MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ I.. PHƯƠNG PHÁP THĂNG BẰNG ELECTRON DẠNG 1: PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ MỘT CHẤT OXI HOÁ VÀ MỘT CHẤT KHỬ Ví dụ 1: Lập phương trình hoá h

Trang 1

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

I PHƯƠNG PHÁP THĂNG BẰNG ELECTRON

DẠNG 1: PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ MỘT CHẤT OXI HOÁ VÀ MỘT CHẤT KHỬ

Ví dụ 1: Lập phương trình hoá học sau theo phương pháp thăng bằng electron:

Fe2O3 + CO Fe + CO2

Bước 1: Xác định số oxi hoá của những nguyên tố có số oxi hoá thay đổi.

Vận dụng các quy tắc xác định số oxi hoá :

Fe+32O3 + C+2O Fe0 + C+4 O2

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

Trước khi cân bằng mỗi quá trình để thuận tiện cho các phương trình ta nên dùng một kỹ xảo là cân bằng

số nguyên tử thuộc 2 vế phương trình sau đó nhân số lượng các nguyên tử với số electron nhường hoặc nhận

2 Fe+3 + 2x 3e 2 Fe0

C+2 C+4 + 2e

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho tổng số electron cho chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi

hoá nhận

1 2 Fe+3 + 2x 3e 2 Fe0

3 C+2 C+4 + 2e

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

học

Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 3CO2

MnO2 + HCl MnCl2 + Cl2 + H2O

Vận dụng các quy tắc xác định số oxi hoá :

Mn+4 O2 + HCl-1 Mn+2Cl2 + Cl02 + H2O

Mn+4 + 2e Mn+2

2 Cl-1 Cl2 + 2e

hoá nhận

1 Mn+4 + 2e Mn+2

1 2 Cl-1 Cl2 + 2e

học

MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Fe3 O4 + HNO3 loãng Fe(NO3)3 + NO + H2O

Fe3+8/3O4 + HN+5O3 loãng Fe+3(NO3)3 + N+2O + H2O

Điền trước Fe+8/3 và Fe+3 hệ số 3 trước khi cân bằng mỗi quá trình

3Fe+8/3 + 3x(3- 8/3) e 3 Fe+3

Trang 2

N N + 3e

hoá nhận

3 3Fe+8/3 + 3x(3- 8/3) e 3 Fe+3

1 N+5 N+2 + 3e

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

3Fe3 O4 + 28HNO3 loãng 9 Fe(NO3)3 + NO + 14 H2O

Ví dụ 4 : Lập phương trình hoá học sau theo phương pháp thăng bằng electron:

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O

Fe+2SO4 + K2Cr+62O7 + H2SO4 Fe+32(SO4)3 + K2SO4 + Cr+32(SO4)3 + H2O

Điền trước Fe+2 và Fe+3 hệ số 2 Điền trước Cr+6 và Cr+3 hệ số 2 trước khi cân bằng mỗi quá trình

2Fe +2 + 2 x 1e 2 Fe+3

2Cr+6 2Cr+3 + 2x3e

hoá nhận

3 2Fe +2 2 Fe+3 + 2 x 1e

1 2 Cr+6 + 2x3e 2Cr+3

6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7 H2SO4 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

Ví dụ 5:Lập phương trình hoá học sau theo phương pháp thăng bằng electron:

Al + Fe3O4 Al2O3 + Fe

Al0 + Fe3+8/3O4 Al2+3O3 + Fe0

Điền trước Fe+8/3 và Fe0 hệ số 3 Điền trước Al0 và Al+3 hệ số 2 trước khi cân bằng mỗi quá trình

3Fe +8/3 + 3 x 8/3e 3 Fe0

2 Al0 2Al+3 + 2x3e

hoá nhận

3 3Fe +8/3 + 3 x 8/3e 3 Fe0

4 2 Al0 2Al+3 + 2x3e

8 Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe

Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3

Fe+2(OH)2 + O0 + H2O Fe+3(O-2H)3

Điền trước O-2 hệ số 2 trước khi cân bằng mỗi quá trình

Fe +2 Fe+3 + 1e

Trang 3

O 2 + 2x2e 2O

hoá nhận

4 Fe +2 Fe+3 + 1e

1 O0 + 2x2e 2O- 2

học

4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O 4 Fe(OH)3

KClO4 + Al KCl + Al2O3

KCl+7O4 + Al0 KCl-1 + Al+32O3

Điền trước Al0 và Al+3 hệ số 2 trước khi cân bằng mỗi quá trình

2Al 0 2Al+3 + 2x3e

Cl+7 + 8e Cl-

hoá nhận

4 2Al 0 2Al+3 + 2x3e

3 Cl+7 + 8e Cl-

học

3 KCl+7O4 + 8 Al0 3 KCl-1 + 4 Al+32O3

Như vậy cân bằng số nguyên tử bằng số ion hoặc số ion bằng số ion trước khi cân bằng các quá trình

oxi hoá và quá trình khử giúp người làm thuận tiện hơn rất nhiều lần, cho kết quả nhanh hơn và đỡ phức

tạp hơn

DẠNG 2: PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG TỰ OXI HOÁ VÀ TỰ KHỬ

Cl2 + NaOH NaCl + NaClO + H2O

Cl02 + NaOH NaCl-1 + NaCl+1O + H2O

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

Điền trước Cl- và Cl+ của các quá trình hệ số 2 trước khi cân bằng

Cl02 + 2x1e 2Cl

Cl02 2Cl+ + 2x 1e

hoá nhận

1 Cl02 + 2x1e 2Cl

1 Cl02 2Cl+ + 2x 1e

2 Cl2 + 4 NaOH 2 NaCl + 2 NaClO + 2 H2O

Rút gọn các hệ số để thu được phương trình với hệ số tối giản

Cl2 + 2 NaOH NaCl + NaClO + H2O

Cl + NaOH NaCl + NaClO + H O

Trang 4

Cl02 + NaOH NaCl-1 + NaCl+5O3 + H2O

Điền trước Cl- và Cl+5 của các quá trình hệ số 2 trước khi cân bằng

Cl02 + 2x1e 2Cl

Cl02 2Cl+5 + 2x 5e

hoá nhận

5 Cl02 + 2x1e 2Cl

1 Cl02 2Cl+5 + 2x 5e

6 Cl2 + 12 NaOH 10 NaCl + 2NaClO3 + 6 H2O

Rút gọn các hệ số để thu được phương trình với hệ số tối giản

3 Cl2 + 6 NaOH 5 NaCl + NaClO + 3H2O

DẠNG 3 : PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ MỘT CHẤT OXI HOÁ VÀ HAI CHẤT KHỬ

FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2

Fe+2S-12 + O02 Fe+32O-23 + S+4O-22

Trước tiên ta viết các quá trình oxi hoá, tổng hợp các quá trình oxi hoá sao cho là số nguyên lần chất khử Thêm hệ số 2 vào trước Fe+2 và Fe+3 , thêm hệ số 4 vào trước S-2 và S+4 để được số nguyên lần FeS2

2Fe+2 2 Fe+3 + 2x1e

4S-1 4 S+4 + 4x 5e

2 FeS2 2 Fe+3 + 4 S+4 + 22e

O02 + 2x 2e 2 O-2

Tổng hợp 2 quá trình oxi hoá và quá trình khử:

2 FeS2 2 Fe+3 + 4 S+4 + 22e

O0 + 2x 2e 2 O-2

hoá nhận

2 2 FeS2 2 Fe+3 + 4 S+4 + 22e

11 O02 + 2x 2e 2 O-2

4 FeS2 + 11 O2 2Fe2O3 + 8 SO2

Fe S2 + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O

Fe+2S-12 + HN+5O3 Fe+3(NO3)3 + H2S+6O4 + N+4O2 + H2O

Trước tiên ta viết các quá trình oxi hoá, tổng hợp các quá trình oxi hoá sao cho là số nguyên lần chất khử Thêm hệ số 2 vào trước S-1 và S+6 ,để được số nguyên lần FeS

Trang 5

Quá trình oxi hoá:

Fe+2 Fe+3 + 1e

2S-1 2 S+6 + 2x 7e

FeS2 Fe+3 + 2 S+4 + 15e

N+5 + 1e N+4

FeS2 Fe+3 + 2 S+4 + 15e

N+5 + 1e N+4

hoá nhận

1 FeS2 Fe+3 + 2 S+4 + 15e

15 N+5 + 1e N+4

Fe S2 + 18 HNO3 Fe(NO3)3 + 2 H2SO4 + 15 NO2 + 7 H2O

DẠNG 4 : PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ HAI CHẤT OXI HOÁ VÀ MỘT CHẤT KHỬ

Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + NO2 + H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)

Fe0 + HN+5O3 Fe+3(NO3)3 + N+2O + N+4O2 + H2O

Trước tiên ta viết các quá trình khử, tổng hợp các quá trình khử sao cho đúng tỉ lệ với yêu cầu đề bài Thêm hệ số 2 vào trước N+4

N+5 + 3e N+2

2N+5 + 2x 1e 2 N+4

3N+5 + 5e N+2 + 2 N+4

Fe0 Fe+3 + 3e

3N+5 + 5e N+2 + 2 N+4

Fe0 Fe+3 + 3e

hoá nhận

3 3N+5 + 5e N+2 + 2 N+4

5 Fe0 Fe+3 + 3e

5Fe + 24 HNO3 5Fe(NO3)3 +3NO + 6NO2 + 12H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)

Trang 6

II.LẬP PHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ THEO PHƯƠNG

Kiến thức cơ bản của phương pháp này dựa trên nguyên tắc:

- Trong một phản ứng oxi hoá khử, tổng số các số oxi hoá tăng bằng tổng số oxi hoá giảm

- Chất có số oxi tăng là chất khử, chất có số oxi hoá giảm là chất oxi hoá

Ví dụ 1: Lập phương trình hoá học của phản ứng sau:

- Xác định số oxi hoá của các nguyên tố thay đổi

Fe+2S-12 + O02 Fe+32O-23 + S+4O-22

- Tìm tổng số oxi hoá tăng và tổng số oxi hoá giảm

Trong phân tử FeS2: + Số oxi hoá của nguyên tố Fe tăng là: +1

+ Số oxi hoá của nguyên tố S tăng là: +5x2 = +10

- Tìm hệ số tương ứng cho các chất

Vậy tổng số oxi hoá tăng là: +11 x 4

Trong phân tử O2 số oxi hoá của O giảm : -2x2 = -4 x 11

Vậy phương trình hoá học của phản ứng được viết là:

4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Ví dụ 2: Lập phương trình hoá học của phản ứng sau:

Fe S2 + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O

Fe+2S-12 + HN+5O3 Fe+3(NO3)3 + H2S+6O4 + N+4O2 + H2O

- Tìm tổng số oxi hoá tăng và tổng số oxi hoá giảm

Trong phân tử FeS2: + Số oxi hoá của nguyên tố Fe tăng là: +1

+ Số oxi hoá của nguyên tố S tăng là: +7x2 = +14

- Tìm hệ số tương ứng cho các chất

Vậy tổng số oxi hoá tăng là: +15 x 1

số oxi hoá của nguyên tố N giảm : -1 x 15

Fe S2 + 18 HNO3 Fe(NO3)3 + 2 H2SO4 + 15 NO2 + 7 H2O

Ví dụ 3: lập phương trình hoá học của phản ứng sau:

Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + NO2 + H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)

Fe0 + HN+5O3 Fe+3(NO3)3 + N+2O + N+4O2 + H2O

- Tìm tổng số oxi hoá tăng và tổng số oxi hoá giảm và hệ số tương ứng cho các chất là:

+ Số oxi hoá của nguyên tố N giảm là: -3+(-1x2) = -5 x 3

+ Số oxi hoá của nguyên tố Fe tăng là: +3 x 5

5Fe + 24 HNO3 5Fe(NO3)3+3NO + 6NO2 + 12H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)

Trang 7

III CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ THEO PHƯƠNG PHÁP GÁN SỐ OXI HOÁ.

- Nhược điểm của phương pháp này có phạm vi áp dụng hẹp và không mô tả được đúng bản chất của phản ứng

- ưu điểm của phương pháp là tìm ra hệ số cân bằng phản ứng nhanh, vì vậy chỉ nên áp dụng ở mức độ nhất định

Nguyên tắc: trong một phản ứng có 2 tác nhân khử khác nhau cùng trong một hợp chất thì coi một tác nhân khử có số oxi hoá không đổi để biến 2 tác nhân khử thành 1 tác nhân khử và khi đó ta đã quy về dạng bài có một chất khử và một chất oxi hoá

Ví dụ : Cân bằng phản ứng oxi hoá khử sau:

Bình thường ta phải xác định chính xác số oxi hoá thay đổi như sau:

Fe+2S-12 + O02 Fe+32O-23 + S+4O-22

Như vậy ta thấy trong phản ứng có 2 chất khử và một chất oxi hoá Để áp dụng phương pháp này thì một trong hai chất khử có số oxi hoá không đổi

hoá là +4) thì các nguyên tố còn lại trong phản ứng đó được xác định lại như sau:

Fe -8S+42 + O02 Fe+32O-23 + S+4O-22

Như vậy nói về bản chất thực của phản ứng là không đúng ( thực tế nguyên tố Fe không có mức oxi hoá là -8 nhưng trong trường hợp này tạm thời nhận mức oxi hoá -8) và nếu như vậy ta đã quy về phản ứng

có một chất oxi hoá và một chất khử

2 2 Fe-8 2 Fe+3 + 2x 11e

11 O2 + 2x 2e 2O-2

Phương trình hoá học là:

4 FeS2 + 11O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

+3) thì các nguyên tố còn lại được xác định như sau:

Fe+3S-3/22 + O02 Fe+32O-23 + S+4O-22

Như vậy nói về bản chất thực của phản ứng là không đúng ( thực tế nguyên tố S không có mức oxi hoá là -3/2 nhưng trong trường hợp này tạm thời nhận mức oxi hoá -3/2) và nếu như vậy ta đã quy về phản ứng

có một chất oxi hoá và một chất khử

4 2 S-3/2 2 S+4 + 2( 4+3/2)e

11 O2 + 2x2e 2 O-2

4 FeS2 + 11O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Như vậy trong cả 2 trường hợp đều cho kết quả như nhau Phương pháp này cân bằng nhanh nhưng về bản chất của phản ứng thì không đúng

Trang 8

IV.CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ THEO PHƯƠNG PHÁP

ĐẠI SỐ.

Ưu điểm: phương pháp này áp dụng cho các phản ứng oxi hoá khử phức tạp trong đó có nhiều chất oxi hoá và có nhiều chất khử

Nhược điểm: Phương pháp này phải giải hệ phương trình với nhiều ẩn số Về bản chất không mô tả được bản chất của phản ứng

Ví dụ: Có phương trình phản ứng oxi hoá khử sau:

FeCu2S2 + O2 Fe2O3 + CuO + SO2

Để áp dụng phương pháp đại số ta đặt hệ số của FeCu2S2 là a, O2 là b, Fe2O3 là c, CuO là d, SO2 là e Ta

có các phương trình đại số sau:

a FeCu2S2 + b O2 c Fe2O3 + d CuO + e SO2

Tính theo Fe: ta có phương trình

a = 2c (1)

Tính theo Cu: ta có phương trình

2a = d (2)

Tính theo S: ta có phương trình

2a = e (3)

Tính theo O : ta có phương trình

2 b = 3c + d + 2e (4)

Giải hệ phương trình : ta có a = 2c, b =15/2 c, d = 4c, e = 4c

Đặt c =1 , a =2, b =15/2, d =4, e =4

Đặt c=2 , a =4, b=15, d =8, e =8 ( nhận vì là các số nguyên tối giản)

4 FeCu2S2 + 15O2 2Fe2O3 + 8CuO + 8SO2

Trên đây là một số phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử mà tôi đã đúc rút được, do điều kiện thời gian nghiên cứu ngắn nên chưa thỏa mãn hết các yêu cầu mà các đồng nghiệp cần được đáp ứng

Xin trân trọng tiếp thu các ý kiến góp ý

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	237,2 KB