(SKKN 2022) kĩ năng xác định số oxi hóa thông qua công thức cấu tạo cân bằng nhẩm phản ứng oxi hóa – khử

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong hóa học nói chung và hóa học vô cơ nói riêng, số lượng phản ứnghóa học là phản ứng oxi hóa - khử là rất nhiều, do đó việc hiểu đúng các kháiniệm cơ bản, hiểu rõ

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 1

1.1.Lý do chọn đề tài 1

1.2.Mục đích nghiên cứu 1

1.3.Đối tượng nghiên cứu 1

1.4.Phương pháp nghiên cứu 1

2 NỘI DUNG ……… 2

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ………… …2

2.1.1 Số oxi hóa ……… …… … 3

2.1.2 Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử……… ………3

2.2 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ……… … ….4

2.2.1 Về phía giáo viên……… ……….….4

2.2.2 Về phía học sinh……….4

2.2.3 Kết quả khi chưa thực hiện đề tài……….……….….5

2.2.4 Nguyên nhân của thực trạng trên……… ……5

2.3 GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN……….…… 6

2.3.1 Xác định số oxi hóa……… ……… 6

2.3.2 Cân bằng nhẩm các phản ứng oxi hóa - khử……….………….…8

2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN……… ………… … 17

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… ……… 18

1 Kết luận……… ……….18

2 Kiến nghị……… 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……….20

1 MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong hóa học nói chung và hóa học vô cơ nói riêng, số lượng phản ứnghóa học là phản ứng oxi hóa - khử là rất nhiều, do đó việc hiểu đúng các kháiniệm cơ bản, hiểu rõ bản chất và xác định đúng số oxi hóa, cân bằng đúng vànhanh các phản ứng oxi hóa - khử là nền tảng cơ bản giúp học sinh học tốt hơn

bộ môn hóa học trong trường phổ thông

Về số oxi hóa, học sinh thường xác định số oxi hóa thông qua sự phối hợpbốn quy tắc.Điều này có mặt thuận lợi là học sinh dễ tính toán ra số oxi hóa.Tuynhiên việc công thức hóa đôi khi làm cho học sinh phải nhớ máy móc, những sốoxi hóa tính được không lột tả được bản chất về hóa học làm giảm hứng thú tìmhiểu của học sinh Đồng thời số oxi hóa tính được thường là các số oxi hóa trungbình (đặc biệt trong hóa hữu cơ) do đó có thể dẫn đến sự hiểu nhầm về các phảnứng oxi hóa - khử

Về cân bằng phản ứng oxi hóa - khử, với phương pháp thằng bằngelectron là phương pháp hữu hiệu để cân bằng các phản ứng loại này Tuy nhiênviệc cân bằng theo các bước cụ thể như sách giáo khoa hướng dẫn thường dàidòng, gây mất thời gian cho học sinh, do đó nó chỉ phù hợp với giai đoạn đầukhi dạy về phản ứng oxi hóa – khử

Xuất phát từ thực tế trên tôi đã chọn đề tài: “Kĩ năng xác định số oxi hóa thông qua công thức cấu tạo.Cân bằng nhẩm phản ứng oxi hóa – khử.”

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Với mục đích chính bổ sung cách nhìn nhận bản chất hơn, toàn vẹn hơn về

số oxi hóa, tạo ra một cách nhanh nhất để tính ra được các hệ số của phản ứng

oxi hóa - khử trên nền tảng thăng bằng electron.Từ đó xây dựng cho học sinh một

số kĩ năng cân bằng nhẩm phản ứng oxi hóa- khử để kích thích tính chủ động, sángtạo của học sinh.Các em sẽ thấy hứng thú hơn khi học phần kiến thức này.Đó là mụcđích thôi thúc tôi tìm tòi, nghiên cứu sáng kiến

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Các phương pháp dạy học tích cực

- Phần phản ứng oxi hóa- khử lớp 10

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu kiến thức này tôi tập trung vào các vấn

đề sau:

-Một là nghiên cứu lí luận : Nghiên cứu kĩ lý thuyết phần phản ứng oxi hóa –khửtrong sách giáo khoa hóa học 10 nâng cao và các tài liệu có liên quan Tìm hiểu vềviệc vận dụng các phương pháp dạy học tích cực ở một số trường phổ thông

-Hai là điều tra quan sát :Nghiên cứu khả năng tiếp thu của học sinh lớp mình dạy

để có cách trình bày thật dễ hiểu, phù hợp với đối tượng học sinh

-Ba là thực nghiệm vận dụng phương pháp dạy học đã nêu trong đề tài vào thựctiễn giảng dạy của mình, học tập của học sinh cũng như thu thập ý kiến phản hồi từhọc sinh và đồng nghiệp, rút kinh nghiệm sửa chữa, bổ sung hoàn hiện hơn

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ

2.1.1 Số oxi hóa

- Thông thường học sinh hay tính số oxi hóa như sau (trang 89 - sgk - Hóahọc 10 – Nâng cao): Số oxi hóa của nguyên tố là một số đại số được gán chonguyên tử của nguyên tố theo các quy tắc sau:

Quy tắc 1: Trong các đơn chất, số oxi hóa của nguyên tố bằng không Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số số oxi hóa của các nguyên tố nhân

với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng không

Quy tắc 3: Trong các ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tố bằng

điện tích của ion đó Trong ion đa nguyên tử, tổng số số oxi hóa của các nguyên

tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng điện tích của ion

Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, trừ

hiđrua của kim loại (NaH, CaH2, ) Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ trường hợp

OF2 và peoxit (chằng hạn H2O2, )

- Định nghĩa số oxi hóa (phần luyện tập - tr 95 - sgk - Hóa học 10 - Nâng

cao): 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.

- Hai cách hiểu trên về mặt hình thức thì khác nhau, nhưng về bản chất lạithống nhất với nhau Bốn quy tắc trên là các biểu hiện khác nhau của định nghĩa

số oxi hóa

- Với cách tìm số oxi hóa dựa vào 4 quy tắc trên có một số ưu nhượcđiểm:

+ Việc tính toán rất định lượng, ít phải suy nghĩ nhiều

+ Không hiểu số oxi hóa là cái gì cả, không hiểu các quy tắc trên từ đâu mà

ra, không liên hệ với các kiến thức khác như liên kết hóa học, độ âm điện, + Thường tính ra số oxi hóa trung bình => hiểu nhầm hoặc kết luận nhầm vềphản ứng hóa học

+ Không thuận lợi khi tính toán trong các chất hữu cơ

- Tính số oxi hóa theo định nghĩa sẽ khắc phục được những nhược điểmnày

2.1.2 Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử

Sách giáo khoa Hóa học 10 nâng cao giới thiệu hai phương pháp để cânbằng phản ứng oxi hóa khử: phương pháp thăng bằng electron và Phương pháptăng giảm số oxi hóa (trong phần chữ nhỏ) Thực tế sử dụng phương pháp thăngbằng electron dễ dạy và học sinh cũng dễ vận dụng hơn

Để thực hiện cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron, theo sáchgiáo khoa cần thực hiện 4 bước, nhưng theo tơi nên gộp thành 3 bước:

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hĩa, từ đĩ xác định chất oxi hĩa, chất

khử, chất mơi trường (nếu cĩ)

Bước 2: Viết quá trình oxi hĩa, quá trình khử Tìm hệ số đồng thời.

Bước 3: Đưa hệ số vào phương trình, kiểm tra lại, thêm điều kiện.

Tồn bộ quá trình ở trên được tĩm tắt trong ví dụ sau:

Thí dụ: Lập phương trình hĩa học của phản ứng oxi hĩa - khử sau:

MnO2 + HCl    MnCl2 + Cl2 + H2O(Thí dụ 2 - trang 101 - SGK Hĩa học 10 Nâng cao)

BÀI LÀM

  

(Chất khử/Môi trường)

2 +4 +2

1× 2Cl Cl +2e 1× Mn + 2e Mn

2.2.THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

2.2.1 Về phía giáo viên

- Về vấn đề số oxi hĩa: đa số giáo viên chỉ giới thiệu cách tính số oxi hĩatheo bốn quy tắc, do đĩ làm cho học sinh phải nhớ máy mĩc, kết quả tính được

là số oxi hĩa trung bình gây ra nhiều hiểu nhầm cho học sinh

Thí dụ:

Ca(OH)2 + Cl2    CaOCl2Tính theo số oxi trung bình thì số oxi hĩa của Cl từ 0 sang 0, khơng thay đổi, do

đĩ học sinh thường kết luận phản ứng đĩ khơng phải là phản ứng oxi hĩa - khử.Nhưng thực tế số oxi hĩa của Cl từ 0 sang -1 và +1 nên phản ứng đĩ vẫn là phảnứng oxi hĩa – khử

CH2=CH2 + H2O    CH3CH2OHNếu tính theo số oxi trung bình thì số oxi hĩa của C khơng thay đổi đều là -2, do

đĩ học sinh thường kết luận phản ứng đĩ khơng phải là phản ứng oxi hĩa - khử

Nhưng thực tế số oxi hóa của C từ -2 sang -3 và -1 nên phản ứng đó vẫn là phảnứng oxi hóa – khử.

- Về vấn đề cân bằng phản ứng oxi hóa - khử: Đa số các giáo viên chỉ giớithiệu cách trình bày theo các bước cụ thể như vậy, chưa có các giải pháp cụ thể

để học sinh có thể nhanh chóng tìm ra bộ hệ số trên tinh thần thăng bằngelectron khi mà các em đã làm nhuần nhuyễn cách làm theo các bước, do đó họcsinh khi áp dụng để làm bài tập gây mất rất nhiều thời gian

2.2.2 Về phía học sinh

Đa số các em xác định số oxi hóa và cân bằng các phản ứng oxi hóa khử trong vô cơ tốt, nhưng với các phản ứng hữu cơ các em thường tỏ ra bối rốikhi xác định số oxi hóa và cân bằng hệ số vì trong hóa học hữu cơ thường chỉ 1vài nguyên tử thay đổi số oxi hóa trong rất nhiều nguyên tử (thường hay sai nhất

-là xác định số oxi hóa của C)

- Việc xác định số oxi hóa sai hoặc không xác định được ngoài việc ảnhhưởng đến việc cân bằng phản ứng hóa học còn ảnh hưởng đến việc nhận địnhtính chất của các chất, ví dụ:

+ Các em không hiểu tại sao anđehit lại có tính oxi hóa và khử

+ Các em không hiểu vì sao từ ancol etylic muốn chuyển thành axit axeticlại phải oxi hóa

- Việc cân bằng phản ứng oxi hóa khử chậm đã làm giảm tốc độ làm cácbài tập và bài thi, ảnh hưởng đến việc học tập và thi cử của các em

2.2.3 Kết quả khi chưa thực hiện đề tài

Qua công tác giảng dạy môn Hoá Học ở bậc trung học phổ thông từ năm 2002đến năm 2022 tại các lớp khối 10 mà tôi trực tiếp giảng day tôi thấy hầu hết học sinhđược hỏi đều đang gặp lúng túng trong cách xác định số oxi hóa và cân bằng phảnứng oxi hóa khử Để thấy rõ được thực trạng và những yếu kém tôi đã tiến hànhkhảo sát một đề kiểm tra 15 phút với 5 câu hỏi với hai lớp 10A3 và 10A2 (thuộcloại lớp có chất lượng trung bình khá của trường THPT Hoàng Lệ Kha) và thuđược kết quả:

Không oxi hóa – khử

…H 2 S + …O 2  …SO 2 + …H 2 O (1)

Ca(OH) 2 + Cl 2    …CaOCl 2 (2)

…Fe + …H 2 SO 4 (đặc, nóng) …Fe 2 (SO 4 ) 3 + …SO 2 + …H 2 O (3)

…FeSO 4 +…KMnO 4 +…H 2 SO 4 …Fe 2 (SO 4 ) 3 +…MnSO 4 +…K 2 SO 4 +…H 2 O(4)

- Quan sát thấy tốc độ cân bằng phản ứng khá chậm

2.2.4 Nguyên nhân của thực trạng trên

- Học sinh chưa hiểu đúng bản chất của số oxi hóa nên việc xác định sốoxi hóa còn sai

- Nắm các khái niệm (chất oxi hóa, chất khử, sự oxi hóa, ) còn lơ mơ,không chắc chắn

- Chưa có phương án nhanh chóng đạt được hệ số đúng nên thường làmtheo quy trình như sách giáo khoa đã nêu nên không đủ thời gian

Bước 1: Yêu cầu học sinh nghiên cứu định nghĩa số oxi hóa:

(phần luyện tập - tr 95 - sgk - Hóa học 10 - Nâng cao): 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.

Bước 2: Phân tích cho học sinh biết bản chất và các đặc trưng của số oxi

hóa:

+ Số oxi hóa là điện tích (thực hoặc giả định)

+ Để xác định số oxi hóa có thể phải giả định một số liên kết là liên kếtion

Bước 3: Tiến trình để xác định số oxi hóa thông qua công thức cấu tạo:

+ Viết công thức cấu tạo

+ Ký hiệu các liên kết bằng các dấu gạch ngang hoặc các mũi tên:

* Liên kết cộng hóa trị không phân cực giữa các nguyên tử củacùng một nguyên tố thì dùng dấu gạch ngang (H-H; O=O; )

* Liên kết cộng hóa trị không phân cực giữa các nguyên tử của cácnguyên tố khác nhau nhưng có hiệu độ âm điện nhỏ hơn 0,41 thì viết bằng mũitên hướng về nguyên tử có độ âm điện cao hơn (H   C;…)

* Liên kết cộng hóa trị có cực thì viết bằng mũi tên hướng vềnguyên tử có độ âm điện cao hơn (H   O;…)

Số oxi hóa của của nguyên tử X = Tổng số mũi tên đi – Tổng số mũi tên đến

Bước 4: Củng cố nội dung vừa học

+ Lấy một số ví dụ cho học sinh hiểu bài:

Thí dụ: Tính số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố?

1) H trong H2: H-H, vậy số oxi hóa của H là 0 (kết hợp giải thích quy tắc

1: số oxi hóa của nguyên tử trong đơn chất bằng 0)

2) H, C trong CH4:

H

H H

Số oxi hóa của H: 1 - 0 = +1; Số oxi hóa của C: 0 - 4= -43) H; Cl trong HCl: H   Cl

Số oxi hóa của H: 1 - 0 = +1; Số oxi hóa của Cl: 0 - 1= -14) H; O trong H2O:

(kết hợp gải thích quy tắc 4: Trong đa số hợp chất số oxi hóa của H là +1; của O là -2 Chú thích và giải thích nguyên nhân một số trường hợp không đúng như peoxit; hợp chất hiđrua; )

7) Cl; O; Ca trong CaOCl2:

Ca

Cl(1)

Số oxi hóa của các Ca: 2 – 0 = +2

Số oxi hóa của các O: 0 – 2 = -2

Số oxi hóa của các Cl(1): 0 – 1 = -1

Số oxi hóa của các Cl(2): 1 – 0 = +1

Từ đó giải thích cho học sinh rõ hơn vì sao phản ứng giữa Cl2 vớiCa(OH)2 ở điều kiện thường là phản ứng oxi hóa – khử

8) H; O; N trong HNO3:

H O(1) N

O (2)

O(3)(*)

Số oxi hóa của các H: 1 - 0 = +1

Trong ba nguyên tử oxi, nguyên tử O(1) nhận được 2 electron từ hai liênkết với H và N; nguyên tử O(2) nhận được 2 electron từ liên kết đôi với N cònnguyên tử O(3) tạo liên kết cho nhận với nguyên tử N (N cho còn O nhận), ở đónếu chuyển thành liên kết ion nó sẽ nhận được 2 electron này vì vậy các nguyên

tử oxi này đều có số oxi hóa -2

Nguyên tử N bị mất 3 electron từ ba liên kết với O(1); O(2) và 2 electron từ

1 liên kết cho - nhận với O(3), tổng cộng N mất 5 electron, do đó N có số oxi hóa+5 trong HNO3 (Nhấn mạnh cho học sinh: Liên kết cho nhận thực chất là liên

kết cộng hóa trị, nhưng chỉ khác về nguồn gốc cặp electro dùng chung)

9) H; O; N trong NH4NO3:

N H

-Liên kết trong NH4NO3 gồm liên kết ion giữa NH4+ và NO3-, Gốc NO3-, sốoxi hóa của các nguyên tử không biến đổi so với trong HNO3 đã xét ở trên

Trong cation NH4+, N có 3 liên kết cộng hóa trị có cực (phân cực về phíaN) với ba nguyên tử H và 1 liên kết cho nhận (*) với ion H+ còn lại - trong đó

cặp electron do nguyên tử N cung cấp Từ nhận xét đó ta thấy các nguyên tử Hđều mất 1 electron trong mối liên kết với N do đó chúng đều có số oxi hóa +1,nguyên tử N nhận được 3 electron trong 3 mối liên kết với 3 nguyên tử H vàchằng mất và cũng chẳng được gì từ mối liên kết cho - nhận với nguyên tử Hcòn lại do đó nó có số oxi hóa -3.

H

Số oxi hóa của các H: 1 - 0 = +1; Số oxi hóa của C(1): 0 - 3= -3;

Số oxi hóa của C(2): 3 - 2= +1; Số oxi hóa của các O: 0 - 2= -2+ Dựa vào các ví dụ vừa lấy nhấn mạnh cho học sinh: bốn quy tắc trênđều xuất phát từ bản chất của số oxi hóa; Số oxi hóa tính được thường là số oxihóa trung bình

2 Cân bằng nhẩm các phản ứng oxi hóa khử

Với tất cả các lớp giáo viên đều dạy cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo bốn bước như sách giáo khoa hoặc ba bước như trên

Giáo viên trong quá trình lấy ví dụ cho học sinh nên:

+ Nhấn mạnh cho học sinh cách phát hiện đâu là chất khử; đâu là chất oxihóa; đâu là chất môi trường và vai trò của nó trong phản ứng oxi hóa – khử

+ Phân loại và cho làm quen các loại phản ứng oxi hóa khử cụ thể Theoquan điểm của tôi, các phản ứng oxi hóa - khử nên chia thành các dạng sau đây:

Dạng 1: Phản ứng oxi hóa – khử có đầy đủ ba thành phần (chất khử, chất oxi hóa và môi trường):

………

………

………c) K2SO3 + KMnO4 + H2SO4  K2SO4 + MnSO4 + H2O

………

………

………

Dạng 2: Phản ứng oxi hóa – khử chỉ có hai thành phần (chất khử và chất oxi hóa):

a) H2S + O2  SO2 + H2O

………

………

………

b) Fe2O3 + H2  Fe + H2O ………

………

………

c) P + KClO3  P2O5 + KCl

………

………

………

d) H2S + SO2  S + H2O ………

………

………

e) CH3CH2OH + CuO   t o CH3CHO + Cu + H2O ………

………

………

f ) CH3CHO + Ag2O NH , 3 t oCH3COOH + Ag ………

………

………

Dạng 3: Phản ứng oxi hóa – khử có chất oxi hóa cũng là chất môi trường hoặc chất oxi khử cũng là chất môi trường: a) Fe + H2SO4 (đặc, nóng)  Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O ………

………

………

b) FeO + H2SO4 (đặc, nóng)  Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O ………

………

………

c) Fe3O4 + H2SO4 (đặc)  Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O ………

………

……… d) MnO2 + HCl  MnCl2 + Cl2 + H2O

………

………e) KMnO4 + HCl  KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

………

………

………f) K2Cr2O7 + HCl  KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O

………

………

………g) Mg + HNO3  Mg(NO3)2 + NO + H2O

………

………

………h) Mg + HNO3  Mg(NO3)2 + N2 + H2O

………

………

………i) Al + HNO3  Al(NO3)3 + N2O + H2O

………

………

………k) Zn + HNO3  Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O

………

………

………l) FeCO3 + HNO3  Fe(NO3)3 + NO2 + CO2 + H2O

………

………

………c) S + NaOH  Na2SO3 + Na2S + H2O