SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử bằng phương pháp thăng bằng electron

sáng kiến kinh nghiệm hóa 10

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử bằng phương pháp thăng bằng electron.

I Mở đầu

I.1 Lí do chọn đề tài

Cách cân bằng phản ứng oxi hoá - khử là phần khó đối với học sinh Đây

là kiến thức mới đối với học sinh lớp 10 Ở những lớp dưới học sinh đã làm quen với khái niệm phản ứng oxi hoá - khử nhưng trong phạm vi hẹp là phản ứng đó phải có nguyên tố oxi tham gia phản ứng Vậy bằng cách nào đó có thể giúp học sinh biết đựoc một số khái niệm về trong chương phản ứng oxi hoá - khử và đặc biệt là cân bằng phản ứng oxi hoá - khử

Việc học sinh khá giỏi hiểu và vận dụng cân bằng oxi hoá - khử đã khó nhưng đối với học sinh trung bình và yếu thì việc biết và vận dụng được việc này còn khó hơn

I.2 Mục đích nghiên cứu.

Giúp cho một số đối tượng học sinh trung bình và yếu có thể biết cân bằng một

số phản ứng oxi hoá - khử thường gặp

Qua việc cân bằng được các phản ứng oxi hoá - khử giúp học sinh giải được một số dạng toán hoá học

I.3 Kết quả cần đạt đựoc.

Học sinh trung bình cân bằng đựoc phản ứng oxi hoá - khử có liên quan đến môi trường phản ứng

Học sinh yếu cân bằng đựoc phản ứng của axit sunfuric đặc, nitric với kim loại hoặc phi kim

I.4 Đối tượng nghiên cứu.

Học sinh khối 10 ở các lớp KHCB A

II Nội dung

II.1 Cơ sở lí luận.

II.1.1 Khái niệm về liên kết cộng hoá trị và liên kết ion

II.1.1.1 Liên kết ion:

Một số hợp chất hoá học được tạo nên nhờ sự chuyển electron hoá trị từ nguyên

tử này sang nguyên tử kia, nguyên tử mất electron biến thành ion dương và nguyên tử thu electron biến thành ion âm, rồi các ion mang điện ngược dấu đó hút nhau và lại gần nhau

3s1 3s23p5 2s22p6 3s23p6

Những hợp chất được tạo nên bằng cách như trên gọi là hợp chất ion Kiểu liên kết hoá học trong các phân tử đó gọi là liên kết ion.Trong trường hợp này ta sẽ xác định được điện tích của nguyên tử trong phân tử

Ví dụ: NaCl: Nguyên tử Na có điện tích 1+

Nguyên tử Cl có điện tích

1-II.1.1.2 Liên kết cộng hoá trị:

Những phân tử đơn chất như H2, Cl2 hoặc phân tử hợp chất của những nguyên tố gần giống nhau như SO2, CO2 thì việc hình thành liên kết không phải bằng cách như trên những phân tử loại này được hình thành bằng cách nguyên tử đưa ra những electron hoá trị của mình để tạo thành 1 hay 2, 3 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử

Ví dụ: Cl. + Cl  Cl : Cl

Trong phân tử Cl2 mỗi nguyên tử Cl đều không mang điện do cặp electron chung không lệch về bên nào (điện tích của mỗi nguyên tử Cl đều bằng 0)

Đối với phân tử HCl thì sự hình thành chúng như sau:

H + Cl  H :Cl

Trong phân tử HCl cặp electron dùng chung lệch về phía nguyên tử Cl nên H mang điện tích dương và Cl mang điện tích âm

H Cl ( < 1)

Trong những phân tử như thế này thì ta không thể xác định được số điện tích nguyên của nguyên tử

II.1.2 Khái niệm số oxi hoá :

Số oxi hoá của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố

đó nếu giả định liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử là liên kết ion

Ví dụ: Đối với phân tử đơn chất như H2 Điện tích của mỗi nguyên tử bằng 0 nên

số oxi hoá bằng 0 Đối với phân tử có liên kết cộng hoá trị có cực như HCl thì coi như  = 1, lúc này ta mới có thể xác định được số oxi hoá của H là +1 và của

Cl là -1 Đối với phân tử có liên kết ion như NaCl thì đương nhiên là Na có số oxi hoá +1 và Cl có số oxi hoá là -1

II.1.3 Cách xác định số oxi hoá:

Theo 4 qui tắc (trong SGK Hóa học 10)

II.1.4 Định nghĩa :

II.1.4.1 Phản ứng oxi hoá - khử: là phản ứng hoá học trong đó có sự chuyển

electron giữa các chất phản ứng; hay phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi số oxi hoá của một số nguyên tố

II.1.4.2 Chất khử là chất nhường electron hay là chất có số oxi hoá tăng sau

phản ứng Chất khử còn được gọi là chất bị oxi hoá

II.1.4.3 Chất oxi hoá là chất nhận electron hay là chất có số oxi hoá giảm sau

phản ứng Chất oxi hoá còn được gọi là chất bị khử

II.1.4.4 Sự oxi hoá (quá trình oxi hoá) một chất là làm cho chất đó nhường

electron hay làm tăng số oxi hoá của chất đó

II.1.4.5 Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay

làm giảm số oxi hoá của chất đó

II.2 Thực trạng nghiên cứu.

Qua các năm giải dạy cho thấy hầu hết học sinh đặc biệt là những học sinh trung bình và yếu rất ‘sợ’ môn hoá Thực tế khi vào lớp 10 trong thời gian còn chưa quen với việc học ở bậc trung học phổ thông thì học sinh gặp phải vấn đề khó là việc cân bằng các phản ứng trong đó có phản ứng oxi hoá - khử

Để cân bằng phản ứng oxi hoá - khử học sinh mất nhiều thời gian và thường không chính xác Qua bài kiểm tra 45 phút số một trong các năm học hầu hết khi học sinh cân bằng đúng phản ứng thường giải các bài toán rất nhanh và chính xác

II.3 Biện pháp thực hiện

Vấn đề 1: Xác định số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố.

- Đây là một mắt xích quan trọng làm cơ sở để viết các bán phương trình nhường, nhận electron một cách đúng đắn nhất

- Để thực hiện tốt việc này tôi thực hiện từng bước một theo trình tự đã có trong sách giáo khoa quan trọng

Bước 1: Số oxi hoá của đơn chất

Ví dụ 1: Xác định số oxi hoá của các đơn chất sau: O2, Fe, Cu, Al, N2, S

Bước 2: Trong hầu hết hợp chất số oxi hoá của oxi luôn bằng -2 và của hiđro bằng +1

Bước 3: Số oxi hoá của ion

Ví dụ 2: Xác định số oxi hoá của các ion trong các trường hợp sau

a Na+, Al3+, Fe2+, K+, Cr3+, Fe3+, Zn2+

b S2-, O2- Cl-,

Bước 4: Tổng số oxi hoá trong một phân tử bằng không và trong ion đa nguyên

tử bằng điện tích của ion đấy

Ví dụ 3: Xác định số oxi hoá (x) của Photpho trong phân tử: H3PO4

Ta có 3(+1) + 1(x)+ 4(-2) = 0 giải ra x = +5

Xác định số oxi hoá (y) của Nitơ trong ion NO3-

Ta có 1(y) + 3(-2) = -1 giải ra y = +5

Mục đích của việc xác đinh đúng số oxi hoá sẽ giúp học sinh cảm thấy nhẹ nhàng trong việc cân bằng các phản ứng Từ việc xác định đúng số oxi hoá học sinh xác định số electron nhường và electron nhận dễ hơn

Vấn đề 2: Biết các khái niệm

- Chất khử (chất bị oxi hoá) là chất nhường electron

- Chất oxi hoá (chất bị khử) là chất thu electron

- Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận electron

- Quá trình oxi hoá (sự oxi hoá) là quá trình nhận electron

Ví dụ 1: Số oxi hoá của một nguyên tố trong phân tử là:

A Nguyên tử khối của nguyên tố đó

B Số liên kết của nguyên tử nguyên tố đó với các nguyên tử khác trong phân tử

C Điện tích của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử

D Điện tích qui ước của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử

Giáo viên hướng dẫn cho học sinh( GVHD) :

A Nguyên tử khối của một nguyên tố là khối lượng nguyên tử tính theo u (đv.C)

→ SAI

B Số liên kết của nguyên tử trong phân tử là số cặp electron dùng chung mà một nguyên tử nguyên tố đó tạo ra

Ví dụ: O=O O có 2 liên kết

O=C=O C có 4 liên kết

O có 2 liên kết

→ SAI

C.Trong hợp chất ion thì xác định được điện tích của nguyên tử theo đơn vị điện tích

Ví dụ: Na+Cl

-Nhưng trong hợp chất cộng hoá trị thì không xác định được điện tích của nguyên

tử theo đơn vị điện tích

Ví dụ: CO2 Cặp electron dùng chung lệch về phía O Không có sự cho hẳn electron của nguyên tử C cho O

→ SAI

D Trong trường hợp phân tử có liên kết cộng hoá trị, nếu giả thiết cặp electron dùng chung lệch hẳn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn thì ta sẽ xác định được điện tích.Vậy đây là điện tích qui ước chứ không phải là điện tích thật của

nguyên tử

→ Đúng

Mục đích: + Khắc sâu khái niệm số oxi hoá

+ củng cố một số kiến thức cũ

Ví dụ 2: Chất khử là chất :

A Có số oxi hoá giảm sau phản ứng

B Có số oxi hoá tăng sau phản ứng

C Nhận electron

D Có số oxi hoá không đổi

GVHD: chất nhường e là chất khử

chất nhận e là chất oxi hoá

Vấn đề 3: Lập phương trình hoá học của phản ứng oxi hoá - khử.

- ở đây giúp học sinh làm quen và cảm thấy đơn giản tôi lựa chọn một số phản ứng đơn giản, quen thuộc

Ví dụ 3: Lập phương trình hoá học của phản ứng giữa Natri với Clo

Sơ đồ phản ứng: Na + Cl2  NaCl

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tử nguyên tố trong phản ứng

Na0 + Cl20  Na+1Cl-1

Số oxi hoá của Na tăng 0 đến +1: Na chất khử

Số oxi hoá của Cl2 giảm từ 0 đến -1: Cl2 chất oxi hoá

Bước 2: Lập quá trình khử và quá trình oxi hoá:

Na Na+1 + 1e (quá trình oxi hoá)

Cl2 + 2e  2Cl-1 (quá trình khử)

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hoá và chất khử sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxi hoá nhận

2* Na Na+1 + 1e 1* Cl2 + 2e  2Cl-1 Bứơc 4: Đưa các hệ số vào phương trinh và kiểm tra lại

2Na + Cl2  2NaCl

Qua ví dụ giúp học sinh làm quen với việc thực hiện các bước khi cân bằng một phản ứng oxi hoá - khử

Ví dụ 4: Lập phương trình phản ứng giữa Hiđro và Oxi

H2 + O2  H2O

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tử nguyên tố trong phản ứng

H20 + O20  H2+1O-2

Số oxi hoá của H2 tăng 0 đến +1: H2 chất khử.

Số oxi hoá của O2 giảm từ 0 đến -2: O2 chất oxi hoá

Bước 2: Lập quá trình khử và quá trình oxi hoá:

H2  2H+1 + 2e (quá trình oxi hoá)

O2 + 4e  2O-2 (quá trình khử)

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hoá và chất khử sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxi hoá nhận

2* H2  2H+1 + 2e 1* O2 + 4e  2O-2 Bứơc 4: Đưa các hệ số vào phương trinh và kiểm tra lại

2 H2 + O2  2H2O

Thông qua ví dụ thực hiện dần các thao tác khi tiến hành cân bằng phản ứng oxi hoá - khử bằng phương pháp thăng bằng electron

Ví dụ 5: Lập phương trình khử Fe2O3 bằng khí CO

Fe2O3 + CO  Fe + CO2

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tử nguyên tố trong phản ứng

Fe+3

2O-2

3 +C+2O-2  Fe0 + C+4O-2

2

Số oxi hoá của cacbon tăng +2 đến +4: CO chất khử

Số oxi hoá của sắt giảm từ + 3 đến 0 : Fe2O3 chất oxi hoá

Bước 2: Lập quá trình khử và quá trình oxi hoá:

Fe+3 + 3e  Fe0 (quá trình khử)

C+2  C+4 + 2e (quá trình oxi hoá)

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hoá và chất khử sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxi hoá nhận

2* Fe+3 + 3e  Fe0

3* C+2  C+4 + 2e Bứơc 4: Đưa các hệ số vào phương trinh và kiểm tra lại

Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2

Trong ví dụ này giúp học sinh thực hiện thành thạo các bước khi cân bằng một phản ứng oxi hoá - khử

Ví dụ 6: FeS2 + O2  Fe2O3 + SO2

Tổng hệ số nguyên của các chất trong phản ứng trên là:

A 25 B 23 C.24 D 26

GVHD: Cách 1

Xác định số oxi hoá: Fe+2S2-1 + O20  Fe2+3O3-2 + S+4O2-2

Viết các quá trình oxi hoá và khử Cân bằng mỗi quá trình theo nguyên tắc tổng

số e mà các chất khử cho bằng tổng số e mà các chất oxi hoá nhận

Fe+2 -1e  Fe+3

+

2S-1 -10e  2S+4

4x FeS2 -11e  Fe+3 + 2S+4

11x O2 + 4e  2O-2

4FeS2 + 11O2  4Fe+3 + 8S+4 +22O-2

Phương trình cân bằng:

4FeS2 +11O2  2Fe2O3 + 8SO2

Tổng hệ số của các chất trong phản ứng trên là 4+11+2+8= 25

→ Chọn A đúng

Cách 2: không cần xác định số oxi hoá của Fe và S trong phân tử FeS2.Vì tổng

số oxi hoá của các nguyên tố trong phân tử bằng không

FeS2 - 11e  Fe+3 + 2S+4 (+3 + 2 × 4 = 11 )

Mục đích :

- củng cố cách cân bằng phản ứng oxi hoá - khử bằng phương pháp thăng bằng e

- Rèn luyện kỹ năng cân bằng phản ứng oxi hoá - khử

- Kiến thức mới : + phản ứng cháy của FeS2

+cân bằng phản ứng oxihóa-khử mà không cần xác định số oxi hoá của một số nguyên tố trong một số hợp chất

+ cấu tạo phân tử FeS2

Ví dụ 8: Cân bằng phản ứng sau bằng phương pháp cân bằng e

Cu2FeSx +O2  Cu2O + Fe3O4 +SO2

GVHD: Cách 1

Cu2+1Fe+2Sx-4/x+O20  Cu2+1O-2 + Fe3+8/3O4-2 +S+4O2-2

3Fe+2 -2e  3Fe+8/3

xS-4/x -(4x + 4)e  xS+4

Ta có:

2 ×3 Cu2FeSX - (12x +14) e  6Cu+1 + 3Fe+8/3 +3xS+4

(6x + 7)x O2 + 4e  2O-2

Phương trình cân bằng :

6Cu2FeSx + (6x+7) O2  6Cu2O + 2Fe3O4 +6xSO2

Lưu ý: có thể chọn số oxi hoá của Cu là +2 , số oxi hoá của Fe là +2 , lúc đó ta

sẽ tính được số oxi hoá của S là -6/x

Cách 2 : không cần xác định số oxi hoá của Cu, Fe, S trong phân tử Cu2FeSX

3 Cu2FeSx - (12x +14) e  6Cu+1 + 3Fe+8/3 +3xS+4

( 6.1+3.8/3 + 4.3x) = 14+12x

Mục đích : + rèn luyện kỹ năng cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo 2 cách như trên

+ kiến thức mới: cân bằng phản ứng có hệ số bằng chữ

Ví dụ 9: Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử sau bằng phương pháp cân bằng e

Fe3O4 + CO  Fe + CO2

Cách 1: xác định số oxi hoá trung bình của Fe

1 x 3Fe+8/3 + 8e  3 Fe0

4 x C+2 - 2e  C+4

Phương trình cân bằng

Fe3O4 + 4CO  3Fe + 4CO2

Cách 2: xác định số oxi hoá riêng của từng nguyên tử Fe trong phân tử Fe3O4

Fe+2.2Fe+3 +8e  3Fe0

Mục đích: - Rèn luyện kỹ năng cân bằng phản ứng oxi hoá - khử

- Kiến thức mới : + phản ứng khử sắt từ oxit bằng CO

+ khái niệm số oxi hoá trung bình

Ví dụ 10: Cho phản ứng :

Al + HNO3  Al(NO3)3 + NO + N2O +H2O

Biết VNO : VNO = 2 : 3 Tổng hệ số của chất oxi hóa và chất môi trường là:

A 48 B 38 C.10 D 5

GVHD: Cách 1

N+5 +3e  N+2 ( NO) (1)

2N+5 +8e  2N+1 (N2O) (2)

Nhân (1) với 2 và nhân (2) với 3 rồi cộng lại ta có: ( Do nNO : nNO =2:3 )

1x 8N+5 + 30e  2N+5 + 6N+1

10x AlO -3e  Al+3

10Al + 38 HNO3  10Al(NO3)3 + 2NO +3N2O +19H2O

Cách 2:

Cân bằng 2 phản ứng :

Al +4 HNO3  Al(NO3)3 + NO +2H2O (1)

8 Al +30 HNO3  8 Al(NO3)3 +3N2O +15H2O (2)

Nhân phương trình (1) với 2 rồi cộng với phương trình (2) ta có:

10Al + 38HNO3  10Al(NO3)3 + 2NO + 3N2O + 19H2O

Chất oxihóa là HNO3 (8 phân tử), chất môi trường là HNO3 (30 phân tử )

→ Đáp án là B

Mục đích: - rèn luyện kỹ năng cân bằng phản ứng oxi hoá - khử

- kiến thức mới: kim loại phản ứng với axit có tính oxi hoá mạnh không giải phóng H2, khái niệm chất môi trường

II.4 Kết quả thực hiện:

Kết quả thực hiện:

Kết quả kiểm tra các bài khi chưa học về phản ứng oxi hoá - khử.

Bài kiểm tra 45ph số 1 65%>5 62%>5 60%>5 Bài kiểm tra 15 ph số 2 70%>5 60%>5 58%>5

Sau khi học xong chương phản ứng oxi hoá - khử:

Bài 45 kiểm tra ph số 2 68%>5 67%>5 60%>5 Bài 15 kiểm tra ph số 3 75 %>5 62%>5 64%>5

III Kết luận và kiến nghị.

Đề tài trên tôi áp dụng với các lớp 10A, 10B, 10C trong năm học 20… - 20…

Bài kiểm tra 45 số 1: phần tự luận số học sinh viết đúng phương trình phản ứng

là không nhiều điều thể hiện một phần qua kết quả kiểm tra Thực tế khi học xong chương phản ứng oxi hoá - khử thì số học sinh viết phương trình phản ứng đúng tăng lên điều này có ảnh hưởng tới chất lượng kiểm tra ở các bài sau Thực tế khi viết và cân bằng nhanh chóng các phản ứng hoá học đặc biệt là phản ứng oxi hoá - khử điều này giúp học sinh thêm hứng thú trong quá trình học tập

và nghiên cứu

Khi thành thạo cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp thằng bằng electron còn giúp ích học sinh chọn phương pháp giải toán hoá học nhanh hơn

………, ngày … tháng … năm 20…

Người viết

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa và bài tập cơ bản lớp 10 - NXBGD

2 Sách giáo khoa và sách bài tập nâng cao lớp 10 – NXBGD