NaCl : Na có điện tích 1+ Clo có điện tích 1 – Na có số oxi hóa + 1 Clo có số oxi hóa - 1 Đ/N Số oxi hóa là điện tích của các nguyên tố nếu giả sử rằng cặp electron dùng chung chuyển hẳ
Trang 1Chuyên đề: phản ứng oxi hoá - khử
Lý thuyết cần cung cấp.
1 Số oxi hoá
+ Khái niệm
+ Các quy tắc tính số oxi hoá
B Phản ứng oxi hoá - khử.
I Khái niệm
II Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử
III Phân loại phản ứng hoá học
IV Các chất có thể đóng vai trò chất khử, chất oxi hoá
V Chiều của phản ứng oxi hoá - khử
C Điện phân.
A Số oxi hóa;
1 Định nghĩa:
VD:
HCl giả sử cặp electron dùng chung chuyển hẳn về phía Cl => H có điện tích là 1+ ;
clo có điện tích là (1 - ) khi đó H có số oxi hóa +1; Clo có số oxi hóa (– 1)
NaCl : Na có điện tích 1+
Clo có điện tích 1 –
Na có số oxi hóa (+ 1)
Clo có số oxi hóa (- 1 )
Đ/N
Số oxi hóa là điện tích của các nguyên tố nếu giả sử rằng cặp electron dùng chung
chuyển hẳn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn
2 Các quy tắc xác định số oxi hóa.
+ Số oxi hóa của các đơn chất bằng không:
VD: Na; Cl2; S; O2 số oxi hóa luôn bằng không
+ Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử : Bằng điện tích của ion đó
VD: M n+ => M có số oxi hóa + n
X m - => X có số oxi hóa - m
I - ; Br - ; Cl - : -1
Mg 2+; Ba 2+ : +2
+ Trong các hợp chất : oxi có số oxi hóa ( -2) trừ: K2O2; H2O2; F2O
H có số oxi hóa (+1) trừ số oxi hóa của hợp chất MHn với M là kim loại
+ Tổng số oxi hóa của một chất bằng không:
Tổng số oxi hóa của một ion bằng điện tích của ion đó
VD: NH4 : H có số oxi hóa +1 => N có số oxi hóa - 3
NO3 – : O có số oxi hóa - 2 => N có số oxi hóa +5
3 Vận dụng;
Xác định số oxi hóa của N trong các hợp chất:
NH4, NH3; N2O ; NO ; NO2 ; HNO2 ; HNO3; Al(NO3)3
NH4NO2 ; NH4NO3
+ S trong các hợp chất:
H2S; Na2S ; NaHS ; SO2; SO3; H2SO3; H2SO4; BaSO4 FeS; FeS2
+ Clo trong các hợp chất:
MnCl2; HClO ; HClO2 ; HClO3; HClO4 ; KClO3 ; KClO4 CaOCl2
+ Mn trong các hợp chất:
MnSO4; MnO2; MnO4 – ; MnO42 - ; KMnO4; K2MnO4
+ C trong các hợp chất:
CH4; CH3CHO; CH3CH2OH
B Phản ứng oxi hóa khử:
I Định nghĩa:
1 Ví dụ:
Na + Cl2 → NaCl
Na có số oxi hóa thay đổi ( 0 +1) Clo có số oxi hóa thay đổi ( 0 - 1)
Na là chất khử Clo là chất oxi hóa
Sự khử: Cl2 + 2e = 2Cl –
Sự oxi hóa: Na + e = Na+ H2 + Cl2 →2HCl
H có số oxi hóa thay đổi ( 0 +1)
Cl có số oxi hóa thay đổi ( 0 - 1 ) H2 là chất khử
Cl2 là chất oxi hóa
Sự khử: Cl2 + 2e = 2Cl –
Sự oxi hóa: H2 + 2e = 2H+
2 Định nghĩa:
+ phản ứng oxi hóa khử: là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố tham gia phản ứng
+ Chất khử: Là chất cho electron ( hay chất tăng số oxi hóa) Chất oxi hóa: Là chất nhận electron ( hay chất giảm số oxi hóa)
Sự khử : là sự nhận electron
Sự oxi hóa: là sự nhờng electron VD:
a Trong phản ứng oxi hóa khử, số oxi hóa của các nguyên tố biến đổi
nh thế nào?
b Hãy chỉ ra chất khử, chất oxi hóa, sự khử, sự oxi hóa trong phản ứng oxi hóa khử sau:
H2S + SO2 = S + H2O
II Cân bằng phản ứng oxi hóa khử.
