Công phá hóa Chương 3 phản ứng oxi hoá khử

Định nghĩa Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong dó 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

CHƯƠNG 3: PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

A Kiến thức cơ bản

1 Định nghĩa

Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong dó 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 tố

Chất khử là chất nhường electron hay là chất có số oxi hóa tăng sau phản ứng Chất khử còn được gọi

Tên quá trình "ngược" với tên chất tham gia quá trình:

- Chất khử thì tham gia quá trình oxi hóa (bị oxi hóa)

- Chất oxi hóa tham gia quá trình khử (bị khử)

2 Điều kiện xảy ra phản ứng oxi hóa - khử

Phản ứng oxi hóa - khử xảy ra theo hướng chất khử mạnh tác dụng với chất oxi hóa mạnh tạo ra chấtkhử và chất oxi hóa yếu hơn

Xét phản ứng: CK1 + COXH1 → CK2 + COXH2

Trong đó: CK1: chất khử thứ nhất

COXH1: chất oxi hóa thứ nhất

CK2: chất khử thứ hai COXH2: chất oxi hóa thứ hai

TÝnh khö (CK > CK )TÝnh oxi ho¸ (COXH > COXH )

3 Phân loại phản ứng hóa học

Phản ứng hóa học được chia thành 2 loại chính:

+ Phản ứng hóa học không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố

+ Phản ứng hóa học có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố (phản ứng oxi hóa - khử)

Phản ứng oxi hóa - khử có thể chia thành 3 loại:

+ Phản ứng oxi hóa - khử thông thường: Phản ứng oxi hóa - khử trong đó chất khử và chất oxi hóathuộc hai phân tử khác nhau (nguyên tử có sự tăng số oxi hóa và nguyên tử có sự giảm số oxi hóa thuộchai phân tử khác nhau)

Ví dụ: + Cl0 2  Na Cl+1 -1

chất khử chất oxi hóa sản phẩm

+ Phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử: Phản ứng oxi hóa - khử trong đó nguyên tử có sự tăng số oxi

hóa và nguyên tử có sự giảm số oxi hóa thuộc cùng một phân tử với vai trò của các nguyên tử này là khácnhau

+ Phản ứng tự oxi hóa – khử: Phản ứng oxi hóa - khử trong đó các nguyên tử của một nguyên tố trong

một phân tử vừa có sự tăng số oxi hóa, vừa có sự giảm số oxi hóa với vai trò của các nguyên tử này làgiống nhau

Study tip: Trong quá trình xác định loại phản ứng oxi hóa - khử, các bạn cần chú ý đến vị trí của chất

khử, chất oxi hóa, sau đó đến vai trò của các nguyên tử có sự tăng, giảm số oxi hóa

4 Một số phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử

a Phương pháp thăng bằng electron

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

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

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

(Vì trong sản phẩm của quá trình khử là N2 chứa hai nguyên tử N nên khi viết quá trình khử, ban đầu tacần đặt hệ số 2 trước nguyên tử N để bào toàn nguyên tố)

2 để tổng số electoon do chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận và hệ số khi cânbằng phương trình là nguyên và tối giản

Lưu ý: Phương pháp này không đòi hỏi phải xác định số oxi hóa của nguyên tố và chỉ áp dụng được

cho trường hợp các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dung địch

b Phương pháp thăng bằng ion - electron

Khi một phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trong dung dịch (môi trường là nước, axit hoặc bazo) thì ngoàiphương pháp thăng bằng electron như trên, ta còn có thể cân bằng phản ứng bằng phương pháp thăngbằng ion - electron vì nó gắn liền với sự tồn tại của các ion trong dung dịch, trong đó có lưu ý đến môitrường của phản úng

Phương pháp này cần chú ý đến môi trường phản ứng và các phân tử, ion phải để đúng dạng tồn tại.

