  • Oxy trong hợp chất thường là -2 (trừ peoxit: -1, hợp chất với fluor: +2).
  • Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0; trong ion đa nguyên tử bằng điện tích ion.
• Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất, hay nói cách khác là có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
• Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron (có số oxi hóa tăng).
• Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron (có số oxi hóa giảm).
• Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường electron (số oxi hóa tăng).
• Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận electron (số oxi hóa giảm).

II. Ví dụ minh họa từng bước

Ví dụ 1: Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Cho phản ứng sau: Fe + H₂SO₄ (loãng) → FeSO₄ + H₂↑

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.

• Fe (đơn chất): số oxi hóa = 0.
• Trong H₂SO₄:
  • H: +1 (vì liên kết với phi kim).
  • O: -2.
  • S: Gọi x là số oxi hóa của S, ta có: 2×(+1) + x + 4×(-2) = 0 → x = +6. Vậy S có số oxi hóa +6.
• Trong FeSO₄:
  • Fe: +2 (vì Fe là kim loại, liên kết với gốc SO₄²⁻).
  • S: vẫn là +6 (gốc SO₄²⁻ giữ nguyên cấu trúc).
  • O: -2.
• H₂ (đơn chất): số oxi hóa = 0.

Bước 2: Xác định sự thay đổi số oxi hóa.

• Fe: từ 0 → +2 (tăng 2 đơn vị) → Fe nhường electron.
• H: từ +1 (trong H₂SO₄) → 0 (trong H₂) (giảm 1 đơn vị, nhưng có 2 nguyên tử H tham gia nên tổng giảm 2) → H nhận electron.

Bước 3: Kết luận.

• Chất khử (chất nhường e): Fe.
• Chất oxi hóa (chất nhận e): H⁺ trong H₂SO₄.
• Quá trình oxi hóa: Fe → Fe²⁺ + 2e.
• Quá trình khử: 2H⁺ + 2e → H₂.

Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp thăng bằng electron

Cho phản ứng: Cu + HNO₃ (loãng) → Cu(NO₃)₂ + NO↑ + H₂O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi.

• Cu (đơn chất): 0.
• Trong Cu(NO₃)₂: Cu có số oxi hóa +2.
• Trong HNO₃: N có số oxi hóa +5.
• Trong NO: N có số oxi hóa +2.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

• Quá trình oxi hóa: Cu → Cu²⁺ + 2e (Cu nhường 2 electron).
• Quá trình khử: N⁺⁵ + 3e → N⁺² (N⁺⁵ nhận 3 electron).

Bước 3: Tìm hệ số thăng bằng electron.

• Số electron nhường = số electron nhận. Bội số chung nhỏ nhất của 2 và 3 là 6.
• Nhân quá trình oxi hóa với 3: 3Cu → 3Cu²⁺ + 6e.
• Nhân quá trình khử với 2: 2N⁺⁵ + 6e → 2N⁺².

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và cân bằng các nguyên tố còn lại.

• Hệ số: 3Cu + HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O.
• Cân bằng N: Vế phải có: 3×2 (trong Cu(NO₃)₂) + 2 (trong NO) = 8 nguyên tử N. Vậy vế trái cần 8 HNO₃.
• Cân bằng H: Vế trái có 8 H, vế phải cần 4 H₂O (vì 8H = 4H₂O).
• Cân bằng O: Vế trái: 8×3 = 24 O. Vế phải: 3×2×3 (trong Cu(NO₃)₂) + 2×1 (trong NO) + 4×1 (trong H₂O) = 18 + 2 + 4 = 24 O. Đã cân bằng.

Phương trình hoàn chỉnh: 3Cu + 8HNO₃ (loãng) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

III. Ghi nhớ

• Trong phản ứng oxi hóa khử, bao giờ cũng có sự thay đổi số oxi hóa của một hoặc nhiều nguyên tố.
• Chất khử làm chất khác bị khử (bản thân nó bị oxi hóa). Chất oxi hóa làm chất khác bị oxi hóa (bản thân nó bị khử).
• Khi cân bằng, cần đảm bảo: Tổng số electron nhường = Tổng số electron nhận.
• Luôn kiểm tra lại sự cân bằng của các nguyên tố không thay đổi số oxi hóa sau khi đã đặt hệ số chính.

IV. Bài tập gợi ý

Các em hãy tự luyện tập với các bài tập sau đây:

1. Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các chất sau: KMnO₄, Na₂Cr₂O₇, NH₄NO₃, Al₂(SO₄)₃.
2. Cho phản ứng: Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂. Hãy xác định chất khử, chất oxi hóa, viết quá trình oxi hóa và quá trình khử.
3. Cân bằng phương trình phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng electron: Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂ (biết C trong CO có số oxi hóa +2, trong CO₂ có số oxi hóa +4).
4. Trong phản ứng: Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O, hãy cho biết vai trò của Cl₂ (vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử). Giải thích.

Chúc các em học tốt và nhớ rằng: luyện tập nhiều sẽ giúp các em làm chủ được phản ứng oxi hóa khử!