1 Các bớc để cân bằng phản ứng oxi hóa khử
B1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố
+ Xác định loại phản ứng + Xác định chất khử, chất oxi hoá
Trang 2VD:
Fe2O3 + H2 → Fe + H2O
Fe+3 → Fe
H2 →2H+
B2: Viết sơ đồ cho – nhận e và cân bằng hệ số phụ
B3: Cân bằng số electron cho và nhận
2Fe+3 +6e 2Fe
1 3
B4: Đa hệ số vào phơng trình
VD: Cân bằng các phơng trình phan ứng sau theo phơng pháp thăng bằng e, chỉ ra
chất khử, chất oxi hoá, sự khử, sự oxi hoá
Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2 + H2O
Mg + H2SO4 đ →t0 MgSO4 + SO2 + H2O
2 Các dạng cân bằng pu oxi hoá khử
+ Cân bằng các phản ứng thông thờng
1 Al + NaOH + NaNO3 + H2O → NaAlO2 + NH3
2 Zn + NaOH + NaNO3 → Na2ZnO2 + NH3 + H2O
3 Cu + HCl + NaNO3 → CuCl2 + NaCl + NO + H2O
4 Cu + O2 + HCl → CuCl2 + H2O
5 K2SO3 + KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + H2O
6 FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
7 H2S + Cl2 + H2O → HCl + H2SO4
8 HCl + KMnO4 → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
9 HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 + H2O
10 Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
11 FeCO3 + HNO3 → Fe(NO3)3 + CO2 + NO + H2O
+ Cân bằng pu oxi hoá - khử có nhiều chất khử trong một phân tử.
1 FeS + O2 →t0 Fe2O3 + SO2
2 FeS2 + O2 →t0 Fe2O3 + SO2
3 FeCuS2 + O2 →t0 Fe2O3 + CuO + SO2
4 FeS + HNO3 đ →t0 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
5 FeS2 + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO + H2O
6 FeS + H2SO4đ →t0 Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
7 FeS2 + H2SO4 đ →t0 Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
8 As2S3 + HNO3 đ →t0 H3AsO4 + H2SO4 + NO2 + H2O
9 As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + H2SO4 + NO
10 Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO + H2O
+ Cân bằng các phản ứng oxi hoá - khử với hệ số bằng chữ.
1 M + HNO3 → M(NO3)n + H2O +
2
2 2
4 3
NO NO
N O N
NH NO
2 M + H2SO4 đ →t0 M2(SO4)n + H2O +
2
2
SO S
H S
3 FexOy + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2O + NO2
NO
4 FexOy + H2SO4 đ →t0 Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
5 Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NxOy + H2O
6 Fe2O3 + CO →t0 FexOy + CO2
7 FexOy + Al →t0 Al2O3 + Fe
8 M2On + HNO3 → M(NO3)m + NO + H2O
9 FeaOb + HNO3 → NxOy + Fe(NO3)3 + H2O
+ Cân bằng các phản ứng phức tạp.
1 Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + N2O + H2O biết tỉ lệ số mol NO : N2O = 5 : 2
2 Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO + N2O + H2O Biết hỗn hợp khí thu đợc có tỉ khối so với H2 là 17,8
3 Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2O + N2 + H2O biết 1 (l) hỗn hợp khí thu đợc ở đktc có khối lợng là 1,60715 (g)
4 Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO + N2O + N2 + H2O biết hỗn hợp khí thu đợc có M = 36,5 Nếu cho hỗn hợp khí phản ứng vừa đủ với O2 ở điều kiện thờng thu đợc hỗn hợp khí có M = 40,5
5 Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + N2O + H2O biết tỉ lệ số mol NO : N2O = a : b
Trang 3
III Phân loại phản ứng hoá học.
Phản ứng hoá học đợc chia làm hai loại chính
+ phản ứng không có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố
+ Phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố hay phản ứng oxi hoá - khử
1 Phản ứng không có sự thay đổi số oxi hoá
a Phản ứng trao đổi
Phản ứng hoá học trong đó các chất trao đổi thành phần cấu tạo cho nhau
VD:
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2NaCl
BaCl2 + FeSO4 → FeCl2 + BaSO4
2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + H2O + CO2
b Một số phản ứng phân tích
A → B + C +
VD:
MCO3 →t0 MO + CO2
M(OH)n →t0 M2On + H2O
M(HCO3)n →t0 M2(CO3)n + CO2 + H2O
c Một số phản ứng tổng hợp
A + B + C →t0 D
VD:
SO3 + H2O → H2SO4
CaO + CO2 →t0 CaCO3
BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2
2 Phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá hay phản ứng oxi hoá - khử
a Phản ứng oxi hoá - khử bình thờng
pu oxi hoá - khử trong đó chất khử và chất oxi hoá thuộc hai phân tử khác nhau
VD:
SO2 + H2S → S + H2O
Chất khử là S – 2 trong H2S
Chất oxi hoá là S +4 trong SO2
VD: FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
b Phản ứng oxi hoá - khử nội bộ phân tử
pu oxi hoá - khử trong đó chất khử và chất oxi hoá thuộc cùng một phân tử
VD:
KClO3 0
2
t MnO
→ KCl + O2 Chất khử là O – 2 trong KClO3
Chât oxi hoá là Cl + 5 trong KClO3
VD:
1 MCln dpnc→ M + Cl2 với M là các kim loại từ Mg về trớc
2 KMnO4 →t0 K2MnO4 + MnO2 + O2
3 NH4NO3 →t0 N2O + H2O
4 NH4NO2 →t0 N2 + H2O
5 M(NO3)n →t0 M(NO2)n + O2
Với M đứng trớc Mg trong dãy thế điện hoá
M(NO3)n 0
t
→ M2On + NO2 + O2
M từ Mg đến Cu M(NO3)n →t0 M + NO2 + O2
M đứng sau Cu trong dãy thế điện hoá
6 HNO3 →t0 NO2 + O2 + H2O
7 NH3 →t0 N2 + H2
c Phản ứng tự oxi hoá - khử
pu oxi hoá - khử trong đó chất khử và chất oxi hoá thuộc cùng một nguyên tử của một nguyên tố
VD:
Cl2 + NaOH → NaClO + NaCl + H2O Chất khử và chất oxi hoá đều là Cl2
VD:
1 Cl2 + Ca(OH)2 → CaOCl2 + H2O
2 NO2 + H2O → HNO3 + NO
3 HNO2 → HNO3 + NO + H2O
4 NO2 + NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H2O
5 Cl2 + KOH → KCl + KClO + H2O
6 Cl2 + H2O → HCl + HClO
7 Cl2 + NaOH →t0 NaCl + NaClO3 + H2O
8 Cl2 + KOH →t0 KCl + KClO3 + H2O
IV Các chất có thể đóng vai trò chất khử, chất oxi hoá.
1 Các chất đóng vai trò chất khử.
+ Các kim loại + Các hợp chất có số oxi hoá thấp nhất
H2S, NH3, HCl, FeO, Fe3O4, Fe2+,
PT: H2S + SO2 →t0 S + H2O H2S + O2 →t0 SO2 + H2O H2S + Cl2 → HCl + S
Trang 4H2S + Cl2 + H2O → HCl + H2SO4
H2S + KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + H2O
NH3 + Cl2 → N2 + HCl
NH3 + CuO →t0 Cu + N2 + H2O
NH3 + O2 →t0 N2 + H2O
NH3 + O2 850 0
Pt C
→ NO + H2O + Các phi kim như: C, S, P
Kết luận: Các chất có số oxi hoá thấp sẽ có khả năng đóng vai trò là chất khử
2 Các chất đóng vai trò chất oxi hoá
+ O2, halogen (phi kim)
+Axit: H2SO4, HNO3, HCl(H+)
FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
Mg + 2H2SO4 ® →t0 MgSO4 + SO2 + 2H2O
+ Các hợp chất chứa oxi: KClO3, KNO3, KMnO4,
16HCl + 2KMnO4 → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
Kết luận: các số có số oxi hoá cao sẽ có khả năng đóng vai trò chất oxi hoá
3 Các chất vừa đóng vai trò chất oxi hoá vừa đóng vai trò chất khử là chất có số oxi
hoá trung gian (phi kim, )
Cl2 + 2KOH → KCl + KClO + H2O
4 Các chất không đóng vai trò chất khử, không đóng vai trò chất oxi hoá: chất đó
làm môi trường phản ứng
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
Al + NaOH + NaNO3 NaAlO2 + NH3 As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + H2SO4 + NO
Bài tập:
Bài 1: Cho phản ứng M2Ox + HNO3 M(NO3)3 + .
1) Phản ứng trên thuộc loại phản ứng trao đổi khi x có giá trị bằng bao nhiêu?
2) Phản ứng trên thuộc loại phản ứng oxi hoá - khử khi x có giá trị bằng bao nhiêu?
Bài 2: Hãy dẫn ra phản ứngoxi hoá - khử trong đó
1) a) Nguyên tử kim loại là chất khử
b) Ion kim loại là chất khử
c) Ion kim loại là chất oxi hoá
2) a) Nguyên tử phi kim là chất oxi hoá
b) Nguyên tử phi kim là chất khử
c) Nguyên tử phi kim vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử
Bài 3: Hãy nêu ra phản ứng oxi hoá - khử trong đó có một chất phản ứng là axit và axit đó
đóng vai trò:
a) chỉ là chất tạo môi trường
b) chỉ là chất oxi hoá
c) chỉ là chất khử
d) vừa là chất oxi hoá, vừa là chất khử đ) vừa là chất khử, vừa làm môi trường phản ứng e) vừa là chất oxi hoá, vừa làm môi trường phản ứng
Bài 4: Trong số các phần tử dưới đây, phần tử nào có thể đóng vai trò chất oxi hoá? Vì sao?
(1) Mg; (2) Cu2+; (3) Cl- ; (4) S 2-Dẫn ra phản ứng để minh họa
Bài 5: Trong số các phần tử dưới đây, phần tử nào vừa có thể đóng vai trò chất oxi hoá,vừa
có thể đóng vai trò chất khử ? Vì sao?
(1) Cu; (2) Ca2+; (3)Fe2+; (4) O 2-Dẫn ra phản ứng để minh họa
V Chiều của phản ứng oxi hoá - khử
1) Cặp oxi hoá - khử
Mọi kim loại đều có dạng oxi hoá và dạng khử tương đương Cặp oxi hoá/khử
M Mn+ + ne cặp oxi hoá/khử: Mn+/M
2) Dãy điện hoá của kim loại
Xếp các cặp oxi hoá khử theo chiều: Tính khử của dạng khử giảm dần Tính oxi hoá của dạng oxi hoá tăng dần
Cụ thể: K+/K Fe2+/Fe 2H+/H2 Cu2+/Cu Fe3+/Fe2+
3) Ý nghĩa
- Dạng khử của kim loại viết sau yếu hơn của kim loại viết trước
- Dạng oxi hoá của ion kim loại viết sau mạnh hơn ion kim loại viết trước
Quy tắc α
Xm+ Mn+
X M
mMn+ + nX → mM + nXm+
Bài tập:
Bài 1: Cho các cặp oxi hoá/khử
Zn2+/Zn, Fe2+/Fe, Fe3+/Fe2+, Ag+/Ag
1) Viết phương trình phản ứng oxi hoá - khử có thể xảy ra?
2) Kim loại nào ở các cặp trên có thể khử được Fe3+ Fe 3) Viết phương trình nếu có và giải thích tại sao có phản ứng
a) FeCl2 + Cu b) Fe(NO3)2 + AgNO3 Bài 2: Hoàn thành phương trình phản ứng sau (nếu có) xảy ra:
1) Fe + HCl 2) Fe + ZnSO4 3) Fe + CuSO4 4) Fe + FeCl3 5) Cu + H2SO4(loãng)
Phương pháp giải toán theo bảo toàn electron
Trang 51) Nguyờn tắc:
- Viết tất cả cỏc quỏ trỡnh nhường và nhận electron
- Tổng số mol electron cho bằng tổng số mol electron nhận
(Chỳ ý: chỉ sử dụng đối với bài toỏn xảy ra phản ứng oxi hoỏ - khử)
2) Bài tập
Bài 1: Hoà tan 8,4 g sắt bột vào dung dịch axit sunfurric loóng, dư, sau phản ứng thu
được V lớt khớ bay ra ở đktc Tớnh V?
Bài 2: Hoà tan 8,4 g sắt bột vào dung dịch axit sunfurric đặc, núng, đủ, sau phản ứng thu
được dung dịch A và 5,04 lớt khớ SO2(đktc) Tớnh khối lượng muối khan khi cụ cạn dung
dịch A
Bài 3: Hoà tan 14,8 g hỗn hợp gồm bột sắt và đồng vào dung dịch axit sunfurric đặc,
núng, đủ, sau phản ứng thu được dung dịch A và 5,6 lớt khớ SO2(đktc) Tớnh khối lượng
muối khan khi cụ cạn dung dịch A và thành phần phần trăm của hai kim loại ban đầu
Bài 4: 1) Hoà tan hoàn toàn 6,5g kẽm trong một lượng dung dịch HNO3 thu được 4 lớt
khớ A ở 250C và 1,22atm Xỏc định cụng thức và gọi tờn A
2) Hoà tan hoàn toàn 9,6g magie trong một lượng dung dịch HNO3 thu được
2,464 lớt khớ A ở 27,30C và 1atm Xỏc định cụng thức và gọi tờn A
Bài 5: Hoà tan hoàn toàn 3,6 g Mg trong V(lớt) dung dịch axit HNO310% (d=1,2) thu
được V’ (lớt) khớ NO(đktc) Tớnh V, V’?
Bài 6: Hoà tan hoàn toàn m(g) Zn trong dung dịch HNO3 loóng, dư thu được 1,568 lớt
hỗn hợp hai khớ NO và N2O cú dhh/H2= 19,2 Tớnh m=? Và lượng HNO3 phản ứng?
Bài 7: Đốt chỏy 8,4g bột sắt nung đỏ trong bỡnh oxi thu được 11,04g hỗn hợp A gồm
Fe2O3, FeO, Fe3O4 và Fe dư Hoà tan hoàn toàn A bằng dung dịch HNO3 thu được một
muối Fe(III) duy nhất và V (lớt) hỗn hợp khớ B gồm NO và N2O cú khối lượng là 1,092 g
Tớnh V?(đktc)
Bài 8: Đốt chỏy m g bột sắt nung đỏ trong bỡnh oxi thu được 104,8g hỗn hợp A gồm
Fe2O3, FeO, Fe3O4 và Fe dư Hoà tan hoàn toàn A bằng dung dịch HNO3 thu được một
muối Fe(III) duy nhất và V (lớt) hỗn hợp khớ B gồm NO và NO2 cú khối lượng là 21,96 g
và tổng số mol là 0,54 mol Tớnh m? V?
Bài 9: Để m gam phụi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp
(B) có khối lợng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 cho B tác dụng hoàn
toàn với dung dịch HNO3 thấy giải phóng ra 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc)
a) Viết các phơng trình phản ứng
b) Tính khối lợng m của A
Bài 10: cho 16,2 gam kim loại M (hoá trị không đổi) tác dụng với 0,15 mol oxi Chất rắn
thu đợc sau phản ứng cho hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl d thu đợc 13,44 lít H2
(đktc) Xác định kim loại M (Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn)
Bài 11: Cho 1,35 gam hỗn hợp Cu, Mg, Al tác dụng với HNO3 d đợc 1,12 lít hỗn hợp X
(đktc) gồm NO và NO2 có tỉ khối so H2 bằng 21,4 Hãy tính tổng khối lợng muối nitrat
tạo thành
Bài 12: Trộn 60g bột Fe với 30g bột lu huỳnh rồi đun nóng (không có không khí) thu đợc
chất rắn A Hoà tan A bằng dd axit HCl d đợc dd B và khí C Đốt cháy C cần V lít O2 (đktc) Tính V, biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn
Bài 13: Hỗn hợp A đợc điều chế bằng cách hoà tan 27,9 gam hợp kim gồm Al, Mg với lợng
vừa đủ dung dịch HNO3 1,25M và thu đợc 8,96 lít khí A (đktc) gồm NO và N2O, có tỉ khối so H2 bằng 20,25
a) Viết các phơng trình phản ứng
b) Xác định thành phần % theo khối lợng các kim loại trong hợp kim
c) Tính thể tích dung dịch HNO3 đã dùng
Bài 14: Hoà tan hoàn toàn 19,2 gam Cu bằng dung dịch HNO3, toàn bộ lợng khí NO thu đợc
đem oxi hoá thành NO2 rồi chuyển hết thành HNO3 Tính thể tích khí oxi (đktc) đã tham gia vào quá trình trên
Bài 15: Đốt cháy 5,6 gam bột Fe trong bình đựng O2 thu đợc 7,36 gam hỗn hợp A gồm
Fe2O3, Fe3O4 và Fe Hoà tan hoàn toàn lợng hỗn hợp A bằng dung dịch HNO3 thu đợc V lít hỗn hợp khí B gồm NO và NO2 có tỉ khối so H2 bằng 19
a) Viết các phơng trình phản ứng
b) Tính V (đktc)