Vì vậy để cân bằng các nguyên tử hiđro, oxi (có mặt trong phân tử, ion) chúng ta có thể thêm H2O, H+

hoặc OH- vào các bán phản ứng:

Tiến hành theo các bước như sau:

+ Cân bằng nguyên tố oxi (O): vế nào thiếu oxi (O) thì thêm H2O, thiếu bao nhiêu O thêm bấy nhiêu

H2O

+ Cân bằng nguyên tố hiđro (H): vế nào thiếu hiđro (H) thì thêm H+, thiếu bao nhiêu hiđro (H) thìthêm bấy nhiêu H+

tử ion cùng xuất hiện ở 2 vẽ)

4

Mn O + 5e→Mn

Ở quá trình cho electron: Cả hai vế đều không có O hay H nên không cần thực hiện quá trình cân bằng

hai nguyên tố này

Ở quá trình nhận electron: Ở vế phải thiếu 4 nguyên tử O, do đó ta thêm vào vế phải 4 phân tử H20.Khi đó ở vế trái lại thiếu 8 nguyên tử H nên ta thêm 8 ion H+

Do đó ta thu được bán phản ứng: - 2+

MnO + 8H + 5e+ →Mn +4H O

Nhận xét: Khi đã làm quen và thành thạo phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa 5 khử này, các bạn

có thế kết hợp nhanh bước 1 và bước 2 với nhau

Ta chọn bội chung nhỏ nhất của số electron cho - nhận ở hai bán phản úng để tìm hệ số thích hợp tương

tự như phương pháp thăng bằng electron:

Cộng hai bán phản ứng ở Bước 3 sau khi đã nhân với hệ số ta được:

10Fe + 2MnO +16H+→10Fe +2Mn +8H O

Kết hợp với các ion còn lại không trực tiếp tham gia vào quá trình oxi hóa - khử là K+, SO42- ta được phảnứng hoàn chỉnh:10FeSO + 2KMnO + 8H SO4 4 2 4 →5Fe (SO ) + 2MnSO + K SO + 8H O2 4 3 4 2 4 2

B Phương pháp giải các dạng bài tập điển hình

1 Dự đoán chất oxi hóa, chất khử và sản phẩm của phản ứng oxi hóa - khử

Dựa vào số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố để xác định chất khử, chất oxi hóa

+ Khi một chất chứa một nguyên tử có số oxi hóa thấp nhất thì chất đó khi tham gia phản ứng oxi hoá khử có thể đóng vai trò là chất khử

Khi một nguyên tố có nhiều mức số oxi hóa khác nhau, trong một chất có chứa nguyên tử của nguyên

tố đó với mức số oxi hóa trung gian thì khi tham gia phản ứng oxi hóa - khử, chất đó có thể vừa là chất

oxi hóa, vừa là chất khử Ví dụ: FeO, N , Cl , MnO , Na ClO, K ClO , H O , +2 02 02 +4 2 +1 +5 3 2 −12

Về mặt phương pháp, ngoài việc áp dụng phương pháp thường gặp là viết đầy đủ phản ứng hóa học rồitính toán theo yêu cầu đề bài dựa vào phản ứng hóa học thì với dạng bài tập liên quan đến phản ứng oxihóa - khử, chúng ta còn thường áp dụng hai phương pháp sau:

Phương pháp bảo toàn mol electron

Để áp dụng được phương pháp này nhanh và chính xác, các bạn cần nắm chắc cơ sở phương pháp vàxác định đúng các chất khử, chất oxi hóa và viết được chính xác các quá trình nhường - nhận electron

Phương pháp này có thể hiểu đơn giản như sau: Trong một (hoặc một chuỗi) phản ứng oxi hóa - khử,tổng số mol electron mà (các) chất khử cho phải bằng tổng số mol electron mà (các) chất oxi hóa nhận.

Phương pháp thăng bằng ion – electron

Vì cách cân bằng phản ứng oxi hóa - khử bằng phương pháp thăng bằng ion - electron chỉ áp dụng chophản ứng oxi hóa - khử diễn ra trong môi trường dung dịch nên phương pháp thăng bằng ion - electroncũng chi áp dụng cho các bài toán liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử diễn ra trong dung dịch

Cơ sở của phương pháp cũng là sự bảo toàn mol electron, ngoài ra các bạn có thể chú ý đến sự bảotoàn điện tích của các ion trong dung dịch

Study tip: Cách áp dụng thường dùng đối với phương pháp này trong giải toán là viết các bán phản ứng

để thực hiện tính toán, khi đó quá trình tính toán sẽ không cần cung cấp nhiều số liệu

Bài 1: Cho phương trình hoá học sau:

Tổng các hệ số cân bằng (nguyên, tối giản) trong phương trình trên là:

Kết hợp hai phương trình ta được:

Để có thể tách phương trình ban đầu thành hai phương trình đơn giản hơn để thực hiện quá trình cânbằng thì các bạn cần chú ý quan sát thật kĩ Nhận thấy trong phản ứng cho ở đề bài: K2Cr2O7 đóng vai tròchất oxi hóa, H2SO4 đóng vai trò môi trường cung cấp gốc SO42- tạo muối còn đóng vai trò chất khử gồm

2 chất là CuFeS2 và HBr

Nếu để hai chất khử gộp vào một phương trình các bạn sẽ có thể gặp khó khăn trong việc xác định tỉ lệ hệ

số của hai chất khử để đảm bảo số lượng các nguyên tử các nguyên tố hai vế của phản ứng bằng nhau.Khi đó để cho đơn giản thì chúng ta nên tách ra thành 2 phản ứng nhỏ với mỗi phản ứng có sự tham gia

thường làm dạng bài này như sau:

Cách 2: Khi biết đến bản chất của phản ứng oxi hoá – khử cũng như định luật bảo toàn mol electron

các bạn có thể làm bài mà không cần viết phản ứng

Các quá trình nhường – nhận electron là:

Quá trình nhường electron:Al→ +Al 3e+3

3

Đáp án B Lưu ý:

Với bài tập này, các bạn có thể làm quen với phương pháp giải bài tập theo phương pháp bảo toànelectron Qua đó quá trình giải bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa khử có thể không cần viết phươngtrình phản ứng

Tuy nhiên đây là một bài tập có phản ứng dễ cân bằng và quá trình tính toán đơn giản nên các bạn chưanhận thấy ưu điểm cũng như sự tiết kiệm thời gian của phương pháp Sau đây, chúng ta sẽ nhận thấy điều

đó thông qua những bài toán phức tạp hơn liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử

Bài 3: Hòa tan 5,6 gam Fe bằng dung dịch H2SO4 loãng (dư), thu được dung dịch X Dung dịch X phảnứng vừa đủ với V (ml) dung dịch KMnO4 0,5M Giá trị của V là:

Lời giải

Cách 1: Viết phản ứng, cân bằng hệ số và tính toán theo yêu cầu:

Các phản ứng xảy ra như sau:

Cách 2: Áp dụng phương pháp bảo toàn mol electron:

Ta có: nFeSO4 = n = 0,1Fe (bảo toàn nguyên tố Fe)

Quá trình nhường electron:Fe+2 → +Fe 1e+3

Quá trình nhận electron: Mn +5e+7 →Mn+2

tính toán theo phương trình phản ứng thông thường: Thời gian cân bằng phản ứng khá lâu trong khi ápdụng định luật bảo toàn electron không cần quan tâm hệ số của các chất mà quá trình tính toán rất nhanh.

Bài 4: Nung m gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được 11,2 gam chất rắn X gồm Fe, Fe2O3,

Fe3O4 và FeO Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) làsản phẩm khử duy nhất Giá trị của m là bao nhiêu?

Tuy nhiên ta vẫn có thể áp dụng định luật bảo toàn mol electron cho bài này một cách ngắn gọn hơnnữa như Cách 2:

Cách 2: Ta coi hỗn hợp X gồm Fe và O với nFe = x; nO = y

Quá trình nhường electron:Fe0 → +Fe 3e+3

Quá trình nhận electron:

0 -2 +5 +4

D Bài tập rèn luyện kỹ năng

Câu 1: Hòa tan hoàn toàn m gam FexOy bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được khí A và dung dịch

B Cho khi A hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch NaOH dư tạo ra 12,6 gam muối Mặt khác, cô cạn dungdịch B thì thu được 120 gam muối khan Công thức oxit là:

A FeO B Fe3O4

C Fe2O3 D Tất cả đều sai

Câu 2: Cho hỗn hợp gồm FeO, CuO, Fe3O4 có số mol 3 chất đều bằng nhau tác dụng hết với dung dịchHNO3 thu được hỗn hợp khí gồm 0,09 mol NO2 và 0,05 mol NO Số mol của mỗi chất là:

A 0,00025 và 0,0005 B 0,025 và 0,05

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn m gam Fe3O4 vào dung dịch HNO3 loãng dư, tất cả lượng khí NO thu đượcđem oxi hóa thành NO2 rồi sục vào nước cùng dòng khí O2 để chuyển hết thành HNO3 Cho biết thể tíchoxi đã tham gia quá trình trên là 3,36 lít Khối lượng m là:

A 139,2 B 13,92 C.1,392 D 1392

A gồm hai khí X và Y có tỉ khối so với H2 là 22,805 Công thức hóa học của X và Y là:

A H2S và CO2 B SO2 và CO2

C NO2 và CO2 D NO2 và SO2

Câu 7: Hòa tan hoàn toàn y gam một oxit sắt bằng H2SO4 đặc, nóng thấy thoát ra khí SO2 duy nhất Trongthí nghiệm khác, sau khi khử hoàn toàn cũng y gam oxit đó bằng CO ở nhiệt độ cao rồi hòa tan lượng sắttạo thành bằng H2SO4 đặc, nóng thì thu được lượng khí SO2 nhiều gấp 9 lần lượng khí SO2 ờ thí nghiệmtrên Công thức của oxit sắt là:

A FeO B Fe2O3 C Fe3O4 D FeCO3.

và NO2 Tỉ khối của A so N2 là 1,5 Tính CM của HNO3?

31,25ml dung dịch NaOH 16% (d=l,12g/ml), sau phản ứng đem nung kết tủa ở nhiệt độ cao tới khốilượng không đổi thu được 1,6 gam chất rắn Mặt khác, cho 50 ml dung dịch B tác dụng 2,4 gam Cu thìsau khí phản ứng hoàn toàn giải phóng khí duy nhất NO Tính thể tích NO ở đktc

A 2,24 lít B 0,56 lít C 0,896 lít D 1,12 lít

bằng nhau, hòa tan hết phần 1 trong dung dịch HCI dư thu được 2,128 lít H2 Hòa tan hết phần 2 trongHNO3 thu được 1,792 lít NO Tìm M?

và O2 thu được 19,7 gam hỗn hợp Z gồm 4 chất Phần trăm khối lượng của AI trong X là

A 30,77% B 69,23% C 34,62% D 65,38%

O2 thu được 15,8 gam hỗn hợp 3 oxit Phần 2 tác dụng với dung dịch HC1 dư thu được V lít khí H2(đktc) Giá trị của V là

A 6,72 B 3,36 C 13,44 D 8,96

Câu 13: Chia 29,8 gam hỗn hợp X gồm Mg, Na, K và Ca thành 2 phần bằng nhau Phần 1 tác dụng hoàn

toàn với dung dịch HNO3 loãng thu được 1,568 lít khí N2 duy nhất (đktc) và dung dịch chứa x gam muốichứa (không chứa NH4NO3) Phần 2 tác dụng hoàn toàn với oxi thu được y gam hỗn hợp 4 oxit Giá trịcủa x, y là:

A 47,35 B 41,40 C 29,50 D 64,95

A 11,76 B 23,52 C 13,44 D 15,68

loãng thì thể tích NO2 thu được bằng 3 lần thể tích H2 cùng điều kiện, khối lượng muối sunfat bằng62,81% khối lượng muối nitrat tạo thành Mặt khác khi nung cùng một lượng kim loại R như trên thì cầnthể tích O2 bằng 22,22% thể tích NO2 ở trên cùng điều kiện thu được chất rắn A Hoà tan 20,88 gam A vàodung dịch HNO3 20% (lấy dư 25% so vói lượng cần thiết) thu được 0,672 lít khí B (dktc) là một oxit củanitơ NxOy Khối lượng dung dịch HNO3 đã sử dụng là:

Câu 17: Cho 0,01 mol một hợp chất của sắt tác dụng hết với H2SO4 đặc nóng (dư), thoát ra 0,112 lít (ởđktc) khí chỉ chứa SO2 (là sản phẩm khử duy nhất) Công thức của hợp chất sắt đó là

khối lượng 75,2 gam Cho hỗn hợp X phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thấy thoát ra 6,72 lít

SO2 (đktc) Tính m?

Dùng cho câu 19,20:

Chia 38,6 gam hỗn hợp gồm Fe và kim loại M có hóa trị duy nhất thành 2 phần bằng nhau:

Phần 1: Tan vừa đủ trong 2 lít dung dịch HCl thấy thoát ra 14,56 lít H2 (đktc)

Phần 2: Tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng nóng thấy thoát ra 11,2 lít khí NO duy nhất (đktc)

(đktc) hỗn hợp khí NO và NO2 có tỉ khối so với hiđro bằng 20 Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là

A 66,75 gam B 33,35 gam

K2MnO4, MnO2 và KC1 Toàn bộ lượng O2 tác dụng hết với cacbon nóng đỏ, thu được 0,896 lít hỗn hợpkhí Y (đktc) có tỉ khối so với H2 là 16 Thành phần % theo khối lượng của KMnO4 trong X là

khi, thu được hỗn hợp rắn Y Cho Y tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phóng hỗn họp khí Z vàcòn lại một phần không tan G Đế đốt cháy hoàn toàn Z và G cần vừa đủ V lít O2 (ở đktc) Giá trị của V là

A 2,8 B 1,12 C 3,08 D 4,48.

Câu 24: Hoà tan hoàn toàn một lượng kim loại R hóa trị n bằng dung dịch H2SO4 loãng rồi cô cạn dungdịch sau phản ứng thu được một lượng muối khan có khối lượng gấp 5 lần khối lượng kim loại R ban đầuđem hoà tan Kim loại R đó là

khử duy nhất Cho toàn bộ lượng SO2 này hấp thụ hết vào 0,5 lít dung dịch NaOH 0,6M, sau phản ứngđem cô cạn dung dịch được 18,9 gam chất rắn Kim loại M đó là

A Ca B Mg C.Fe D.Cu.

Cho toàn bộ X tác dụng hết với CuO (dư) nung nóng, thu được hỗn hợp chất rắn Y Hoà tan toàn bộ Ybằng dung dịch HNO3 (loãng, dư) được 8,96 lít NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Phần trăm thể tíchkhí có trong X là

C 14,28% D 57,15%.

0,896 lít (ở đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N2, có tỷ khối so với H2 bằng 14,75 Thành phần phần trămtheo khối lượng của sắt trong hỗn hợp ban đầu là

trong dung dịch HNO3 thu được 0,035 mol hỗn họp Y gồm NO và NO2 Tỷ khối hơi của Y đối với H2 là

19 Tính X

C 0,07 mol D 0,075 mol

1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18

Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là:

A 97,98 B 106,38 C 38,34 D 34,08

duy nhất) có tỉ khối hơi đối với hiđro bằng 16,75 Thể tích NO và N2O thu được ờ đktc là:

A 2,24 lít và 6,72 lít B 2,016 lít và 0,672 lít

C 0,672 lít và 2,016 lít D 1,972 lít và 0,448 lít

Hướng dẫn giải chi tiết

Vì H2SO4 đặc nóng dư nên khí A sinh ra là SO2

Muối khan thu được là

2 4 3 Fe SO

Theo BTNT(Fe) có nFe(Fe O ) x y =2nFe SO 2( 4 3) =0,6

Vì dung dịch NaOH dư nên khỉ dẫn SO2 vào đung dịch NaOH chỉ xảy ra một phản ứng: