Chuyen de 2 - VC

Khái niệm: số oxi hoá là điện tích của nguyên tử trong phân tử với giả định rằng các cặp e chung chuyển hẳn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.. - QT3: Trong ion: + Với ion đơn ng

Chuyên đề 2:

phản ứng oxi hoá - khử và cân bằng phuơng

trình phản ứng oxi hoá - khử

- o0o

-A các kiến thức cơ bản:

I Đinh nghĩa:

Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong đó nguyên tử hoặc ion này nhờng electron cho nguyên tử hoặc ion khác

Ví du:

- Nguyên tử nhờng electron cho nguyên tử:

2x1e

- Nguyên tử nhờng electron cho ion:

2e

- Ion nhờng electron cho nguyên tử:

- Ion nhờng electron cho ion:

2x1e

2I- + 2Fe3+ I2 + 2Fe2+

II Các khái niệm:

1 Chất oxi hoá, chất khử, sự oxi hoá, sự khử:

- Chất oxi hoá: là chất thu electron

- Sự oxi hoá: là sự mất electron

- Chất khử: là chất nhờng electron

- Sự khử: là sự thu electron

Na là chất khử, Cl2 là chất oxi hoá

Sự oxi hoá (quá trình oxi hoá): Na Na+ + 1e

Sự khử (quá trình khử): Cl + 1e Cl

2 Số oxi hoá:

a Khái niệm: số oxi hoá là điện tích của nguyên tử trong phân tử với giả định rằng

các cặp e chung chuyển hẳn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn

b Quy tắc xác định số oxi hoá:

- QT1: Số oxi hoá của nguyên tử trong phân tử đơn chất luôn bằng 0.

- QT2: Trong phân tử hợp chất tổng đại số số oxi hoá của các nguyen tử luôn

bằng 0

- QT3: Trong ion:

+ Với ion đơn nguyên tử, số oxi hoá bằng điện tích của nó

+ Với ion đa nguyên tử, tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử bằng điện tích của ion đó

- QT4: Trong các hợp chất:

+ Số oxi hoá của H là +1 (trừ trờng hợp các hiđrua kim loại: NaH, CaH2, thì

H có số oxi hoá là -1)

+ Số oxi hoá của Na, K là +1; của Mg, Ca, Ba, Zn là +2

+ Số oxi hoá của oxi là -2 (trừ trờng hợp các peoxit: H2O2, Na2O2, BaO2 số oxi hoá của oxi là -1; trong OF2 số oxi hoá của oxi là -2)

c Số oxi hoá và hoá trị của nguyên tố:

* Một nguyên tố có thể có nhiều số oxi hoá khác nhau:

Ví dụ: Fe có số oxi hoá là +2 và +3;

Cl có số oxi hoá là: -1, 0, +1, +3, +5, +7;

* Quan hệ giữa số oxi hoá và hoá trị:

- Hoá trị của nguyên tố đợc xác định theo số liên kết của nguyên tố trong phân

tử (có ý nghĩa vật lý), còn số oxi hoá là con số quy ớc đợc xác định theo quy tắc ở trên (không có ý nghĩavật lý)

- Tuy nhiên trong nhiều trờng hợp, nhất là đối với kim loại, giá trị tuyệt đối của

số oxi hoá và hoá trị thờng trùng nhau

Ví dụ:

- Trong những trrờng hợp khác, số oxi hoá không trùng hoá trị

Ví dụ:

- Cacbon luôn có hoá trị IV trong các hợp chât hữu cơ sau nhng số oxi hoá lại khác nhau:

Hợp chất CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 2 H 4 C 2 H 2 HCHO HCOOH

Số oxi

hoá của

cacbon

d ý nghĩa của số oxi hoá:

* Tuy là một con số có tính quy ớc nhng số oxi hoá dơng lớn nhất của đa số nguyên

tố hoá học luôn trùng với số thứ tự của nhóm nguyên tố đó trong BTH các nguyên tố hoá học

* Định nghĩa sự oxi hoá và sự khử trên cơ sở số oxi hoá:

- Sự oxi hoá một nguyên tố làm tăng số oxi hoá của nguyên tố đó và sự khử một nguyên tố là làm giảm số oxi hoá của nguyên tố đó

- Vậy: Phản ứng oxi hoá - khử là p trong đó có sự biến đổi số oxi hoá của các nguyên tố

* Dựa vào số oxi hoá của 1 nguyên tố trong 1 hợp chất có thể dự đoán chất khử ,

chất oxi hoá:

- Khi 1 nguyên tố có số oxi hoá thấp nhất thì chỉ có thể là chất khử mà không

có tính oxi hoá

Ví dụ: HI, HBr, HCL, H2S, NH3

- Khi 1 nguyên tố có số oxi hoá cao nhất thì chỉ có thể có tính oxi hoá mà không có tính khử

Ví dụ: KMnO4 , HClO4 , H2SO4, K2Cr2O7, HNO3

- Khi 1 nguyên tố có số oxi hoá trung gian, tuỳ thộc vào điều kiện phản ứng thì

có khả năng tham gia p nh chất oxi hoá hoặc chất khử

Ví dụ: S0 +4e SO+4 2 -2e SO+6 42

2H2S + SO2  3S + 2H2O

* Tính số electron trao đổi (nhờng hoặc nhận) của 1 nguyên tố trong phản ứng:

Số electron trao đổi = Số oxi hoá lớn - Số oxi hoá bé III Cách cân bằng ph ơng trình phản ứng oxi hoá - khử:

1 Cân bằngphơng trình phản ứng oxi hoá - khử theo phơng pháp thăng bằng electron:

* Nguyên tắc: electron(chất khử cho) = electron(chất oxi hoá nhận)

* Phạm vi áp dụng: Cho đa số các phản ứng oxi hoá - khử trong hoá học vô cơ

* Các bớc cân bằng: (5 bớc):

1 Viết sơ đồ phản ứng, xác định số oxi hoá của các nguyên tố có số

oxi hoá thay đổi

2 Viết các quá trình oxi hoá, quá trình khử

3 Cân bằng electron: nhân hệ số sao cho:

electron

 (chất khử cho) = electron(chất oxi hoá nhận)

4 Đặt hệ số của chất oxi hoá, chất khử vào sơ đồ phản ứng và cân

bằng nguyên tố ở 2 vế (số nguyên tử của từng nguyên tố ở VP =

VT)

5 Kết luận

 Lu ý: ở bớc 4, Cân bằng nhuyên tố thờng theo thứ tự:

+ Kim loại (ion dơng) + Gốc axit (ion âm) + Môi trờng (Axit hoặc bazơ) + Nớc (Cân bằng nớc là để cân bằng hiđro).

* Ví dụ: Cân bằng ptp sau: Cu+HNO3(loãng)  t o Cu(NO3)2+NO +H2O

- Hớng dẫn chi tiết từng bớc:

+ B1: Sơ đồ phản ứng:

Cu

0 + HNO 3

+5

(l) t

o

Cu(NO+2 3)2 + NO + H+2 2O

+ B2, B3: Các quá trình:

N

+5

3x 2x

+ B4: 3Cu0 + HNO 3

+5

(l) t

o

3Cu(NO+2 3)2 +2 NO + H+2 2O 2

+ B5: Vậy phơng trình cân bằng là:

3Cu + 8HNO3(loãng)  t o 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

- Trình bày: 3Cu0 + HNO 3

+5

(l) t

o

3Cu(NO+2 3)2 +2 NO + H+2 2O 2

+ Các quá trình:

N

+5

3x 2x

+ Vậy phơng trình cân bằng là:

3Cu + 8HNO3(loãng)  t o 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

2 Cân bằngphơng trình phản ứng oxi hoá - khử theo phơng pháp ion -

electron:

* Nguyên tắc: electron(chất khử cho) = electron(chất oxi hoá nhận)

* Phạm vi áp dụng: Cho các p oxi hoá - khử xảy ra trong dung dịch, không đòi hỏi phải biết chính xác số oxi hoá của các nguyên tố, áp dụng rất tốt cho phản ứng oxi hoá trong hoá hữu cơ

* Các bớc cân bằng: (5 bớc)

1 Tách ion (viết đúng dạng tồn tại của các ion trong dd), xác định

số oxi hoá của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hoávà viết

các bán phản ứng

2 Cân bằng các bán phản ứng:

- Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế của từng

bán phản ứng:

+ Thêm H+ hay OH

+ Thêm nớc để cân bằng số nguyên tử hiđro

+ Kiểm tra số nguyen tử oxi ở 2 vế của bán phản ứng (phải

bằng nhau)

- Cân bằng điện tích: thêm electron vào mỗi bán phản ứng để

cân bằng điện tích

3 Cân bằng electron: nhân các hệ số sao cho:

electron

 (chất khử cho) = electron(chất oxi hoá nhận)

4 Cộng các bán phản ứng để đợc phơng trình ion rút gọn

5 Chuyển phơng trình ion rút gọn thành phơng trình phân tử đầy

đủ

 Lu ý: Để chuyển phơng trình ion rút gọn thành phơng trình phân tử đầy đủ

thì ta pải làm nh sau:

Cộng vào 2 vế những lợng nh nhau các cation hoặc anion để bù trừ điện tích.

* Ví dụ: Cân bằng ptp sau: Al + HNO3  Al(NO3)3 + N2O + H2O

- Hớng dẫn chi tiết từng bớc:

+ B1: Tách ion, xác định số oxi hoá:

Al + H+1+ + NO+5 3- Al3+

+3 + 3NO 3- + N+12O + H2O

Các quá trình:

NO3

-+5

N+12O

+ B2: Cân bằng các bán phản ứng:

Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố trong p:

NO3

-+5

N+12O

+

10H+

Cân bằng điện tích:

NO

-+5

N+12O

+ +

+ 3e +8e

+ B3: Cân bằng electron:

NO3

-+5

N+12O

+ 10H+

+ 3e +8e

8x

3x

+ B4: Cộng các bán phản ứng:

Al +30H++ 6NO3- Al3+ + 3N2O + 15H2O

NO3

-+5

N+12O

+

10H+

+ 3e +8e

8x

3x

+ B5: Công 2 vế với 24 ion NO3-:

-Vậy ptcb là: 8Al + 30HNO3  8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

- Trình bày:

+ Các quá trình:

Al +30H++ 6NO3- Al3+ + 3N2O + 15H2O

NO3

-+5

N+12O

+

10H+

+ 3e +8e

8x

3x

(L u ý : Không nhất thiết phải ghi số oxi hoá cả các nguyên tố trong 2 quá trình trên).

+ Vậy ptcb là: 8Al + 30HNO3  8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

a Phản ứng có axit tham gia:

* Vế nào thừa oxi thì thêm H+ để tạo ra H2O ở vế kia hay vế nào thiếu oxi thì thêm

H2O để tạo ra H+ ở vế kia

* Ví dụ: KMnO4 + KNO2 + H2SO4  MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O

- Các quá trình:

MnO4- + 5e +8H+ Mn2+ + 4H2O

2x

5x

2MnO4- + 5NO2- + 16H+ + 5H2O 2Mn2+ + 8H2O + 5NO3- + 10H+

(L u ý: Không nhất thiết phải ghi số oxi hoá cả các nguyên tố trong 2 quá trình trên).

- Vậy phơng trình cân bằng là:

2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4  2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2O

b Phản ứng có kiềm tham gia:

- Vế nào thừa oxi thì thêm H2O để tạo ra OH- ở vế bên kia hay vế nào thiếu oxi thì thêm OH- để tạo ra H2O ở vế bên kia

- Ví dụ 1: NaCrO2 + Br2 + NaOH  Na2CrO4 + NaBr + H2O

+ Các quá trình:

2x CrO2- + 4OH-  CrO42- + 3e + 2H2O

3x Br2 + 2e  2Br

-2 CrO2- + 3 Br2 + 8OH-  2 CrO42- + 6Br- + 4H2O + Vậy phơng trình cân bằng là:

2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH  2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O

- VÝ dô 2:

CH3 C CH +KMnO4 + KOH CH3COOK + K2MnO4 + K2CO3 + H2O

+ C¸c qu¸ tr×nh:

2-2C

-1 /2

2C+3 + 5e 2C

-1 /2

2C+4 + 7e 4C

-1 /2

2C+3 + 2C+4+ 12e

12x

1x 12MnO4 + 4C

-1 /2

12MnO4

2

-+ 2C

+3

+ 2 C+4

+ VËy ph¬ng tr×nh c©n b»ng lµ:

2C3H4+12KMnO4+30KOH  2CH3COOK+12K2MnO4+2K2CO3+15H2O

(L u ý : Cã thÓ c©n b»ng ptp nµy b»ng ph¬ng ph¸p th¨ng b»ng electron)

c Ph¶n øng cã níc tham gia:

- NÕu s¶n phÈm sau ph¶n øng cã axit t¹o thµnh ta c©n b»ng theo ph¶n øng cã axit tham gia NÕu s¶n phÈm sau ph¶n øng cã kiÒm t¹o thµnh ta c©n b»ng theo ph¶n øng

cã kiÒm tham gia

- VÝ dô: KMnO4 + K2SO3 + H2O  MnO2 + K2SO4 + KOH

+ C¸c qu¸ tr×nh:

2x MnO4- + 3e + 2H2O  MnO2 + 4OH

3x SO32- + 2OH-  SO42- + H2O + 2e

2 MnO4-+4H2O+3SO3 +6OH-  2 MnO2 + 8OH- + 3SO42- + 3H2O

+ VËy ph¬ng tr×nh c©n b»ng lµ:

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O  2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH

3 C©n b»ngph¬ng tr×nh ph¶n øng oxi ho¸ - khö theo ph¬ng ph¸p t¨ng gi¶m sè oxi ho¸:

* Nguyªn t¾c: SOXH (t¨ng) = SOXH (gi¶m)

* Ph¹m vi ¸p dông: Cho ®a sè c¸c ph¶n øng oxi ho¸ - khö trong ho¸ häc v« c¬

* VÝ dô: NH3 + O2  NO + H2O

- C¸c qu¸ tr×nh:

N-3 (+2)-(-3)=(+5)Số oxi hoá tăng +2N

O

0

o

-2

Số oxi hoá giảm (-2)-(0)=(-2)

2x

5x

- Vậy phơng trình cân bằng là:

4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O

4 Các dạng phản ứng oxi hoá - khử phức tạp:

a Phản ứng oxi hoá - khử có hệ số bằng chữ:

(Chuyên đề p oxi hoá-khử và sự điện phân _ Nguyễn Trọng Thọ-NXBGD)

b Phản ứng oxi hoá - khử có từ 3 trờng hợp thay đổi số oxi hoá trở lên:

(Chuyên đề p oxi hoá-khử và sự điện phân _ Nguyễn Trọng Thọ-NXBGD)

c Phản ứng oxi hoá - khử có số oxi hoá của 1 nguyên tố tăng hay giảm nhiều nấc:

(Chuyên đề p oxi hoá-khử và sự điện phân _ Nguyễn Trọng Thọ-NXBGD)

d Phản ứng oxi hoá - khử không xác định rõ môi trờng:

(Chuyên đề p oxi hoá-khử và sự điện phân _ Nguyễn Trọng Thọ-NXBGD)

IV Điều kiện để phản ứng oxi hoá - khử xảy ra:

(Chuyên đề p oxi hoá-khử và sự điện phân _ Nguyễn Trọng Thọ-NXBGD)

B Bài tập áp dụng:

Bài 1: Thế nào là phản ứng oxi hoá - khử? Phân biệt các khái niệm: chất oxi hoá, sự

oxi hoá, chất khử, sự khử? Lấy phản ứng sau để minh hoạ:

Al + HNO3  Al(NO3)3 + N2O + H2O

Bài 2: Cho phản ứng: nA + mBn+ nAm+ + mB

Hãy so sánh tính oxi hoá - khử của các cặp Am+/A và Bn+/B để phản ứng trên xảy ra theo chiều thuận

Bài 3: Cân bằng các phơng trình phản ứng sau theo phơng pháp thăng bằng electron: Bài 4: Cân bằng các phơng trình phản ứng sau theo phơng pháp ion - electron:

Bài 5: Cân bằng các phơng trình phản ứng sau theo phơng pháp tăng giảm số oxi hoá: