Khóa luận nghiên cứu phản ứng oxi hoá khử trong chương trình hoá học phổ thông

Các loại phản ứng trong hóa học vô cơ : [2] s* Phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa và phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa Các dạng phản ứng hoá học cơ bản: - Phản ứng phân tích là ph

|e er 906 (0-1 | 1

Mục lục . QC CĐ Q ng ng ng ng HH KH ng ng E n k ng in cu 1 Danh mục các cum ti Viét tat ccccccceccccccececcecececeucecucesaesaeucesausecesenens 3

CHUONG 1: COSOLY LUAN CUA VAN DE NGHIEN CUU

1.1 Khái quát về phản ứng hóa học cc ccc c2 S21 v1 1y ki 7 1.1.1.Khái niệm phản ứng hóa học «<< 3< +2 7 1.1.2 Các loại phản ứng hóa học -. cà 2s v21 s*i 7 1.2 Phản ứng oxi hóa - khử - -.-cc n2 HS SH HS vn 9 1.2.1 Một số khái niệm LQLSn ST SS S2 th nhe 9

1.2.2 Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử 15

1.2.3 Ý nghĩa và tầm quan trọng của phản ứng oxi hóa - khử 22 CHƯƠNG 2

PHAN UNG OXI HOA -KHU TRONG CHUONG TRINH

HOA HOC PHO THONG 2.1 Phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình hoá học phố thông 24 2.1.1 Phản ứng oxi hóa - khử trong chương trìnhtrung học cơ Sở 24 2.1.2 Phản ứng oxi hóa —- khử trong chương trình trung học phô thông 27 2.2 Phản ứng oxi hóa- khửỬ -.cc.cc c ng, S9, HH khe 30 2.2.1 Nội dung phản ứng oxi hóa — khử trong hóa học vô cơ 30 2.2.2 Nội dung phản ứng ox1 hóa — khử trong hóa học hữu cơ 32 2.3 Vận dụng phản ứng oxi hóa - khử trong dạy hóa học phô thông 38 2.3.1 Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa - khử trong dạy tính chất

hóa học của các chất ‹-‹‹c ng 0S S1 T111 211111 11111 11 1x1 ssềg 38

KẾT LUẬN VÀ ĐÈ XUẤT

1 Kết luận chung .- - CC HQ 011912191 S11 vn St cưến 64

Tài liệu tham khảo -. cccc c2 c2 cv sen 65

PHU LUC cece eee c ccc cece ncn eeseceeenccveceeeeeeseeeeusesseseeususeeceeesuceeseauneceecess - pl-

CTPT : Công thức phân tử Đktc : Điều kiện tiêu chuẩn

GV :_ Giáo viên

HD : Hướng dẫn

HS : Học sinh

SGK : Sách giáo khoa Soh : Sốoxihoá THCS : Trung học cơ sở THPT : Trung học phổ thông PTIHH : Phương trình hóa học

chuyên môn, đôi mới phương pháp dạy học nhằm giúp học sinh tiếp thu tri thức một

cách tốt nhất

- Phản ứng oxi hóa - khử là loại phản ứng quan trọng và xuyên suốt trong chương trình hóa học phố thông Kiến thức về phản ứng oxi hoá - khử được vận dụng phổ biến trong dạy học cũng như trong đời sống

Vậy, phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng thế nào? Phân loại chúng trong hóa học vô

cơ, hữu cơ ra sao? So sánh sự khác nhau cơ bản giữa phản ứng oxi hóa — khử và các phản ứng khác; làm thế nào có thê nhận biết được phản ứng oxi hóa —- khử và các phản ứng thông thường cũng như các bước lập phương trình phản ứng Tầm quan trọng của phản ứng oxi hóa —- khử, phản ứng oxi hóa - khử được nghiên cứu và phát triển như thế nào từ chương trình trung học cơ sở sang chương trình trung học phổ thông Khi nắm rõ các nội dung trên, giáo viên sẽ vận dụng phản ứng oxi hoá - khử trong dạy hóa học ở phổ thông được tốt hơn

- Hóa học là khoa học thực nghiệm, giáo viên không chỉ dạy cho học sinh cách tiếp thu tri thức mà còn phải rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng các kiến thức hoá học để giải thích các hiện tượng trong thực tiễn như: tất cả các phản ứng cháy, các phản ứng tạo ra dòng điện trong pin, šcquy Các phản ứng xảy ra trong co thé người như sự oxi hóa glucôzơ thành khí cacbônic và hơi nước Tất cả các hiện tượng hoá học trên đều dùng các kiến thức của phản ứng oxi hoá - khử để giải thích

Do vậy, chúng tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình hoá học phổ thông “ làm nội dung nghiên cứu của khóa luận tốt nghiệp

- Nghiên cứu việc sử dụng phản ứng oxi hóa — khử trong chương trình hóa học phổ thông cũng như các kiến thức có liên quan đến phản ứng oxi hóa — khử trong dạy các chất và bài tập vận dụng có liên quan đến phản ứng oxi hóa — khử

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử

- Nghiên cứu sự hình thành và phát triển, các quy luật biến đổi trong sự tạo thành sản phẩm oxi hóa — khử

- Tìm hiểu sự vận dụng phản ứng oxi hóa - khử trong việc giảng dạy bộ môn hóa học trung học phố thông

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý luận : sách giáo khoa hóa học trung học phô thông và các tài liệu có liên quan đến phản ứng oxi hóa — khử

5, Đối tượng nghiên cứu

Phản ứng oxi hóa — khử trong chương trình trung học phố, sách giáo khoa hoá học phô thông và các tài liệu khác có liên quan đến phản ứng oxi hóa — khử

6 Khả năng áp dụng của đề tài

Nghiên cứu đề tài hoàn thành sẽ góp thêm tài liệu tham khảo cho giáo viên dạy hóa học ở các trường THPT, sinh viên đang học chuyên ngành hóa học và tài liệu học tập cho HS trung học cơ sở, trung học phố thông

7 Lịch sử đề tài

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, nhiều sách, tài liệu nghiên cứu phản ứng oxi

hóa - khử của nhiều tác giả khác nhau như:

®© Nguyễn Trọng Thọ, Ngô Ngọc An, Phản ứng oxi hóa — khử và sự điện phân, Nhà xuất bản giáo dục, năm 2006 Khai thác phản ứng oxi hóa - khử ở nhiều góc độ như : phân loại phản ứng, các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử các dạng bài toán về phản ứng oxi hóa - khử

2 Lê Ngọc Sáng, Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử bằng phương pháp thăng bằng electron và phân tử ion (Số 8(80)/2008)

Đề tài chúng tôi quan tâm nghiên cứu phản ứng oxi hóa - khử trong chương

trình hóa học phổ thông nhằm tìm hiểu sự hình thành, phát triển và vận dụng phan

ứng oxi hoá - khử trong dạy hoá học phố thông

1.1.1.Khái niệm phản ứng hóa học [2]

Quá trình biến đổi chất này thành chất khác gọi là phản ứng hóa học Chất

ban đầu bị biến đổi trong phản ứng gọi là chất phản ứng (chất tham gia, chất mới sinh ra là sản phẩm) Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tông khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng

Phản ứng hóa học được ghi theo phương trình chữ như sau:

Tên các chất phảnứng — Tên các sản phẩm

Ví dụ: Lưu huỳnh +sắt -—> Sắt(Isunfua

Trong quá trình phán ứng, lượng chất phản ứng giảm dẫn, lượng sản phẩm tăng dan

Trong phản ứng hóa học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi làm cho phân

tử này biến thành phân tử khác

Phản ứng xáy ra được khi các chất tham gia tiếp xúc trực tiếp với nhau, có trường hợp đun nóng, có trường hợp cần xúc tác

Nhận biết dẫu hiệu xảy ra dựa vào dấu hiệu có chất mới tạo thành

1.1.2 Các loại phản ứng hóa học

1.1.2.1 Các loại phản ứng trong hóa học vô cơ : [2]

s* Phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa và phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa Các dạng phản ứng hoá học cơ bản:

- Phản ứng phân tích là phản ứng trong đó một chất bị phân tích thành nhiều chất

mới

Vi du: CaCO; = CaO + CO, ft

-_ Phản ứng kết hợp là phản ứng trong đó hai hay nhiều chất kết hợp với nhau tạo thành một chất mới

Ví dụ: BaO + H;O = Ba(OH);

- Phản ứng thể là phản ứng trong đó nguyên tử của ngyên tô này ở dạng đơn chất thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất

Vidu: BaCl, + NaSO, = BaSQ, + 2NaCl

“+ Phan loai dva trên hiệu ứng nhiệt của phản ứng :

- Phan tng tỏa nhiệt,

Định nghĩa: Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt

Ví dụ như phản ứng đốt cháy xăng dầu, cung cấp năng lượng để vận hành xe

Là phản ứng điều chế este bằng cách đun nóng ancol với axit cacboxylic, có axIt mạnh làm xúc tác

RCOOH + ROH =—{= R-COOR’ +H,0

s* Phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau

hoặc tương tự nhau tạo thành những phân tử rất lớn gọi là polime Trong phản ứng trùng hợp, chất đầu (các phân tử nhỏ) được gọi là monome Sản phẩm của phản ứng gồm nhiều mắt xích monome hợp thành nên được gọi là polime Số lượng mắt xích monome trong một phân tử polime gọi là hệ số trùng hợp và kí hiệu là n

1.2 Phản ứng oxi hóa - khử

1.2.1 Một số khái niệm

1.2.1.1 Hóa trị và số oxi hóa [4]

“+ Hoa tri

- Hóa trị đặc trưng cho khả năng nguyên tử của các nguyên tố đó có thể hình

thành một số liên kết hoá học nhất định Hoá trị thường gắn liền với một kiểu liên kết

cụ thể Có thể định nghĩa nó là số nguyên tử của nguyên tố hóa trị một kết hợp với một nguyên tử của nguyên tố đã cho

Chang hạn, trong axit clohidric HCl, clo có hóa trị một, trong nước HO oxi cé hóa tri hai, trong amoniac NHạ mitơ có hóa trị ba, trong metan CH¿ cacbon có hóa tri

bốn, trong PCIs photpho có hóa trị năm, trong SE, lưu huỳnh có hóa trị sáu

-_ Với sự phát triển học thuyết về liên kết hóa học, hóa trị của nguyên tử trong

phân tử được hiểu là số cặp điện tử mà nguyên tử đã cho dùng để liên kết với những

nguyên tử khác, như vậy hóa trị được định nghĩa là số liên kết nhờ đó nguyên tử đã

cho kết hợp với những nguyên tử khác Số liên kết mà nguyên tử có thể tạo thành bằng số điện tử không kết đôi của nó Ở đây không tính đến tính có cực của liên kết

được tạo thành và vì vậy hóa trị không có dấu Cần nhân mạnh rằng hóa trị xác định

theo số liên kết không thể âm và cũng có thể bằng không

-_ Điện hoá trị được xác định bằng số electron mà một nguyên tử mắt đi hay thu vào khi tạo thành ion đơn Đó là điện tích của các ion trong hợp chất ion Chẳng hạn, trong phân tử CaC];, nguyên tử Caxi có điện hoá trị +2, nguyên tir Clo -1

- Cộng hoá trị được xác định bằng số liên kết cộng hoá trị do các nguyên tử trong

phân tử tạo thành Nói chung, mỗi liên kết cộng hoá trị được hình thành từ một cặp

electron Ví dụ trong phân tử H;, hydro có cộng hoá trị I (H-H); trong phân tử N›, nguyên tử nitơ có cộng hoá trị III (N=N) (Mỗi gạch nối chỉ một liên kết thực hiện bằng một cặp electron)

Số oxi hoá được tính theo quy tắc sau :

— Tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử trong phân tử trung hoà điện bằng 0

— Tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử trong một ion phức tạp bằng điện tích của

ion Vi dụ trong lon HSO/, số oxi hoá của H là +1, của O là —2 của § là +6

+1+6+(-2.4)=- l

— Trong đơn chất, số oxi hoá của các nguyên tử bằng 0

Ví dụ: Trong Cl;, số oxi hoá của Cl bằng 0

— Khi tham gia hợp chất, số oxi hoá của một số nguyên tố có trị số không đôi như sau:

+ Kim loại kiềm luôn bằng +1

+ Kim loại kiềm thổ luôn bằng +2

+ Oxi (trừ trong peoxit bằng — 1) luôn bằng — 2

+ Hidro (trừ trong hiđrua kim loại bằng — 1) luôn bằng — 2, A1 thường bằng +3

Chi y: Dấu của số oxi hoá đặt trước gia tri, con dấu của ion đặt sau gia tri

Víidụ: Số oxi hóa của Fe, của ion Fe””,

1.2.1.2 Chất khử và chất oxi hóa

- Một số chất khử và chất oxi hoá quan trọng nhất [22]

NHUNG CHAT KHU VA NHUNG CHAT OXI HOA QUAN TRONG NHẤT

Chất khử : Chất nhường e Chất oxi hóa : Chất nhận e

- Nguyên tử kim loại, hidro, hidro | - Các halogen:F¿,Clạ, Br;

- Cacbon, cacbon(TI)oxit Mn;O;, MnOz:, MnO;, KMnO,,

- Các hợp chất của lưu huỳnh: K;ạMnO¿

H;S, H;SOa và muối của nó, - Các hợp chất của Crom : CrOa,

- Axit có gốc axit là nhóm halogen : | - Các hợp chất của Oxi : Op, Os,

- Muối : SnCl;ạ, FeSOa, MnSO¿, - Các axIt có tính oxi hoá mạnh

Cra(SO4)a như: H;SO¿, HạSeO„, HNO; và muối

- Các hợp chất của nitơ : HNO¿, cua n6

NH:, N;H, NH;OH, NO - lon của những kim loại quý (Ag',

- HạPO¿, HạAsO¿, K„[Fe(CN)¿] Pb**, Au””, )

- Một số hợp chất hữu co: Andehit, | - Pb(CHzCOO);, (NH4)2S20s,

ruou, axit fomic va axit oxalic K3[Fe(CN)5], CuO ,Ag.O, PbO

- Hipoclorit Clorat, peclorat

- Nước cường toan, hỗn hợp của axit nitric dam đặc và axit flohidric đậm

Để xảy ra được phản ứng oxi hóa - khử cân phải biết có những nguyên tử, phân tử

hoặc 1on có khả năng cho hoặc thu nhận điện tử.[3 ]

® Đơn chất có thể là chất oxi hoá, có thê là chất khử :

+ Chất oxi hoá có thể là đơn chất, mà nguyên tử trung hoà của nó nhận electron thành ion tích điện âm, có cấu trúc electron của khí trơ gần nhất Các nguyên

tử trung hoà của những nguyên tố có ngoài cùng 7 (s”p?; 6(s”p”); 52p”) và 4(s”p”) electron Chất oxi hoá mạnh nhất là halogen và oxi ở dạng nguyên tử

+ Chất khử điển hình là những nguyên tử có số electron ở lớp ngoài cùng chứa

từ một đến ba electron Trong các chất khử này là kim loại, là các nguyên tổ s, d, £

® Các oxiaxit và các muối của chúng có thể là chất oxi hoá có thê là chất khử

+ Chất oxi hoá là các oxiaxit có số oxi hoá cao nhất và các muối của chúng Trong thành phần của chất oxi hoá thường có các nguyên tử của nguyên tô ở mức oxi

hoá cao

Ví dụ : KMnO,, K, Cro O,

+ Chất khử là các oxi axit có số oxi hoá thấp và các muối của chúng Các phân

tử của các chất khử này chứa một hoặc một số nguyên tử của nguyên tô ở một trong

số các trạng thái oxi hoá thấp của nó Khi tương tác với các chất oxi hoá các nguyên

tử này nhường electron, tạo thành hợp chất ứng với trạng thái số oxi hoá dương (có thể số oxi hoá dương cực đại ) của nguyên tố này

Vidu: H,S0,+Bro+H,0 — H,SO,+ 2H Br

e Jon kim loai tích điện dương có thể là chất oxi hoá, có thể là chất khử

+ Chất oxi hoá là các ion kim loại tích điện dương ở số oxi hoá cao nhất Các ion kim loại tích điện dương đều thê hiện ở mức độ nào đó tính oxi hoá Trong

số chúng, chất oxi hoá mạnh hơn là các ion tích điện dương ở số oxi hoá cao

Ví dụ : Fe**, Cu”', Hg””

+ Chất khử là các ion dương kim loại có số oxi hoá thấp, nếu chúng còn có

thể có những trạng thái với số oxi hoá cao hơn

Vi du : Fe** — Fe** + le

Cu" —› Cu” + le

e Chất khử là các ion nguyên tô tích điện âm

Các phi kim, nếu là chất oxi hoá yếu, khi ở trạng thái ion âm nó là chất khử

mạnh Khả năng khử của các ion tích điện âm có điện tích như nhau tăng lên theo sự tăng bán kính nguyên tử

Ví dụ : Trong nhóm halogen, lon F có khả năng khử lớn hơn so với ion Br va

CI còn F thể hiện tính khử rất yếu

e Trường hợp một chất vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử

Khi một nguyên tô có trong một hợp chất hoặc đơn chất có số oxi hoá trung gian thì có cả hai tính chất vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử

Điều kiện để phản ứng oxi hóa - khử có thê xảy ra: [8]

- Điều kiện cần : Phản ứng oxi hóa khử xảy ra theo chiều: chất oxi hóa mạnh sẽ oxi

hóa chất khử mạnh nhất, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn

Dựa vào dãy điện hóa của kim loại để biết qui luật biến thiên tính oxi hóa của ion

kim loại và tính khử của nguyên tử kim loại

- Điêu kiện khác : Ngoài điều kiện cần, phản ứng oxi hóa — khử xảy ra được còn

phụ thuộc vào các yếu tố: môi trường, xúc tác, nhiệt độ thực hiện phản ứng

+ Ảnh hưởng của môi trường:

Phản ứng oxi hóa — khử có thể xảy ra trong những môi trường khác nhau: trong môi trường axit (dư ion H”), trung tính (HạO) và kiém (OH) Tuy theo mdi

trường, đặc điểm diễn biến phan ứng giữa cá chất cho trước có thê thay đôổi.Môi

trường ảnh hưởng đên sự biên đôi mức oxi hóa của các nguyên tử Ví dụ như lon

MnO, 1am cho dung dich có màu đỏ thẫm, trong môi trường axit nó bị khử đến

Mn””, trong môi trường trung tính bị khử đến MnO;, trong môi trường kiềm bị khử

đến MnO,Z

Ví dụ : Trong môi trường axIt:

5Na,SO3 +2KMnO, + 3H2,SO,4 — 5NaSO¿ + 2MnSO¿a + 3H;O + K;SO¿

Trong môi trường trung tính hoặc bazơ yếu:

3Na;SO; +2KMnO, + HạO —› 2MnQ; Ỷ + 3Na;SOx + 2KOH

+ Ảnh hưởng của xúc tác đến sản phẩm phản ứng:

4NH; +30, —2N, + 6H,O 4NH; +50, —“> 4NO + 6H,O + Ảnh hưởng của nhiệt độ : nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sản phẩm phản ứng Chẳng hạn, khi đốt khí H;S trong điều kiện dư oxi và ở nhiệt độ cao thì sản phẩm thu được là SO; và trong trường hợp này oxi không khí đã oxi hoá lưu huỳnh trong hợp

chất H;S từ S7 tăng lên S'“ còn khi đốt H;S trong điều kiện thiếu oxi và ở nhiệt độ

không cao thì sản phẩm thu được là lưu huỳnh và trong trường hợp này oxi không khí

đã oxi hoá lưu huỳnh trong hợp chất H;S từ 5 tang lén S”

tocao

PTHH : 2H;S + 304 du) —— 2 SO, + 2H,O

tothap

2H2S + 30 tnig&sy ——— 2S + 2H,O 1.2.1.3 Sw khw, sw oxi héa

- Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhường electron hay làm tăng số oxi hóa của chất đó

- Sự oxi hóa (quá trình oxi hóa) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hóa của chất đó

1.2.1.4 Cặp oxi hóa - khử [14]

Ở quá trình khử, chất oxi hóa bị khử chuyển thành chất khử Ở quá trình oxi hóa,

chất khử bị oxi hóa chuyển thành chất oxi hóa Chất oxi hóa và chất khử của cùng một quá trình hợp thành một cặp oxi hóa —- khử hay một hệ oxi hóa - khử (kí hiệu là Ox/Kh)

Zn+ Cu” §& Zn*+ Cu K, +ox, §& ox; +k,

Trong nửa phản ứng (1), Zn nhường e, giữ vai trd chat khir (k,), Zn”* c6 kha nang nhận e (trong phản ứng nghịch) giữ vai trò tác nhân oxi hóa (ox¡) Ta có cặp oxI hóa - khử : ox;/k;(Zn”'/Zn) Một cách tương tự, trong nửa phản ứng (2) ta có cặp oxi hóa - khử: oxz/k; (Cu*/Cu)

Như vậy, trong một phản ứng oxi hóa - khử có sự trao đổi e giữa tác nhân

k;(Zn) của cặp oxi hóa khử và tác nhân oxi hóa oXxa (Cu) của một cặp oxi hóa - khử

Vidu: KMnO, + HCl — MnCl,+ Cl, +KCl + H,O

aKMnO, + bHCI] — cMnCl, +dCl, + eKCl +fH,O

Nhân các nghiệm số với 2, ta được :

2KMnO¿ + 16HCl— 2MnCl, + 5Cl, + 2KCl + 8H,O Nhân xét: Phương pháp này cho phép áp dụng với mọi phương trình từ đơn giản đến phức tạp Tuy nhiên, khi cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp này

sẽ mất rất nhiều thời gian vì phải giải cả một hệ nhiều phương trình toán học, nhiều khi rất phức tạp, đòi hỏi ở HS nhiều kĩ năng toán học, tính chất toán học lẫn át tính

chất hoá học hơn, làm lu mờ bản chất hoá học Phương pháp này không giúp học sinh

hiểu rõ bản chất của phản ứng oxi hoá - khử là sự nhường và nhận electron, téng

electron cho bang tong electron nhận HS không xác định được số oxi hóa Đề tiết

kiệm thời gian ta nên sử dụng phương pháp cân bằng điện tử (thăng bằng electron)

1.2.2.2 Phương pháp cân bằng electron [3]

Trong chương trình hoá học THPT thì phương pháp cân bằng electron là phương pháp cơ bản, phô biến và được áp dụng để cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá —- khử vì phương pháp cân bằng electron chỉ rõ bản chất của phản ứng oxi hoá — khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận, giúp học sinh có thể cân bằng nhanh, đơn giản, chính xác các phương trình phản ứng oxi hóa - khử từ đơn gián đến phức tạp

- Nguyên tắc: dựa vào sự bảo toàn electron nghĩa là tổng số electron của chất khử cho phải bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận

- Các bước cân băng :

Bước l1 : Viết sơ đồ phản ứng với các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa

Bước 2 : Viết các quả trình: khử (cho electron), oxi hóa (nhận electron)

Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để:

Tổng số electron cho = tổng số electron nhận

(tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng)

Bước 4: Cân bằng nguyên tô không thay đổi số oxi hoá (thường theo thứ tự):

- Kim loại (on dương) ; gốc axit (ion am)

- Môi trường (axit, bazơ) ; nước (cân bằng H;O để cân bằng hiđro)

Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 về (phải bằng nhau)

- Lưu ý: Khi viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử của từng nguyên tố, cần theo đúng chỉ số qui định của nguyên tổ đó

Ví dụ: Fe + H,SO, dic néng — Fe,(SOxz)3 + SO;Ÿ +H;O

Bước!: Fe+H,SO, — Fe:(SO,), +50, T+H,0

Bước 2,3 1x| 2Fe’ > 2Fe** + 6e

3x| S*®+2e>58”

Bước 4,5 2Fe + 6H;SO, —› Fez(SO,)s + 3SO;Ÿ+ 6HạO

Tuy nhiên, có một số phương trình mà ta không thể cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron được Nhiều phản ứng thì cần thêm điều kiện hoặc môi trường thì phản ứng mới xảy ra Một phương pháp được đưa ra, nó đáp ứng đây đủ các yêu cầu trên, chính xác hơn đó là phương pháp cân bằng ion — electron

1.2.2.3 Phương pháp cân bằng ion — electron [3]

- Phạm vi áp dụng: đối với các quá trình xảy ra trong dung dịch, có sự tham gia của môi trường (HO, dung dịch axit hoặc bazơ tham gia)

Bước 1: Tách ion, xác định các nguyên tô có số oxi hóa thay đổi và viết các nửa phản ứng oxi hóa — khử

Bước 2: Cân bằng các bán phản ứng: Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai về

Thêm H” hay OH

Thêm H;O để cân bằng số nguyên tử hiđro

Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 về (phải bằng nhau)

Cân bằng điện tích: thêm electron vào mỗi nửa phản ứng để cân bằng điện tích Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để:

Tổng số electron cho = tổng số electron nhận

(tổng số oxi hóa giảm = tông số oxi hóa tăng)

Bước 4: Cộng các nửa phản ứng ta có phương trình ion thu gon

Bước 5: Để chuyên phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ

và phương trình phân tử cần cộng vào 2 về những lượng bằng nhau các cation hoặc

anion đề bù trừ điện tích

Ví dụ : Cân bằng phương trình phản ứng:

Cu + HNO; — Cu(NO;).+ NO T + H,O

Bước 1: Cu +H +NO; — Cu” +NOx + NOỸ + HạO

Cu” —› Cu”?

NO; — NO Bước 2 : Cân bằng nguyên tố:

Cu — Cu?”

NO; +4H” — NO + 2H;O

Cân bằng điện tích

Cu — Cu”” +2e NO; +4H” +3e NO +2H;O Bước 3: Cân bằng electron:

3x | Cu >Cu” +2e

2x NO; + 4H* +3e— NO+2H,O

Buéc 4: 3Cu+NO; +8H* — 3Cu” +2NOT +4H¿O

Buéc5: 3Cu+8HNO,;— 3Cu(NO;), + 2NOT + 4H,O

Nhân xét: Phương pháp cân bang ion — điện tử (ion — electron) cũng giống như

phương pháp cân bằng electron, nhưng khác là viết các chất oxi hóa và chất khử dưới

dạng ion, thể hiện đúng sự tồn tại của chúng trong dung dịch

Sự khác nhau giữa phương pháp cân bằng e và phương pháp ion — electron:

- Phương pháp nửa phản ứng chia phương trình phản ứng oxi hóa — khử thành hai nửa phản ứng

- _ Cân bằng khối lượng và cân bằng điện tích đối với mỗi nửa phản ứng

- _ Phương pháp nửa phản ứng không dùng khái niệm số oxi hóa

Phương pháp này cũng không chỉ rõ bản chất của phản ứng oxi hoá — khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận Do vậy trong chương trình phổ thông, HS chỉ sử dụng phương pháp này đối với các phản ứng xảy

ra trong dung dịch, có sự tham gia của môi trường Đây được xem là nội dung khó đối với HS trung học phô thông

Ngoài ra còn có một số phương pháp cân bằng khác:

1.2.2.4 Phương pháp thăng bằng số oxi hóa.[1]

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sau:

Trong phản ứng oxi hóa — khử, tổng số oxi hóa tăng bằng tổng số oxi hóa giảm Các bước cân bằng phản ứng:

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

Bước 2 : Ghi tổng số số oxi hóa tăng hay giảm

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số oxi hóa tăng bằng tổng số oxi hóa giảm Bước 4 : Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng

Thử lại hai về của phương trình tổng điện tích đều bằng không

Ví dụ: Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử sau:

FeO; +CO —› Fe + CO;Ÿ

Bước l: Fe203+CO — Fe+CO,

Buéc 4: Fe,0; +3CO >2Fe + 3CO,T

Thử lại hai về của phương trình đều có 2Fe, 3C,6O; tổng điện tích đều bằng không 1.2.2.5 Các dạng phản ứng oxi hóa - khử phức tạp [3]

1) Phản ứng oxi hoá - khử có hệ số bằng chữ

- Nguyên tắc : Cần xác định đúng sự tăng giảm số oxi hoá của các nguyên tố

Vi du : Fe30, + HNO; — Fe(NO3)3 + N,Oy T+ H,O

(5x- 2y) x 3Fe!3° —› 3Fe'? + e

1 X xN? + (5x — 2y)e > xN*?"*

(5x-2y) Fe3;0, + (46x-18y)HNO; — (15x-6y)Fe(NO3)3 + N,O,T + (23x-9y)H;O

2) Phản ứng có chất hóa học là tổ hợp của nhiễu chất khử

- Nguyên tắc :

+ Cách 1 : Viết mọi phương trình biểu diễn sự thay đổi số oxi hoá, chú ý sự ràng buộc hệ số ở hai về của phản ứng và ràng buộc hệ số trong cùng phân tử

+ Cách 2 : Nếu một phân tử có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá có thê xét

chuyển nhóm hoặc toàn bộ phân tử, đồng thời chú ý sự ràng buộc ở về sau

Ví dụ : Cân bằng phản ứng sau : FeS; + O; —> Fe;Os + 5O;

3) Phản ứng có nguyên tổ tăng hay giảm số oxi hoá ở nhiêu nắc

ax| Al+4HNO; — Al(NO;)3+ NO + 2H,O

bx} 8Al+30 HNO; — 8Al(NO3); +3N,0 + 15H,O

(at+8b)Al + (4a+30b)HNO; — (a+8b)AI(NO2); + aNO + 3bN;O + (2a+15b)HạO

4) Phản ứng không xác định rõ môi trưởng

- Nguyên tắc:

« Có thể cân bằng nguyên tố bằng phương pháp đại số hoặc qua trung gian phương trình ion thu gọn

- Nếu do gom nhiều phản ứng vào, cần phân tích để xác định giai đoạn nào là

oxi hóa, giai đoạn nào là khử

Vídụ: AI + H;O + NaOH —› NaAlO; + H;

2AI + 6H;O —› 2AI(OH); + 3H; (1)

2Al(OH)3 + 2NaOH — 2NaAlO, + 4H,O (2)

Tổng hợp 2 phương trình trên:

2AI +2NaOH + 2H;¿O — 2NaAlO; + 3H;

1.2.3 Ý nghĩa và tầm quan trọng của phản ứng oxi hóa - khử

- Trong chương trình, phản ứng oxi hoá - khử được xem là loại phản ứng rất quan trọng, nó xuất hiện xuyên suốt trong chương trình THPT, khi dạy tính chất hoá học của các đơn chất, hợp chất vô cơ và hữu cơ thường đề cập đến phản ứng oxi hoá — khử và các khái niệm liên quan đến phản ứng oxi hoá — khử : chất khử, chất oxi hoá,

số oxi hoá, quá trình khử, quá trình oxi hoá hay cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử Vì vậy, GV cần giúp cho HS năm vững các kiến thức về phản ứng oxi hoá

- khử để các em học tốt hơn các phân kiến thức về chất và hợp chất ở các lớp trên

- Trong đời sống :

e Phản ứng oxi hóa - khử là một trong những quá trình quan trọng nhất

của thiên nhiên Sự hô hấp, quá trình thực vật hấp thu khí cacbonic giải phóng oxi,

sự trao đổi chất và hàng loạt quá trình sinh học khác đều có cơ sở là phản ứng oxi hóa — khử

®© _ Sự đốt cháy nhiên liệu trong các động cơ, các quá trình điện phân, các

phản ứng xảy ra trong pin và trong ăcquy đều bao gồm sự oxi hóa và sự khử Hàng

loạt quá trình sản xuất như luyện kim, chế tạo hóa chất, chất dẻo, dược phẩm, phân

bón hóa học đều không thực hiện được nếu thiếu các phản ứng oxi hóa — khử

- Trong sản xuất:

Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học làm cơ sở của nhiều công nghệ sản xuất luyện kim và trong công nghiệp hóa học Người ta sử dụng hợp lí các phản ứng oxi hóa - khử để tăng hiệu suất, nâng cao chất lượng sản phẩm Nhiều phản ứng oxi hóa — khử diễn ra trong quá trình kim loại bị phá hủy trong tự nhiên Người ta đã tìm được nhiều biện pháp hạn chế các phán ứng oxi hóa — khử không có lợi

CHUONG 2

PHAN UNG OXI HOA -KHU TRONG CHUONG TRINH

HOA HOC PHO THONG

2.1 Phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình hoá học phố thông

2.1.1 Phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình trung học cơ sở

2.1.1.1 Sự xuất hiện phần ứng oxi hóa - khử trong chương trình trung

học cơ sở [21]

Trong chương trình hoá học ở cấp trung học cơ sở, đầu tiên HS được làm

quen với các khái niệm, các thuật ngữ hoá học như các khái niệm về: nguyên tử, phân

tử, số mol, đơn chất và hợp chất Sau đó, HS được học về các loại phản ứng hoá

học: phản ứng hoá hợp, phản ứng phân huỷ, phản ứng thế, phản ứng trao đổi, từng

loại phản ứng chỉ nêu lên được một vài đặc điểm thuộc loại phản ứng đó và chưa nói

lên được những đặc điểm chung, mang tính khái quát từ những loại phản ứng đó Trên cơ sở đó, phản ứng oxi hoá — khử được nghiên cứu và đề cập trong chương trình Phản ứng thế, một số phản ứng hoá hợp và một số phản ứng phân huỷ thuộc loại phản ứng oxi hoá — khử Ngoài ra cũng có một số phản ứng trao đổi, một số phản ứng phân huỷ không thuộc loại phản ứng oxi hoá — khử

Phản ứng oxi hóa — khử đã được tìm hiểu trong chương trình hóa học trung học

cơ sở ở chương Š - Hidro — Nước, bài 32 Phản ứng oxi hóa - khử, SGK Hóa học 8

HS đã làm quen với phản ứng oxi hóa — khử theo quan niệm hẹp, dựa trên các phản ứng cụ thê, không chỉ ra bản chất của phản ứng

2.1.1.2 Các khái niệm

- Sự khử : Trong phản ứng hóa học giữa khí Hạ và CuO ở nhiệt độ cao :

CuO +H, —25 Cu +H,0 (1) —-› khí H; đã chiếm oxi trong CuO Trong quá trình (1) đã xảy ra quá trình tách nguyên tử oxi khỏi hợp chat CuO, ta nói đã xảy ra sự khử CuO tạo ra Cu

Ở các nhiệt độ cao khác nhau, khí H; có thể chiếm được nguyên tố oxi của một

số oxit kim loại khác, như sắtII) oxit Fe,O3, chi(II) oxit PbO Người ta nói rằng :

trong các phản ứng hóa học này đã xảy ra sự khử (hoặc sự khử ox1) oxit kim loại

Như vậy : Sự tách oxi khỏi hợp chất gọi là sự khử

- Sự oxi hóa : Sự tác dụng của oxi với một chất là sự oxi hóa, trong phản ứng (1) trên đã xảy ra quá trình kết hợp của nguyên tử oxi trong CuO với Hạ, ta nói đã xảy ra

sự oxi hóa H; tạo thành HO

- Chất khử và chất oxi hóa:

©_ Chất chiếm oxi của chất khác là chất khử

e© _ Chất nhường oxi cho chất khác là chất oxi hóa

Ví dụ: Trong phản ứng (1) H; là chất khử vì là chất chiếm oxi, CuO là chất oxi

hóa vì là chất nhường oxi

- Định nghĩa phản ứng oxi hóa — khử:

Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó xảy ra đồng thời sự oxi hóa

và sự khử

2.1.1.3 Phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình hoá học THCS

1) Phương pháp cân bằng theo trình tự kim loại — phi kim

Phương pháp này được dùng phô biến ở cấp trung học cở sở, dùng cho học sinh lớp 8 và 9, khi các em vừa hình thành khái niệm về hoá học và phương trình phản ứng hoá học

Theo phương pháp này, ta cân bằng các nguyên tô từ phải qua trái (tức là đếm bên phải có bao nhiêu rồi mới cân bằng bên trái) theo trình tự : cân bằng số nguyên tử

kim loại và phi kim, rồi đến hidro và cuối cùng sau khi đã đưa các hệ số rồi cân bằng

OXI,

Vídụl: H;SOuaa;;+ Al—> Ala(SO¿)s + Hạ

Ở phản ứng trên có có AI là kim loại nên cân bằng trước, phải thêm 2 AI vào trước AI vì sản phẩm tạo thành có 2 nguyên tử AI

H;SO + 2AI — Alz(SO¿)s + H;Ÿ Đến cân bằng S, ta thấy về phải có 3 gốc SO„7 nên thêm 3 vào trước H,SO,

3H,SO, + 2Al — Alz(SO,)s + H;Ÿ Cân bằng H, ta nhận thấy có 6 nguyên tử H ở về trái nên thêm 3 trước phân tử H;

3H,SO, + 2Al — Al,(SO,)3 + 3H2T Nhận thấy 2 về của phương trình đã cân bằng

Vidu2: C;H; + O; —> CO; + HạO

Tương tự, ta thấy ở đây không có kim loại nên cân bằng phi kim trước

Bên phải có 1 C con bên trái có 3C do đó thêm 3 trước CO; :

CạH; + O; —> 3CO; + HạO

Tiếp đến cân bằng hidro, bên phải có 2 H còn bên trái có 8H, thêm 4 và trước H;O

và cuối cùng đếm oxi được bên phải có 10 O , nên thêm 5 trước O;, ta được phương trình hoàn chỉnh như sau :

C3H, + 50, — 3CO, + 4H,O

Tuy nhiên, đối với một số phương trình phức tạp hơn thì ta không thể đếm và cân

bằng như phương pháp này được, chẳng hạn như phương trình sau :

SO, + HS — S + H,O

Do đó ta cần phải cân bằng phương trình phản ứng theo một cách khác

2) Phương pháp nguyên tử, nguyên tổ

Đây là một phương pháp đơn gián Khi cân bằng ta cô ý viết công thức của các đơn chất khí (N; , O;, Hạ, ) dưới dạng nguyên tử riêng biệt rồi lập luận qua một số bước sau :

Vidu: Nz, + O, > N,O; => Taviét:N +O —N,Os

Để tạo thành một phân tử NạOs cần 2 nguyên tử N và 5 nguyên tử O, tức là :

2N + 5O — NO;

Nhưng phân tử nitơ và oxi bao giờ cũng gồm 2 nguyên tử, đối với nitơ thì thoả

mãn do nitơ tồn tại dạng N;, còn nếu lấy 5 phân tử O; tức là số nguyên tử oxi tăng gấp 2 thí số phân tử N; và phân tử N;Os cũng tăng gấp đôi

2N; + 5O; — 2N;O;

Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với các phản ứng đơn giản, chất tham gia chỉ ở dạng đơn phân tử

2.1.1.4 Đặc điểm của phần ứng : [15]

- Ở cấp Trung học cơ sở ta thừa nhận định nghĩa sự oxi hóa, sự khử cũng như chất

oxi hóa, chất khử găn với sự nhường hoặc nhận oxi Ta có thể định nghĩa sự oxi hóa,

sự khử, chất oxi hóa, chất khử gắn với sự nhường hoặc nhận hidro

Ví dụ: Ở phản ứng (1) giữa CuO và H;, do có sự kết hợp với Hạ, ta nói có sự

khử Ở phản ứng Clạ + H; —› 2HCI cũng có sự khử clo vì có sự kết hợp với Hạ Vì

vậy có thể mở rộng là:

- Chất chiếm oxi của chất khác hoặc là chất nhường hidro cho chất khác là chất khử

- Chất nhường oxi cho chất khác hoặc chất kết hợp với hidro là chất oxi hóa

- Hạn chế :

+ Theo cách định nghĩa phản ứng oxi hoá - khử ở cấp trung học cơ sở là gắn với sự nhường và nhận oxi vì vậy không giải thích được một số phản ứng không có

sự có mặt của oxi tham gia nhưng nó vẫn mang bản chất của phản ứng oxi hoá - khử

+ Chưa mang tính khái quát, nó dựa trên các phản ứng cụ thể, đơn giản, chưa chỉ được bản chất phản ứng oxi hoá —- khử vì vậy mà HS khó xác định được đâu là phản ứng oxi hoá — khử

2.1.2 Phản ứng oxi hóa —- khử trong chương trình trung học phố thông

2.1.2.1 Sự xuất hiện phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình trung hoc phố thông

Trong chương trình hoá học THPT, phản ứng oxi hoá - khử được phát triển và hoàn thiện hơn Lúc này nội dung phản ứng oxi hoá - khử được mở rộng mang tính khái quát, thể hiện được bản chất phản ứng đó là sự nhường và nhận electron

Phản ứng oxi hóa — khử trong chương trình THPT được tìm hiểu trong chương 4 -

Phản ứng hóa học - Bài 25 Phản ứng oxi hoá - khử, SGK Hoá học 10 - Nâng cao Ở

cấp trung học phố thông phản ứng oxi hóa — khử được hiểu theo quan niệm rộng, tổng quát và chỉ ra bản chất phản ứng Việc đưa phản ứng oxi hoá — khử vào chương trình hoá học THPT có một ý nghĩa quan trọng, tạo cơ sở nền tảng kiến thức cho việc nghiên cứu tính chât của các đơn chât, hợp chât vô cơ và hữu cơ

2.1.2.2 Cac khai niém [17]

- Chất khử : là những chất nhường electron, là chất có số oxi hóa tăng sau phản

ứng Chất khử còn được gọi là chất bị oxi hóa

- Chất oxi hóa : Là chất nhận electron hay chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng Chất oxi hóa còn được gọi chất bị khử

- Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhường electron hay làm tăng số oxi hóa của chất đó

- Sự oxI hóa (quá trình oxi hóa) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay

làm giảm số oxi hóa của chất đó

- Dịnh nghĩa phản ứng oxi hóa — khử

Phản ứng oxi hóa- khử là phản ứng hóa học trong đó 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 tó

2.1.2.3 Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử

Đề lập phương trình phản ứng oxi hóa — khử, ta cần biết công thức hóa học của

các chất tham gia và tạo thành Việc chọn hệ số thích hợp đặt trước công thức các

chất trong phương trình hóa học có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau

, trong chương trình, HS chủ yếu được học theo phương pháp cân bằng electron và phương pháp cân bằng ion - electron Tuy nhiên khi lập phương trình phản ứng cần

2.1.2.4 Đặc điểm của phản ứng oxi hóa - khử: [21]

Ở cấp Trung học phô thông đưa ra định nghĩa mở rộng: Sự oxi hóa và sự khử găn

VỚI SỰ chuyền dịch electron

Ví dụ : Trong phản ứng của Na và O; đã có sự chuyên dịch electron từ nguyên tử

Na sang nguyên từ Ó;, vì vậy có sự oxi hóa Na thành Na;O (sự nhường electron), Na

là chất khử (nguyên tử nhường electron), O; là chất oxi hóa (nguyên tử nhận

electron)

Sự nhường e(sự oxi hóa)

| Vv 0 0 +1 -—2

Sự nhận e(sự khử) Chất khử Chất oxi hóa

Có những phản ứng hóa học tuy không có oxi tham gia nhưng có sự chuyển dịch electron nên cũng được gọi là phản ứng oxi hóa — khử

Ví dụ: Trong phản ứng giữa natri và clo, đã có sự chuyển dịch electron từ nguyên

tử natri đến nguyên tử clo, vì vậy natri được gọi là chất khử, clo được gọi chất oxi

Do đó, phản ứng oxi hóa — khử còn được định nghĩa là phản ứng hóa học trong đó

có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng

- Nhận xét :

e _ Phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình hoá học THPT đã được phát triển

và hoàn thiện, mang tính khái quát, chỉ rõ bản chất của phản ứng đó là sự nhường và nhận electron; đó là phản ứng trong đó xảy ra đồng thời hai quá trình khử và quá trình oxi hoá tuy trái ngược nhau nhưng tổn tại trong cùng một phản ứng

° Giúp HS dễ dàng nhận biết được đâu là phản ứng oxi hoá —- khử dựa vào việc xác định số oxi hoá của chất tham gia và sản phẩm tạo thành một cách nhanh chóng, chính xác Việc cân bằng các phản ứng oxi hoá — khử phức tạp trở nên đơn giản hơn 2.2 Phản ứng oxi hóa- khử

2.2.1 Nội dung phản ứng oxi hóa - khử trong hóa học vô cơ

2.2.1.1 Một số chất oxi hóa khử quan trọng

- Chất khử : kim loại, hydro, hợp chất ứng với số oxi hóa thấp của nguyên

tố phi kim, các phi kim yếu, các cation của phi kim, cation kim loại hóa trị thấp của

kim loại có nhiều trạng thái hóa trị

- Chất oxi hóa : các phi kim, các cation kim loại, hợp chất ứng với số oxi

hóa cao của nguyên tố có nhiều hóa trị, các axít có nhiều hóa trị, các axit oxi hóa đặc

- Ngoài ra còn có những chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa: các hợp chất của lưu huỳnh, cacbon có số oxi hoá trung gian

2.2.1.2 Phân loại phản ứng oxi hóa - khử

]) Loại phản ứng oxi hóa - khứ đơn giản

Là loại phản ứng oxi hóa - khử mà trong phản ứng chỉ có một chất đóng vai trò là chất khử và một chất đóng vai trò là chất oxi hóa

Ví dụ : a) Kim loại tác dụng với axit

Zn + H,SO, > ZnSO, + HoT

b) Kim loại tac dung voi phi kim 2Mg +O; — 2MgO

2Na +Cl, > 2NaCl c) Kim loại tác dụng với oxIt aXIt 2Mg + CO; —› 2MgO + C d) Oxit kim loại tác dụng phi kim

CuO + H, — Cu +H,O

Fe30,+ 4H, > 3Fe + 4H,O e) Oxit kim loại tác dụng với oxit phi kim FeạO; +3CO —› 2Fe + 3CO;Ÿf

2) Loai phan ung oxi héa - khu dac biét [22]

a) Phản ứng oxi hoá - khử nội phân tử

- Chất oxi hoá và chất khử là những nguyên tử khác nhau nằm trong cùng một phân tử

Vi du: Trong phan tng : Cl.+ 2NaOH — NaCl+ NaClO+H,O

Cl,” vira chat khir (Cl,’ + e > Cl") vừa là chất khử Cl¿° - e — CI””)

c) Phản ứng có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá

Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau theo phương pháp cân bằng e

2 FeS2 —> Fe+2 S+]l5e

15KNO, + 2Fe,S — 15KNO, + Fe,O, + 4SO, T

d) Phản ứng oxi hoá - khử có môi trường tham gia

- _ Ở môi trường axit thường có ion H” tham gia tạo thành HO

Ví dụ: 2MnO¿ +5SOz”“+6H' =2Mn”' + 5SO,“ +3H;O

- _ Ở môi trường kiềm thường có ion OH tham gia tạo thành HO

Ví dụ: 2KMnO¿ + Na;SO: +2KOH =2K;MnO¿ +Na;SO, +HạO

2MnO„ + SO;” +2OH =2MnO,Ÿ + SO¿7 + H;ạO

- _ Ở môi trường trung tính có thê có H;O tham gia

Ví dụ: 2KMnO¿ +3Na;SO: + HạO = 2MnO;| + 3SO,” + 20H

2.2.2 Noi dung phan ứng oxi hóa - khử trong hóa học hữu cơ

2.2.2.1 Đặc điểm hợp chất hữu cơ [18]

- Hợp chất hữu cơ là hợp chất của Cacbon (trừ CO, CO;, H;CO¿, và các muỗi

cacbonat kim loại )

- Hợp chất hữu cơ gồm hai loại chính : hidrocacbon và dẫn xuất hidrocacbon

- Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng

hóa trị và theo một trật tự nhất định Thứ tự liên kết đó được gọi là cấu tạo hóa học

Sự thay đổi thứ tự liên kết đó, tức là thay đổi cầu tạo hóa học, sẽ tạo ra hợp chất khác

Ví dụ : Công thức phân tử C;HạO có hai công thức câu tạo

CH; - O — CH; : Đimetyl ete, chất khí, không tác dụng với Na

CH; - CH;— OH : Ancol etylic, chất lỏng, tác dụng với Na giải phóng khí hidro

- Trong phân tử hợp chất hữu cơ, Cacbon có hóa trị 4 Nguyên tử cacbon không những có thể liên kết với nguyên tử của các nguyên tố khác mà còn liên kết với nhau tạo thành mạch cacbon

Vi du : CH; - CH, - CH, - CH3 (mach khéng nhanh)

CH3-CH-CH;

CH3 ( Mạch có nhánh)

_> (Dạng mạch vòng)

Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử ( bản chất, số lượng

các nguyên tử ) và câu tạo hóa học (thứ tự liên kết các nguyên tử)

Thí dụ : - Phụ thuộc thành phần nguyên tử: CH¿ là chất khí dễ cháy, CC1¿ là chất

lỏng không cháy, CH;CI là chất khí không có tác dụng gây mê, CHC1; là chất lỏng coa tác dụng gây mê

- Phụ thuộc cấu tạo hóa học: CHạCH;OH và CH;OCH; khác nhau cả tính chất

vật lý và tính chất hóa học

2.2.2.2 Cách xác định số oxi hoá của hợp chất hữu cơ [5]

- Trong hóa hữu cơ, những phản ứng có sự thay đôi số oxi hóa (soh) cũng được gọi là phản ứng oxi hóa — khử, cách tính số oxi hóa cho mỗi nguyên tử cũng tuân theo qui tắc như đối với các hợp chất vô cơ Nhưng vì phản ứng hữu cơ thường

có liên quan đến một vài nguyên tử C trong phân tử nên để xác định sự oxi hóa và sự khử người ta thường làm như sau:

- Cộng hóa trị của C trong hợp chất hữu cơ đều bằng 4, nhưng soh của C còn tùy

thuộc nguyên tố liên kết với nó, nếu liên kết với nguyên tử phi kim (O, N, CI ) thì

số oxi hóa của C là dương (+), còn nếu liên kết với nguyên tử có kim loại (Mg, Cu ) thì số oxi hóa của C sẽ là âm (- )

Cách xác định soh của C : có hai cách xác định

- Xác định theo công thức phân tử như trong hợp chất vô cơ, xác định được soh

trung bình của C hoặc > số oxi hóa của C

- Xác định soh của từng nguyên tử C, dựa vào công thức cấu tạo

Thí dụ : Trường hợp trong hợp chất hữu cơ có nhiều nguyên tử C [3]

Soh ctia Cicus-) =-3

Soh của Cụ COOH) = 3

3 soh của C=0

Soh của Œ =0

2.2.2.3 Các loại phản ứng oxi hóa - khử trong hóa học hữu cơ [12]

- Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

Đa số các hợp chất hữu cơ tham gia phản ứng oxi hóa hoàn toàn đều tạo thành sản phẩm là khí cacbonic và hơi nước, ngoài ra tùy theo thành phần các nguyên tử cầu tạo thành hợp chất hữu cơ mà sản phẩm có thê có thêm khí nitơ hay amoniăc

C,H,O,N, + (x+ rn 5) O; —> xCO; †+ 2 H,O + 5 Nat

- Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

Trong chương trình hóa học lớp 11, học sinh đã làm quen với các loại phan tng

oxi hóa - khử các hợp chất hữu cơ ở chương 6 — Hidrocacbon không no và chương 8

-Dẫn xuất Halogen, Ancol — Phenol

® Anken làm mất màu dung dịch thuốc tím :

43CH; = CH; +2KMnO¿ + 4H;O —>3HO-CH; - CH;-OH +MnO; + 2KOH

Phản ứng này dùng để nhận biết sự có mặt của liên kết đôi anken

® Ankin phản ứng với kali penmanganat theo phản ứng :

3C,H + 8§KMnO¿ —> 3(COOK); +2KOH + 8§MnO; } +2H;O

® Phản ứng oxi hóa biến đổi ancol thành andehit rồi thành axit :

Chất oxi hóa ancol bậc một thường dùng là KMnO¿, CrO¿ và Na;Cr;O; với H;SO¿

Oxi hóa ancol bậc một tạo thành andehit nhưng andehit dễ bị oxi hóa hơn ancol nên andehit sẽ bị oxi hóa tiếp tạo axit cacboxylic

RCH;OH —“>y RCHO —“>› RCOOH

Muốn dừng ở andehit, cần dùng các biện pháp sau đây:

- _ Chưng cất andehit ra khỏi hỗn hợp

- _ Kiểm tra nghiêm ngặt nhiệt độ và thời gian phản ứng

® - Ancol bậc một bị oxI hóa thành andehit : Ancol bac một bị ox1 hóa nhẹ

thành andehit R—-CH;- OH +CuO ——› R- CH=O +Cu +HạO

CH;-CH,-OH +O, —“#, CH; - COOH + H,0

® Andehit bị oxi hóa thành axit cacboxylic: Xeton khó bi oxi hóa nhưng andehit rat dễ bị oxi hóa, nó làm mất màu dung dịch nước brom, dung dich kali Penmanganat

va bi oxi hóa thành axit cacboxylic

Ví dụ : RCH=O + Br;ạ + HO —> RCOOH + 2HBr

Andehit khử được Ag” ở phức chất [ Ag(NH;);]OH thành Ag kim loại :

AgNO; + 3NH,+H,O -> [Ag(NH;);]OH (Phức chất tan) + NH¿NO;

R- CH =O + 2[ Ag(NH;).]OH — R-COONH, + 2Agl + 3NH;T +H,O

2.2.2.4 Cân bằng phản ứng oxi hóa —- khử trong Hóa hữu cơ

1) Phương pháp cân bằng phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ :

a) Phản ứng cháy cua hidrocacbon :

Cân bằng theo trình tự sau:

- Cân bằng số nguyên tử hiđro Lẫy số nguyên tử H của hiđrocacbon chia cho 2, nếu kết quả là số lẻ thì nhân đôi phân tử hiđrocacbon, nếu là số chẵn thì để nguyên

- Cân bằng số nguyên tử cacbon

- Cân bằng số nguyên tử oxi

Vidu: C;H¿ + O; —› CO; + HO

Lẫy số nguyên tử H chia cho 2 được: 6/2 = 3 là số lẻ, nên cần nhân đôi :

2C¿H + 7O; > 4CO; + 6H;O b) Phản ứng cháy của hợp chất chứa oxi

Cân bằng theo trình tự:

- Cân bằng số nguyên tử C

- Cân bằng số nguyên tử H

- Cân bằng số nguyên tử O bằng cách tính số nguyên tử O ở về phải rồi trừ đi số

nguyên tử oxi có trong hợp chất Kết quả thu được đem chia đôi sẽ là hệ số của phân

tử O; Nếu hệ số đó là phân số thì nhân đôi cả 2 về của phương trình để khử mẫu số

Ví dụ: 2C;HzCOOH+2.7/2O; —› 2.3CO; +2.3H;O

2C,H;COOH + 70, — 6CO; +6H;O

2) Đối với các phản ứng oxi hoá khử đơn giản như trên, thì chỉ cần cân bằng theo phương pháp bình thường nhưng với các phản ứng phức tạp hơn ta cần sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp thăng bằng ion — electron [3]

Vi dul: Can bang phản ứng hóa học sau bang phương pháp cân bằng elctron

a) C,H, + KMnO, + H,O — Axit oxalic + MnO; + KOH

b) CH3-CH=CH, + KMnO, + H,O — CH3-CH(OH)-CH,(OH) +MnO,+KOH

Tir hai cau a), b) Rút công thức cân bằng chung cho anken ?

Cc) CH: - CH¡; - OH + K;Cr;O+ + H;SOu— CH3CHO + Cro(SOx)3 + K,SO,+ HO

3CHa-CH=CH; + 2KMnO, + 4H,O— 3CH3-CH(OH)-CH,(OH)+ 2MnO, + 2KOH

Cong thirc chung : 3CnHan + 2KMnO, + 4H,O-> 3C,H;„(OH); + 2MnO, + 2KOH