BÁO cáo chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi môn hoá học phản ứng ô xi hoá khử

a Số oxi hóa đại lượng quy ước: Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tửnguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định rằng liên kết giữa các nguyên tử trongphân t

HỘI THẢO CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI

VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2012

BÁO CÁO

Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hoá học

Tên chuyên đề: Phản ứng ô xi hoá khử

I MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA-KHỬ

1 Khái niệm.

a) Số oxi hóa (đại lượng quy ước):

Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tửnguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định rằng liên kết giữa các nguyên tử trongphân tử là liên kết ion

Số oxi hóa được xác định theo quy tắc sau:

Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tố trong các đơn chất bằng không.

Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng

không

Quy tắc 3: Số oxi hóa của các ion bằng điện tích của ion đó.

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

hiđrua kim loại NaH–1) Số oxi hóa của oxi bằng – 2 (trừ OF212,H21O12 )

Chú ý: Số oxi hóa của C trong hợp chất hữu cơ

CH33 22 12 Số oxi hóa trung bình của C =  322 1 3

- Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron hay là chất có số oxihóa tăng.

- Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron hay là chất có số oxi hóagiảm

- Sự oxi hóa (quá trình oxi hóa) một chất là làm cho chất đó nhườngelectron

- Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhận electron

2) Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa-khử.

a) Phương pháp thăng bằng electron:

Ví dụ: F2O3 + CO  t0 Fe -+CO2

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

4 2

0 t 2 3

C2 4





0 3

Fe e 3

Fe  



Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường

bằng tổng số electron do chất oxi hóa nhận

Fe  



Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng.

Hoàn thành phương trình hóa học

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

b) Phương pháp ion - electron hay phương pháp bán phản ứng:

Ví dụ: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO↑ + H2O

Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng (chỉ cần viết đầy đủ các cặp oxi hóa-khử) Bước 2: Tính số oxi hóa của các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi.

Bước 3: Viết các quá trình cho và nhận electron dưới dạng các bán phản

ứng theo quy tắc sau: các dạng oxi hóa và dạng khử của các chất oxi hóa và chấtkhử, nếu thuộc chất điện li mạnh thì viết dưới dạng ion chứa nguyên tố cho hoặcnhận electron; còn các chất điện li yếu, không điện li, chất kết tủa, chất khí thì

viết dưới dạng nguyên tử hoặc phân tử Vì vậy phương pháp bán phản ứng chỉ

áp dụng cho các phản ứng xảy ra trong dung dịch





O H 2 NO e

3 H 4

NO3      2

Chú ý:

+ Số electron cho, nhận cũng giống phương pháp thăng bằng electron.+ Tùy theo môi trường (axit, bazơ, trung tính) và tùy theo số nguyên tửoxi, ta cần thêm vào vế trái ion H+ hoặc OH– hoặc H2O vào vế phải tạo ra H2O,hoặc ion H+, OH–

+ Tổng điện tích 2 vế bằng nhau

Bước 4: Cân bằng số electron cho và nhận ở hai bán phản ứng, sau đó

cộng gộp hai bán phản ứng lại ta được phương trình ion:

Để chuyển phương trình ion thành dạng phân tử, cần cộng thêm vào hai

vế những lượng như nhau các ion trái dấu để bù trừ điện tích

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

II CÁC LOẠI PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ QUAN TRỌNG

1 Phản ứng oxi hóa - khử trong đó chất khử hoặc chất oxi hóa đóng thêm vai trò là chất tạo môi trường

Ví dụ 1: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

2 7

Mn e 5

Mn    2

e Cl Cl

1 0

Cl e 1

Cl    x5

e 5 Cl

Cl0  5



x13Cl2 + 6KOH  t0 5KCl + KClO3 + 3H2O

3 Phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử.

Ví dụ 3: 2KClO3  t0 2KCl + 3O2

1 5

Cl e 6

4 Phản ứng oxi hóa - khử có nhiều chất oxi hóa và nhiều chất khử

Ví dụ 4: 4FeS2 + 11O2  t0 2Fe2O3 + 8SO2

2FeS02  2Fe34S422e

2

2 0

Al0  3



1 2 5

N 6 N 2 e 30 N

8      1 → 10Al + 38HNO3 → 10Al(NO3)3 + 2NO + 3N2O + 19H2O

5 Phản ứng oxi hóa - khử trong đó phải sử dụng 2 phương pháp cân bằng electron và cân bằng đại số

K2SO3 + KMnO4 + KHSO4 → K2SO4 + MnSO4 + H2O

e 2 S

Mn e 5

Mn    25K2SO3 + 2KMnO4 + aKHSO4 → bK2SO4 + 2MnSO4 + cH2O

Số nguyên tử K = 10 + 2 + a = 2b

Số nguyên tử S = a + 5 = b + 2

2b - a = 12 b = 9

b - a = 3 → a = 6 → c = 2a = 3

→ 5K2SO3 + 2KMnO4 + 6KHSO4 → 9K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O

6 Phản ứng oxi hóa - khử có tham số.

2FexOy + (6x - 2y) H2SO4 đặc nóng → xFe2(SO4)3 + (3x-2y)SO2 + (3x-y)H2O

e ) y 4 x 6 ( Fe x 2 Fe x

S e 2

2 + Br2 + OH− → CrO2 

4 + …c) Cu2S + HNO3đặc → Cu2+ + SO2 

d) FexOy + H2SO4đặc  t SO2 +…

2  FexOy + 2yH+ → xFe3+ + yH2O + (3x - 2y)e

4 + 4H+ + 2e → SO2 + 2H2O2FexOy+(3x-2y)SO2 

4 +(12x-4y)H+→2xFe3+ +(3x-2y)SO2+(6x-2y)H2O

Fe /

Fe 3 2

E   nên ở điều kiện chuẩn, chiều của phản ứng là:

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Agb) Tính hằng số cân bằng K của phản ứng ở 250C

059 , 0

1

Fe / Fe 0

Ag / Ag

0

2 3

E E

059 , 0

Ag / Ag Ag / Ag

Fe / Fe Fe

/

Fe lg 1

059 , 0 E

= 0,77 + lg00,01,1

1

059 , 0

= 0,829VVì: E Fe 3  / Fe 2   E Ag  / Ag do đó chiều của phản ứng là:

Biết thế điện cực chuẩn:

3 Tại sao khi hòa tan Zn vào dung dịch HCl nếu có thêm vài giọt muối

Hg2+ vào thì Zn sẽ tan nhanh hơn?

Hướng dẫn giải:

1 Xét nửa phản ứng oxi hóa - khử:

0 Mn / MnO 4 2 1 , 51 v E 2

a) Trong HI thì I có số oxi hóa thấp nhất là -1.

Trong H2S thì S có số oxi hóa thấp nhất là -2

 Cả hai chất cùng có tính khử nên không tác dụng

Trong H2SO4 thì S có số oxi hóa cao nhất là +6

 HI tác dụng được với H2SO4đặc:

2HI + H2SO4  I2 + SO2 + 2 H2O

b) Trong SO2 thì S có số oxi hóa trung gian là +4

 SO2 vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa

Trong HClO4 thì Cl có số oxi hóa cao nhất là +7

 HClO4 có tính oxi hóa mạnh Vậy SO2 tác dụng được với H2S, HClO4.

SO2 + 2H2S  t0 3S + 2H2O4SO2+ HClO4 + 4H2O   HCl + 4H2SO4

c) Trong K2Cr2O7 thì Cr có số oxi hóa cao nhất là +6

3 Hòa tan Zn vào dung dịch HCl: Zn + 2HCl   ZnCl2 + H2

Nếu thêm vài giọt Hg2+: Zn + Hg2+  Zn2+ + Hg

Hg sinh ra cùng với Zn và dung dịch HCl tạo thành cặp pin Volta Zn cótính khử mạnh hơn Hg nên Zn bị ăn mòn điện hoá mãnh liệt và lượng H2 thoát

ra nhiều hơn Vậy Zn bị hòa tan nhanh hơn

Câu 4:

Hòa tan 0,835 gam hỗn hợp X gồm NaHSO3 và Na2SO3 trong dung dịch

H2SO4 dư, đun nóng Cho tất cả lượng khí sinh ra hấp thụ trong 500,00ml dungdịch Br2 thu được 500,00 ml dung dịch A Thêm KI vào 50,00 ml dung dịch A,lượng 

3

I sinh ra tác dụng vừa đủ với 12,50 ml dung dịch Na2S2O3 0,01M Nếusục khí N2 để đuổi hết Br2 dư trong 25,00 ml dung dịch A thì dung dịch B thuđược trung hòa vừa đủ với 15,00 ml dung dịch NaOH 0,10M

1 Tính nồng độ mol của dung dịch Br2 ban đầu

2 Tính % khối lượng các muối trong hỗn hợp X

Hướng dẫn giải:

1 Nồng độ mol của dung dịch Br2:

Các phương trình phản ứng xảy ra:

 3

 3

Số mol H+ trong 500ml dung dịch A = 0,001525500 = 0,03 mol

Từ (3)  Số mol Br2 = 1/4 số mol H+ = 0,0075 mol

Từ (5)  Số mol 

3

I trong 50 ml dung dịch A = 1/2 số mol

 2

25 ,

6  5 

= 6,25.10-4molVậy số mol Br2 trong dung dịch ban đầu = 0,0075+6,25.10-4 = 8,125.10-3mol

CM(Br2) = 8,125.10-4 : 0,5 = 0,01625 M

2 % khối lượng các muối trong hỗn hợp X:

Gọi x và y lần lượt là số mol của NaHSO3 và Na2SO3 trong 0,835 gamhỗn hợp X, ta có số mol của các ion 

3

HSO và 2 

3

SO lần lượt là x và y:

Khối lượng hỗn hợp = 104x + 126y = 0,835 gam (I)

Từ (1), (2) và (3)  Số mol SO2 = 1/4 số mol H+ trong 500ml dung dịch A

MnO có thể oxi hóa ion nào trong số các ion Cl, Br, I ở các giá trị

pH lần lượt bằng 0, 3, 5 Trên cơ sở đó đề nghị một phương pháp nhận biết cácion halogenua có trong hỗn hợp gồm Cl, Br, I

2 A là dung dịch chứa AgNO3 0,01M, NH3 0,25M và B là dung dịch hỗnhợp chứa Cl, Br, I đều có nồng độ 10-2 M Trộn dung dịch A với dung dịch B(giả thiết nồng độ ban đầu của các ion không đổi) thì kết tủa nào được tạothành? Trên cơ sở đó hãy đề nghị phương pháp nhận biết sự có mặt của ion Cltrong dung dịch hỗn hợp chứa Cl, Br, I

Mn

H MnO lg 5

059 , 0 E

MnO chỉ oxi hóa được I

Để nhận biết dung dịch hỗn hợp Cl, Br, I ta có thể dùng dung dịchKMnO4 và dung môi chiết CCl4 Lúc đầu tiến hành phản ứng ở pH=5 trong lớpdung môi chiết sẽ có màu tím của iot Thay lớp dung môi có pH=3 sẽ thấy lớpdung môi có màu vàng nâu của Br2 Cuối cùng loại lớp dung môi và khử lượngKMnO4 dư và nhận biết Cl bằng AgNO3

2 Coi phản ứng giữa AgNO3 và NH3 xảy ra hoàn toàn, như vậy dung dịch

2

3 ) NH (

 2

3 ) NH (

0(x





= 10-7,24  [Ag+] = x  10-8 M[Ag+] [X]  10-10 = TAgCl = 10-10 nhưng

[Ag+] [X] = 10-10 > TAgBr = 10-13 > TAgI = 10-16  Chỉ có Br, I kết tủa Nhưvậy để nhận biết Cl trong B dùng A để loại Br, I Sau đó dùng axit phá phức đểlàm tăng nồng độ Ag+ và nhận biết Cl nhờ AgCl kết tủa

1 Viết các phương trình phản ứng xảy ra, tại sao dung dịch không màu

chuyển sang màu xanh lam?

2 Người ta thu được số liệu sau đây:i ta thu được số liệu sau đây: ố liệu sau đây: ệu sau đây:c s li u sau ây):đ

Thời gian thí nghiệm (theo giây) Nồng độ M (theo mol.l -l )

1 Các phương trình phản ứng:

2

2 4

2 8

S

6 4 2

2 3

Câu 8:

1 Cho E0Cr O 2 / 2 Cr 3

E0 Fe /

Fe 3  2  = + 0,77VXét chiều của phản ứng tại pH = 0, viết phương trình dưới dạng ion vàphân tử Cân bằng theo phương pháp cân bằng ion - electron

2 Cho 12,6 gam hỗn hợp Mg và Al theo tỉ lệ mol 3 : 2 tác dụng với axit

H2SO4 đặc, nóng vừa đủ thu được 0,15 mol sản phẩm có lưu huỳnh Xác địnhsản phẩm trên là SO2, S hay H2S?

Hướng dẫn giải:

1 E0 = E0Cr O 2 / 2 Cr 3

2  - E0

Fe /

Fe 3  2 = 1,36 - 0,77 = 0,59V > 0  Cr2O2 

7 oxihóa Fe2+ thành Fe3+ và Cr3+ trong môi trường axit

b

6 , 12 b 27 a 24

nMg = 0,3 mol

nAl = 0,2 molGọi x là số oxi hóa của S trong sản phẩm

Phản ứng: 8Al + 15H2SO4đặc  t0 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O

1 Hãy tính thế khử của cặp MnO2 

Áp dụng cho phản ứng trên ta có E0

Pu = + 1,70V, nghĩa là G0

Pu = -nFE0 <0

Vậy phản ứng tự xảy ra được

3 Theo đầu bài H2O + e  

Mn + 2H2O   Mn(OH)2 + H2

E0

Pu = 0,77v hay G0

Pu < 0Điều đó cho phép ta kết luận phản ứng nói trên xảy ra theo chiều thuận,nghĩa là giải phóng khí hidro

+2e

log K = 12 , 88

059 , 0

76 , 0 1 059 , 0

2 Một pin điện gồm điện cực là một sợi dây bạc nhúng vào dung dịch bạc

nitrat và điện cực kia là một sợi dây Pt nhúng vào dung dịch muối Fe2+ và Fe3+

3 + Cl + H+  Br + SnCl2 

6 + ?

Đáp án:

1 Do pH=1 nên môi trường trong dung dịch là môi trường axit  quá

trình tạo phức hidroxo của các ion có thể bỏ qua Ta có các cân bằng sau:

4 + 8H+ + 5e   Mn2+ + 4H2O K1 = 0 , 0592 127 , 53

E 5

10 10

0



5  Fe2+  Fe3+ + 1e (K2 )5 = 0 , 0592 65 , 118

E 5

10 10

10 10

Mn /

H MnO lg n

0592 , 0 E

4

3

8 3

10 2

10 10 8 lg 5

0592 , 0 51

2

Fe

Fe Ag lg 1

059 , 0

= 0,029 + lg0,11.1

1

059 , 0

= -0,03V < 0

 Phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại

c) Kết quả cho thấy: Ở điều kiện chuẩn thì suất điện động của pin là 0,029vKhi nồng độ của [Ag+] giảm đi 10 lần thì thế điện cực của cặp Ag+/Ag là:

EAg  / Ag = E0

Ag /

Ag  +0,0591 lg.10-1 = 0,8 - 0,059 = 0,74VSuất điện động của pin là:

Epin = EAg  / Ag - E0

Fe /

Fe 3  2  = 0,74 - 0,71 = -0,031V

Khi [Ag+] giảm đi 10 lần, thế điện cực của cặp Ag+/Ag trở nên nhỏ hơnthế điện cực của cặp Fe3+/Fe2+ và phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại (Epin< 0).Vậy nồng độ của chất tan có khả năng làm thay đổi thế điện cực và chiều củaphản ứng.

1 M là chất rắn có tính oxi hóa mạnh, tan được trong nước Nhiệt phân M

thu được các sản phẩm P (rắn), Q (rắn), R (khí) cũng là những chất có tính oxihóa mạnh Hòa tan P vào nước, sau đó sục khí clo vào thu được dung dịch chứa

M Nung chảy chất Q với kiềm trong điều kiện có mặt oxi tạo thành chất P (màulục) Nếu đun nóng chất rắn Q với axit sunfuric thì thu được chất khí R và mộtdung dịch có màu hồng của chất E, biết E là sản phẩm khử của M trong quátrình điều chế clo khi cho M tác dụng với KCl có mặt axit sunfuric Biết M, P,

Q, E đều chứa cùng một kim loại Viết các phương trình hóa học cho các quátrình biến đổi trên

2 Chất X ở dạng tinh thể mà trắng có các tính chất sau:

- Đốt X ở nhiệt độ cao cho ngọn lửa màu vàng

- Hòa tan X vào nước đựng dung dịch A Sục khí SO2 từ từ qua dung dịch

A thấy xuất hiện màu nâu Tiếp tục sục SO2 vào thì màu nâu biến mất, thu đượcdung dịch B Thêm vào ít HNO3 vào dung dịch B, sau đó thêm dung dịchAgNO3 dư tạo thành kết tủa màu vàng

- Mặt khác, nếu hòa tan hoàn toàn 0,1 gam X vào nước, thêm dư KI và vài

ml H2SO4 loãng, lúc đó dung dịch có màu nâu Chuẩn độ dung dịch thu đượcbằng Na2S2O3 0,1 M đến khi mất màu cần dùng 37,4 ml dung dịch Na2S2O3

a) Viết các phương trình hóa học của phản ứng xảy ra dạng ion.

b) Tìm công thức phân tử của X

3 Hòa tan lần lượt a gam Mg rồi b gam Fe, c gam oxit sắt X trong H2SO4loãng, dư thu được 1,23 lít khí A (ở 270C, 1 atm) và dung dịch B Lấy 1/5 dungdịch B cho tác dụng vừa đủ với 60 ml dung dịch KMnO4 0,05M, thu được dungdịch C Biết trong dung dịch C có 7,274 gam hỗn hợp muối trung hòa Tìm côngthức oxit sắt và các giá trị a, b, c Cho: Fe = 56, O = 16, Mg = 24, S = 32, I =

2KMnO4 + 10KCl + 8H2SO4  2MnSO4 + 6K2SO4 + 5Cl2 + 8H2O

2 a) X cháy cho ngọn lửa màu vàng  thành phần nguyên tố của X

Dung dịch X tác dụng với SO2 đến dư thu được dung dịch B tạo kết tủavàng tới AgNO3  thành phần nguyên tố của X có iot

Phản ứng của X với SO2 chứng minh X có tính oxi hóa

Từ lập luận trên, X có cation Na+ và anion IO

Theo (4)  Số mol IO

x = x1 (số mol I2) = x1 1,87.10-3  23 1270,1 16x x1





x 16 150

x 1 , 0

 1,87.10-3  0,1x = 0,2805 + 0,02992x  x = 4  Công thức phân tử của X: NaIO4

3 Đặt x, y, x lần lượt là số mol tương ứng của Mg, Fe và sắt oxit

36,37 - 18,57 = 17,8 gam

 Chắc chắn dung dịch chứa MgSO4

- Nếu MMgSO 4= 17,8 gam thì nMgSO 4= 17120,8  0,148 mol

 n H 2 (1)  0,148 mol > 0,05 mol : vô lý.

 Dung dịch B ngoài MgSO4, FeSO4 còn có muối khác tạo thành từ sắtoxit là Fe2(SO4)3

- Nếu nFeSO 4 (3) = 0,075 mol chỉ do (2) cung cấp thì n H 2 (2) = 0,075 mol >0,05 mol: Vô lý  Phải có một lượng FeSO4 tạo thành từ sắt oxit

Vậy sắt oxit khi tác dụng với H2SO4 phải đồng thời tạo ra 2 muối FeSO4

và Fe2(SO4)3

 Công thức sắt oxit là: Fe3O4

Fe3O4 + 4H2SO4  FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O (4)(1)  MMgSO 4= n H 2 = x mol

Vậy: a = 0,36 gam; b = 1,96 gam; c = 9,28 gam

Câu 13:

1 Cho E0

Ag /

Ag  = 0,80V; E0

I , Ag / AgI  = -0,15V; E0

Au /

Au 3  = 1,26V;

E0

Fe /

Fe 3 = -0,37V; E0

Fe /

Fe 2 = -0,440V

Hãy:

1.1 a) Thiết lập một sơ đồ pin để xác định tích số tan của AgI Viết cácphương trình hóa học của các phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và trong pin

b) Tính độ tan (S) tại 250C của AgI trong nước

1.2 a) Lập pin điện trong đó xảy ra sự oxi hóa ion Fe2+ thành ion Fe3+ và

sự khử ion Au3+ thành ion Au+ Viết các phương trình hóa học của các phản ứngxảy ra trên mỗi điện cực và trong pin

b) Tính sức điện động chuẩn của pin và hằng số cân bằng của phảnứng xảy ra trong pin này

2 Để xác định hằng số tạo phức (hay hằng số bền) của ion phức

[Zn(CN)4]2-, người ta làm như sau:

Thêm 99,9 ml dung dịch KCN 1M vào 0,1 ml dung dịch ZnCl2 0,1M đểthu được 100 ml dung dịch ion phức [Zn(CN)4]2- (dung dịch A) Nhúng vào Ahai điện cực: điện cực kẽm tinh khiết và điện cực so sánh là điện cực calomenbão hòa có thế không đổi là 0,247V (điện cực calomen trong trường hợp này làcực dương) Nối hai điện cực đó với một điện thế kế, do hiệu điện thế giữachúng được giá trị 1,6883V

Hãy xác định hằng số tạo phức của ion phức [Zn(CN)4]2- Biết thế oxi hóa

- khử tiêu chuẩn của cặp Zn2+/Zn bằng -0,7628V; RTF ln = 0,0592 lg (ở 250C)

Đáp án: