Phương pháp oxy hóa khử là gì

1. Phản ứng oxi hóa - khử là gì?

Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng [hay phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố]. Trong một phản ứng sẽ có chất khử và chất oxi hóa, diễn ra hai quá trình: oxi hóa và khử.

• Chất khử là chất nhường electron [hay là chất có số oxi hóa tăng sau phản ứng]. Chất khử còn gọi là chất bị oxi hóa.
• Chất oxi hóa là chất nhận electron [hay là chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng]. Chất oxi hóa còn gọi là chất bị khử.
• Quá trình oxi hóa [Sự oxi hóa] một chất là làm cho chất đó nhường electron hay làm tăng số oxi hóa của chất đó.
• Quá trình khử [Sự khử] một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hóa của chất đó.

2. Các dạng bài về Phản ứng oxihóa - khử

2.1. Dạng 1: Xác định số oxi hóa

Khái niệm: Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó nếu giả định liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử là liên kết ion.

Ví dụ:

Cl2,H2,O2,Cu,Na,: có số oxi hóa bằng 0 vì các electron chung không dịch chuyển về phía nguyên tử nào.

H-Cl: Vì Clo có độ âm điện lớn hơn H nên cặp electron chung dịch chuyển về phía Cl Số oxi hóa của H: +1, Cl: -1.

H-O-H: Số oxi hóa của H: +1, O: -2 [Vì 2 cặp electron chung dịch chuyển về phía Oxi].

NaH: Số oxi hóa của H: -1, Na: +1 [Vì Na nhường 1 electron cho H].

Na2O: Số oxi hóa của O: -2, Na: +1.

NaOH: Số oxi hóa của O: -2, Na: +1.

H2O2[ H-O-O-H]: Số oxi hóa của O: -1, H: +1 [vì chỉ có 1 cặp electron dịch chuyển về phía Oxi].

F2O: Số oxi hóa của O: +2, F: -1 [vì F có độ âm điện lớn hơn O nên cặp electron chung dịch chuyển về phía Flo].

CaCl2: Số oxi hóa của Cl: -1, Ca: +2.

Đơn chất: Số oxi hóa bằng 0.

Hợp chất:

• H có số oxi hóa +1, trừ hợp chất của H với kim loại [hidrua].
• O có số oxi hóa -2, trừF2O2 và hợp chất peoxit [H2O2,Na2O2 ].

Kim loại: Luôn có số oxi hóa dương và bằng điện tích của ion kim loại đó.

Trong đó:

Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0 tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong ion bằng điện tích của ion đó.

Ví dụ: Tính số oxi hóa của N, S, C trong các hợp chất và ion sau:

H+1NxO3-2: [+1] + x + [-2].3 = 0 x = +5

H+12SxO-24: [+1].2+ x + [-2].4 = 0 x = +6

[NxO3-2]-: x + [-2].3 = -1 x = +5

[SxO4-2]2-: x + [-2].4 = -2 x = +6

Na+1NxO3-2: [+1] + x + [-2].3 = 0 x = +5

Ca+2SxO4-2: [+2] +x + [-2].4 = 0 x = +6

Trong gốc NO3,Nluôn có số oxi hóa: +5, trong gốcSO4,S luôn có số oxi hóa : +6.

C2H4 [CH2=CH2]: Số oxi hóa của C: -2 tổng số oxi hóa củaCH2 bằng 0.

C2H6 [CH3-CH3]: Số oxi hóa của C: -3 tổng số oxi hóa củaCH3 bằng 0.

C2H2[CHCH]: Số oxi hóa của C: -1 tổng số oxi hóa củaCH bằng 0.

Trong các hợp chất hữu cơ, tổng số oxi hóa của nguyên tử C và các nguyên tử liên kết với nó bằng 0.

2.2. Dạng 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. Tìm chất khử và chất oxi hóa.

Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình.

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận.

Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thành phương trình hóa học.

Lưu ý: Kiểm tra hệ số theo thứ tự: kim loại, phi kim trung tâm, hiđro, oxi.

Ví dụ 1:Lập phương trình hóa học của các phản ứng oxi hóa - khử sau theo phương pháp thăng bằng electron.

• S +HNO3H2SO4+NO

Bước 1:

S+HN+5O3H2S+6O4+N+2O

Bước 2:

S0 S+6 + 6e [Quá trình oxi hóa]

N+5 + 3e N+2[Quá trình khử]

Bước 3:

1 ×S0S+6+ 6e

2×N+5+ 3eN+2

Bước 4:

S0+2N+5S+6+2N+2

PTHH:S+2HNO3H2SO4+ 2NO

Ví dụ 2:Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử sau:

• I20[chất khử]+HN+5O3[chất oxi hóa]HI+5O3+ N+2O+H2O

3 ×I202I+5+ 10e [quá trình oxi hóa]

10 ×N+5 + 3eN [quá trình khử]

3I2+ 10HNO36HIO3 + 10NO +2H2O

• Fe0[chất khử] +HNO3 đặc nóng [chất oxi hóa]FeNO33+ NO2+H2O

1 ×FeFe + 3e [quá trình oxi hóa]

3 ×N + 1eN [quá trình khử]

Fe+ 3HNO3 đặc nóng FeNO33+ 3NO2+H2O

Ta thấy có 3 phân tử HNO3mà số oxi hóa của nguyên tố Nitơ không thay đổi, chúng đóng vai trò là chất tạo môi trường nên hệ số cân bằng củaHNO3 = Nvếphải= 3 +3 = 6.

Fe+ 6HNO3 đặc nóngFeNO33+ 3NO2+ 3H2O

• FeS2+HNO3FeNO33+H2SO4+ NO+H2O

Ta thấy:FeS2 là phân tử có 2 nguyên tố thay đổi số oxi hoá [Fe+2Fe+3vàS-1S+6] nên chúng ta nên để nguyên dạngFeS2 và xem số oxi hóa của phân tử là 0, cách cân bằng như sau:

1×FeS20Fe+3+2S+6+15e [quá trình oxi hóa]

5×N+5+ 3eN+2[quá trình khử]

Hệ số cân bằng của HNO3 =Nvếphải= 3 + 5 = 8

FeS2+ 8HNO3FeNO33+ 2H2SO4+5NO+ 2H2O

• C60H12+1O6-2+KMn+7O4+H2S+6O4K2S+6O4+Mn+2S+6O4+C+4O4+H2O

[Chất khử] [Chất oxi hóa]

5 × 6C0 6C+4+ 24 e [quá trình oxi hóa]

24× Mn+7+ 5 e Mn [quá trình khử]

Hệ số cân bằng củaH2SO4=Svếphải= 12 + 24 = 36

5C6H12O6 + 24KMnO4+ 36H2SO4 12K2SO4 + 24MnSO4 + 30CO2 + 66H2O

• Fex+2yOyx-2[Chất khử] +H2S+6O4[Chất oxi hóa]Fe2+3S+6O43 +S+4O2 +H2O

1×2x Fe+2y/x2xFe+3 + 2[3x 2y] e [quá trình oxi hóa]

[3x - 2y]×S+6+ 2e S+4[quá trình khử]

hệ số cân bằng củaH2SO4 = Svếphải= 3x + 3x - 2y = 6x - 2y

2FexOy+ [6x 2y]H2SO4 xFe2SO43+ [3x 2y]SO2 + [6x 2y]H2O

• C-2H2=C-2H2 +KMnO4+H2OCH2OH-CH2OH+KOH+Mn+4O2

[Chất khử] [Chất oxi hóa]

3×2C-22C-1+ 2e [quá trình oxi hóa]

2×Mn+7+3eMn+4[quá trình khử]

3CH2=CH2 + 2KMnO4+ 4H2O 3CH2OH CH2OH+ 2KOH + 2MnO2

2.3. Dạng 3: Toán bảo toàn electron

Phương pháp giải [Cho các trường hợp pha trộn các chất xảy ra phản ứng oxi hóa khử].

Bước 1: Tóm tắt đề theo sơ đồ phản ứng.

Bước 2: Xác định những nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Bước 3: Viết quá trình khử, quá trình oxi hóa.

Bước 4: Đưa mol vào các quá trình khử và quá trình oxi hóa để tìm mol electron nhường và mol electron nhận.

Bước 5: Bảo toàn electron:sốmolenhường=sốmolenhận.

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 8,84 gam hỗn hợp X gồm Alvà Fetrong dung dịch HCldư thu được 6,272 lít khíH2 [đkc]. Tính khối lượngAl trong hỗn hợp X?

Hướng dẫn giải:

Al0,Fe0[8,84 gam]+H+1Cldư-1Al+3Cl3-1Fe+2Cl2-1+H2[6,272 lít]

nH2=6,27222,4=0,28[mol]

Alx0Alx+3+3e3x[mol]

FeyFey+2+2e2y[mol]

2H+1+2e0,56H20,28[mol]0

BT E: Tổng số mol nhường = Tổng số mol nhận

3x + 2y = 0,56 [1]

m hỗn hợp X: 27x + 56y = 8,84 [2]

Giải [1] và [2] ta được : x = 0,12 và y = 0,1

Vậy m Al = 0,12.27 = 3,24 gam.

Ví dụ 2: Cho V lít hỗn hợp khí A [đktc] gồmCl2 vàO2phản ứng vừa hết với hỗn hợp B gồm 9,6 gam Mgvà 16,2 gamAl tạo thành 74,1 gam hỗn hợp muối clorua và oxit của 2 kim loại. Tính giá trị V?

Hướng dẫn giải:ACl20:xmolO20:ymol+BMg0:9,624=0,4molAl0:16,227=0,6mol

74,1 gamMg+2Cl-12,Al+3Cl3-1Mg+2O-2,Al2+3O-23

Cl2x0+2e2x2Cl2x-1O2y0+4e4y2O2y-2Tổng số mol e nhận = 2x + 4y

Mg0,40Mg+2e0,8[mol]0,4+2Al0,60Al0,6+3+3e1,8[mol]Tổng số mol e nhường = 0,8 + 1,8 = 2,6

BT E: 2x + 4y = 2,6 [1]

BTKL: mA + mB = 74,1 [2]

Giải [1] và [2] thu được: x = 0,5 và y = 0,4

Giá trị V là: V = [0,5 + 0,4].22,4 = 20,16 [lít]

Ví dụ 3: Đốt cháy một lượng Al trong 3,36 lít [đktc] khíO2 thu được chất rắn X. Hoà tan hết X trong dung dịchHCl dư, thấy bay ra 6,72 lít [đktc] khí H2. Tính khối lượng Al đã dùng?

Hướng dẫn giải:

Al0:x mol +O20:3,3622,4=0,15mol

XAl0Al2+3O3-2+H+1Cl-1Al+3Cl3-1H20:6,7222,4=0,3mol

Alx0Alx+3+3e3xmolTổng mole nhường: 3x

O20,150+4e0,62O0,3mol-22H+1+2e1,2H20,6mol0Tổng mol e nhận = 0,6 + 1,2 =1,8

BT E: 3x = 1,8 x = 0,6

Khối lượng Al đã dùng: 0,6.27 = 16,2 gam

3. Một số bài tập về phương trình phản ứngoxi hóa khử

Câu 1: Tính số oxi hóa của N, S, C trong các hợp chất và ion sau:

HNO2,KNO3,AlNO33,NH4NO3,NH4NO2,NH4+

K2SO4,SO2,SO3,FeSO4,Na2SO3,KHSO3,NaHSO4,NH42SO4

CO2, CO,Na2CO3,KHCO3,NH42CO3,CO32-

Câu 2:Lập phương trình hóa học của các phản ứng oxi hóa - khử sau theo phương pháp thăng bằng electron:

NH3+O2N2+H2O

NH3+O2NO+H2O

NH3+Cl2N2+HCl

C+HNO3CO2+NO2+H2O

S+HNO3H2SO4+NO2+H2O

P+HNO3H3PO4+NO2+H2O

Ag+H2SO4đặcAg2SO4+SO2+H2O

Al+H2SO4đặcAl2SO43+SO2+H2O

Zn+HNO3đặcZnNO32+NO +H2O

CH2=CH-CH3+KMnO4+H2OCH2OH-CHOH-CH3+KOH +MnO2

FexOy+HNO3FeNO33+NO +H2O

FeCu2S2+O2Fe2O3+CuO +SO2[Cu:+1]

Câu 3: Hòa tan hết 11 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe bằng dung dịchH2SO4 loãng, dư thu được 8,96 lít [đktc] khí H2. Tính % khối lượng của Fe trong X. [ĐS: 50,91%]

Câu 4: Cho 6,72 lít [đktc] hỗn hợp khí A gồmCl2 vàO2 tác dụng hết với m gam hỗn hợp kim loại B gồmAl,Zn thu được 31,9 gam chất rắn gồm các oxit và muối clorua. Biết tỉ khối của A so vớiH2 là 22,5. Tính m và % khối lượng củaZn trong B? [ĐS: 18,4 gam; 70,65%]

Câu 5: Cho 9,75 gam bột kim loạiZn tác dụng với V lít khí clo, phản ứng xong thu được hỗn hợp rắn X. Hòa tan hết X vào dung dịchHCl dư, thấy có 1,12 lít khí H2. Biết các thể tích khí được đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Tính giá trị V? [ĐS: 2,24 lít]

------------------------------

Biên soạn:

Giáo viên: Hồ Minh Trang -Phạm Văn Thắng -Lương Hồng Diễm

Hy vọng bài viết sẽ giúp các em học sinh ôn tập những kiến thức cơ bản và luyện tập các dạng bài về phản ứng oxi hóa - khử hiệu quả.

Xem thêm:

• Glixerol và tính chất hóa học của glixerol [glixerin]
• Thông tin di truyền trên ADN được truyền đạt như thế nào?