NaCl : Na có điện tích 1+ Clo có điện tích 1 – Na có số oxi hóa + 1 Clo có số oxi hóa - 1 Đ/N Số oxi hóa là điện tích của các nguyên tố nếu giả sử rằng cặp electron dùng chung chuyển hẳ
Trang 1Chuyên đề: phản ứng oxi hoá - khử
Lý thuyết cần cung cấp.
A Số oxi hoá
+ Khái niệm
+ Các quy tắc tính số oxi hoá
B Phản ứng oxi hoá - khử.
I Khái niệm
II Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử
III Phân loại phản ứng hoá học
IV Các chất có thể đóng vai trò chất khử, chất oxi hoá
V Chiều của phản ứng oxi hoá - khử
C Điện phân.
A Số oxi hóa;
1 Định nghĩa:
VD:
HCl giả sử cặp electron dùng chung chuyển hẳn về phía Cl => H có điện tích là 1+ ; clo có điện tích là (1 - ) khi đó H có số oxi hóa +1; Clo có số oxi hóa (– 1)
NaCl : Na có điện tích 1+
Clo có điện tích 1 –
Na có số oxi hóa (+ 1)
Clo có số oxi hóa (- 1 )
Đ/N
Số oxi hóa là điện tích của các nguyên tố nếu giả sử rằng cặp electron dùng chung chuyển hẳn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn
2 Các quy tắc xác định số oxi hóa.
+ Số oxi hóa của các đơn chất bằng không:
VD: Na; Cl2; S; O2 số oxi hóa luôn bằng không
+ Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử : Bằng điện tích của ion đó
VD: M n+ => M có số oxi hóa + n
X m - => X có số oxi hóa - m
I - ; Br - ; Cl - : -1
Mg 2+; Ba 2+ : +2
+ Trong các hợp chất : oxi có số oxi hóa ( -2) trừ: K2O2; H2O2; F2O
H có số oxi hóa (+1) trừ số oxi hóa của hợp chất MHn với M là kim loại
+ Tổng số oxi hóa của một chất bằng không:
Tổng số oxi hóa của một ion bằng điện tích của ion đó
VD: NH4 : H có số oxi hóa +1 => N có số oxi hóa - 3
NO3 – : O có số oxi hóa - 2 => N có số oxi hóa +5
3 Vận dụng;
Xác định số oxi hóa của N trong các hợp chất:
NH4 , NH3; N2O ; NO ; NO2 ; HNO2 ; HNO3; Al(NO3)3
NH4NO2 ; NH4NO3
+ S trong các hợp chất:
H2S; Na2S ; NaHS ; SO2; SO3; H2SO3; H2SO4; BaSO4
FeS; FeS2
+ Clo trong các hợp chất:
MnCl2; HClO ; HClO2 ; HClO3; HClO4 ; KClO3 ; KClO4
CaOCl2
+ Mn trong các hợp chất:
MnSO4; MnO2; MnO4 – ; MnO42 - ; KMnO4; K2MnO4
+ C trong các hợp chất:
CH4; CH3CHO; CH3CH2OH
B Phản ứng oxi hóa khử:
I Định nghĩa:
1 Ví dụ:
Na + Cl2 NaCl
Na có số oxi hóa thay đổi ( 0 +1)
Clo có số oxi hóa thay đổi ( 0 - 1)
Na là chất khử
Clo là chất oxi hóa
Trang 2Sự khử: Cl2 + 2e = 2Cl
Sự oxi hóa: Na + e = Na+
H2 + Cl2 2HCl
H có số oxi hóa thay đổi ( 0 +1)
Cl có số oxi hóa thay đổi ( 0 - 1 )
H2 là chất khử
Cl2 là chất oxi hóa
Sự khử: Cl2 + 2e = 2Cl –
Sự oxi hóa: H2 + 2e = 2H+
2 Định nghĩa:
+ phản ứng oxi hóa khử: là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố tham gia phản ứng
+ Chất khử: Là chất cho electron ( hay chất tăng số oxi hóa)
Chất oxi hóa: Là chất nhận electron ( hay chất giảm số oxi hóa)
Sự khử : là sự nhận electron
Sự oxi hóa: là sự nhờng electron
VD:
a Trong phản ứng oxi hóa khử, số oxi hóa của các nguyên tố biến đổi
nh thế nào?
b Hãy chỉ ra chất khử, chất oxi hóa, sự khử, sự oxi hóa trong phản ứng oxi hóa khử sau:
H2S + SO2 = S + H2O
II Cân bằng phản ứng oxi hóa khử.
1 Các bớc để cân bằng phản ứng oxi hóa khử
B1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố
+ Xác định loại phản ứng
+ Xác định chất khử, chất oxi hoá
VD:
Fe2O3 + H2 Fe + H2O
Fe+3 Fe
H2 2H+
B2: Viết sơ đồ cho – nhận e và cân bằng hệ số phụ
B3: Cân bằng số electron cho và nhận
H2 -2e 2H+
1 3
B4: Đa hệ số vào phơng trình
VD: Cân bằng các phơng trình phan ứng sau theo phơng pháp thăng bằng e, chỉ ra chất khử, chất oxi hoá, sự khử, sự oxi hoá
Al + HNO3 Al(NO3)3 + N2 + H2O
Mg + H2SO4 đ t0
MgSO4 + SO2 + H2O
2 Các dạng cân bằng pu oxi hoá khử
+ Cân bằng các phản ứng thông thờng
1 Al + NaOH + NaNO3 + H2O NaAlO2 + NH3
2 Zn + NaOH + NaNO3 Na2ZnO2 + NH3 + H2O
3 Cu + HCl + NaNO3 CuCl2 + NaCl + NO + H2O
4 Cu + O2 + HCl CuCl2 + H2O
5 K2SO3 + KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O
6 FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
7 H2S + Cl2 + H2O HCl + H2SO4
8 HCl + KMnO4 KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
9 HCl + MnO2 MnCl2 + Cl2 + H2O
10 Mg + HNO3 Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
11 FeCO3 + HNO3 Fe(NO3)3 + CO2 + NO + H2O
+ Cân bằng pu oxi hoá - khử có nhiều chất khử trong một phân tử.
Trang 31 FeS + O2 t
Fe2O3 + SO2
2 FeS2 + O2 t0
Fe2O3 + SO2
3 FeCuS2 + O2 t0
Fe2O3 + CuO + SO2
4 FeS + HNO3 đ t0
Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
5 FeS2 + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO + H2O
6 FeS + H2SO4đ t0
Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
7 FeS2 + H2SO4 đ t0
Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
8 As2S3 + HNO3 đ t0
H3AsO4 + H2SO4 + NO2 + H2O
9 As2S3 + HNO3 + H2O H3AsO4 + H2SO4 + NO
10 Cu2S + HNO3 Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO + H2O
+ Cân bằng các phản ứng oxi hoá - khử với hệ số bằng chữ.
1 M + HNO3 M(NO3)n + H2O +
2
2 2
NO NO
N O N
NH NO
2 M + H2SO4 đ t0
M2(SO4)n + H2O +
2
2
SO S
H S
3 FexOy + HNO3 Fe(NO3)3 + H2O + NO2
NO
4 FexOy + H2SO4 đ t0
Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
5 Fe3O4 + HNO3 Fe(NO3)3 + NxOy + H2O
6 Fe2O3 + CO t0
FexOy + CO2
7 FexOy + Al t0
Al2O3 + Fe
8 M2On + HNO3 M(NO3)m + NO + H2O
9 FeaOb + HNO3 NxOy + Fe(NO3)3 + H2O
+ Cân bằng các phản ứng phức tạp.
1 Al + HNO3 Al(NO3)3 + NO + N2O + H2O
biết tỉ lệ số mol NO : N2O = 5 : 2
2 Mg + HNO3 Mg(NO3)2 + NO + N2O + H2O
Biết hỗn hợp khí thu đợc có tỉ khối so với H2 là 17,8
3 Zn + HNO3 Zn(NO3)2 + N2O + N2 + H2O
biết 1 (l) hỗn hợp khí thu đợc ở đktc có khối lợng là 1,60715 (g)
4 Mg + HNO3 Mg(NO3)2 + NO + N2O + N2 + H2O
biết hỗn hợp khí thu đợc có M 36,5 Nếu cho hỗn hợp khí phản ứng vừa đủ với
O2 ở điều kiện thờng thu đợc hỗn hợp khí có M 40,5
5 Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + N2O + H2O
biết tỉ lệ số mol NO : N2O = a : b
III Phân loại phản ứng hoá học.
Phản ứng hoá học đợc chia làm hai loại chính
+ phản ứng không có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố
+ Phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố hay phản ứng oxi hoá -khử
1 Phản ứng không có sự thay đổi số oxi hoá
Trang 4a Phản ứng trao đổi
Phản ứng hoá học trong đó các chất trao đổi thành phần cấu tạo cho nhau
VD:
CuCl2 + 2NaOH Cu(OH)2 + 2NaCl
BaCl2 + FeSO4 FeCl2 + BaSO4
2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2O + CO2
b Một số phản ứng phân tích
A B + C +
VD:
MCO3 t0
MO + CO2
M(OH)n t0
M2On + H2O
M(HCO3)n t0
M2(CO3)n + CO2 + H2O
c Một số phản ứng tổng hợp
A + B + C t0
D VD:
SO3 + H2O H2SO4
CaO + CO2
0
t
CaCO3
BaCO3 + CO2 + H2O Ba(HCO3)2
2 Phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá hay phản ứng oxi hoá - khử
a Phản ứng oxi hoá - khử bình thờng
pu oxi hoá - khử trong đó chất khử và chất oxi hoá thuộc hai phân tử khác nhau VD:
SO2 + H2S S + H2O
Chất khử là S – 2 trong H2S
Chất oxi hoá là S +4 trong SO2
VD: FeS + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
b Phản ứng oxi hoá - khử nội bộ phân tử
pu oxi hoá - khử trong đó chất khử và chất oxi hoá thuộc cùng một phân tử
VD:
KClO3
0 2
t MnO
KCl + O2
Chất khử là O – 2 trong KClO3
Chât oxi hoá là Cl + 5 trong KClO3
VD:
1 MCln dpnc
M + Cl2 với M là các kim loại từ Mg về trớc
2 KMnO4
0
t
K2MnO4 + MnO2 + O2
3 NH4NO3
0
t
N2O + H2O
4 NH4NO2 t0
N2 + H2O
5 M(NO3)n t0
M(NO2)n + O2
Với M đứng trớc Mg trong dãy thế điện hoá
M(NO3)n t0
M2On + NO2 + O2
M từ Mg đến Cu
M(NO3)n t0
M + NO2 + O2
M đứng sau Cu trong dãy thế điện hoá
6 HNO3 t0
NO2 + O2 + H2O
7 NH3 t0
N2 + H2
c Phản ứng tự oxi hoá - khử
pu oxi hoá - khử trong đó chất khử và chất oxi hoá thuộc cùng một nguyên tử của một nguyên tố
VD:
Cl2 + NaOH NaClO + NaCl + H2O
Trang 5Chất khử và chất oxi hoá đều là Cl2
VD:
1 Cl2 + Ca(OH)2 CaOCl2 + H2O
2 NO2 + H2O HNO3 + NO
3 HNO2 HNO3 + NO + H2O
4 NO2 + NaOH NaNO3 + NaNO2 + H2O
5 Cl2 + KOH KCl + KClO + H2O
6 Cl2 + H2O HCl + HClO
7 Cl2 + NaOH t0 NaCl + NaClO3 + H2O
8 Cl2 + KOH t0 KCl + KClO3 + H2O
IV Các chất có thể đóng vai trò chất khử, chất oxi hoá.
1 Các chất đóng vai trò chất khử.
+ Các kim loại
+ Các hợp chất có số oxi hoá thấp nhất
H2S, NH3, HCl, FeO, Fe3O4, Fe2+,
PT: H2S + SO2 t0
S + H2O
H2S + O2 t0
SO2 + H2O
H2S + Cl2 HCl + S
H2S + Cl2 + H2O HCl + H2SO4
H2S + KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O
NH3 + Cl2 N2 + HCl
NH3 + CuO t0
Cu + N2 + H2O
NH3 + O2
0
t
N2 + H2O
NH3 + O2 850 0
Pt C
NO + H2O + Cỏc phi kim như: C, S, P
Kết luận: Cỏc chất cú số oxi hoỏ thấp sẽ cú khả năng đúng vai trũ là chất khử
2 Cỏc chất đúng vai trũ chất oxi hoỏ
+ O2, halogen (phi kim)
+Axit: H2SO4, HNO3, HCl(H+)
FeS + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
Mg + 2H2SO4 đ t0
MgSO4 + SO2 + 2H2O + Cỏc hợp chất chứa oxi: KClO3, KNO3, KMnO4,
16HCl + 2KMnO4 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
Kết luận: cỏc số cú số oxi hoỏ cao sẽ cú khả năng đúng vai trũ chất oxi hoỏ
3 Cỏc chất vừa đúng vai trũ chất oxi hoỏ vừa đúng vai trũ chất khử là chất cú số oxi hoỏ trung gian (phi kim, )
Cl2 + 2KOH KCl + KClO + H2O
4 Cỏc chất khụng đúng vai trũ chất khử, khụng đúng vai trũ chất oxi hoỏ: chất đú làm mụi trường phản ứng
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
Al + NaOH + NaNO3 NaAlO2 + NH3
As2S3 + HNO3 + H2O H3AsO4 + H2SO4 + NO
Bài tập:
Bài 1: Cho phản ứng M2Ox + HNO3 M(NO3)3 +
1) Phản ứng trờn thuộc loại phản ứng trao đổi khi x cú giỏ trị bằng bao nhiờu?
2) Phản ứng trờn thuộc loại phản ứng oxi hoỏ - khử khi x cú giỏ trị bằng bao nhiờu?
Bài 2: Hóy dẫn ra phản ứngoxi hoỏ - khử trong đú
1) a) Nguyờn tử kim loại là chất khử
b) Ion kim loại là chất khử
Trang 6c) Ion kim loại là chất oxi hoá
2) a) Nguyên tử phi kim là chất oxi hoá
b) Nguyên tử phi kim là chất khử
c) Nguyên tử phi kim vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử
Bài 3: Hãy nêu ra phản ứng oxi hoá - khử trong đó có một chất phản ứng là axit và axit
đó đóng vai trò:
a) chỉ là chất tạo môi trường
b) chỉ là chất oxi hoá
c) chỉ là chất khử
d) vừa là chất oxi hoá, vừa là chất khử
đ) vừa là chất khử, vừa làm môi trường phản ứng
e) vừa là chất oxi hoá, vừa làm môi trường phản ứng
Bài 4: Trong số các phần tử dưới đây, phần tử nào có thể đóng vai trò chất oxi hoá? Vì
sao?
(1) Mg; (2) Cu2+; (3) Cl- ; (4) S
2-Dẫn ra phản ứng để minh họa
Bài 5: Trong số các phần tử dưới đây, phần tử nào vừa có thể đóng vai trò chất oxi
hoá,vừa có thể đóng vai trò chất khử ? Vì sao?
(1) Cu; (2) Ca2+; (3)Fe2+; (4) O
2-Dẫn ra phản ứng để minh họa
V Chiều của phản ứng oxi hoá - khử
1) Cặp oxi hoá - khử
Mọi kim loại đều có dạng oxi hoá và dạng khử tương đương Cặp oxi hoá/khử
M Mn+ + ne cặp oxi hoá/khử: Mn+/M
2) Dãy điện hoá của kim loại
Xếp các cặp oxi hoá khử theo chiều: Tính khử của dạng khử giảm dần
Tính oxi hoá của dạng oxi hoá tăng dần
Cụ thể: K+/K Fe2+/Fe 2H+/H2 Cu2+/Cu Fe3+/Fe2+
3) Ý nghĩa
- Dạng khử của kim loại viết sau yếu hơn của kim loại viết trước
- Dạng oxi hoá của ion kim loại viết sau mạnh hơn ion kim loại viết trước
Quy tắc
Xm+ Mn+
X M
n nX mM nX
mM
Bài tập:
Bài 1: Cho các cặp oxi hoá/khử
Zn2+/Zn, Fe2+/Fe, Fe3+/Fe2+, Ag+/Ag
1) Viết phương trình phản ứng oxi hoá - khử có thể xảy ra?
2) Kim loại nào ở các cặp trên có thể khử được Fe3+ Fe 3) Viết phương trình nếu có và giải thích tại sao có phản ứng
a) FeCl2 + Cu b) Fe(NO3)2 + AgNO3
Bài 2: Hoàn thành phương trình phản ứng sau (nếu có) xảy ra:
1) Fe + HCl
2) Fe + ZnSO4
3) Fe + CuSO4
Trang 74) Fe + FeCl3
5) Cu + H2SO4(loóng)
Phương phỏp giải toỏn theo bảo toàn electron
1) Nguyờn tắc:
- Viết tất cả cỏc quỏ trỡnh nhường và nhận electron
- Tổng số mol electron cho bằng tổng số mol electron nhận
(Chỳ ý: chỉ sử dụng đối với bài toỏn xảy ra phản ứng oxi hoỏ - khử)
2) Bài tập
Bài 1: Hoà tan 8,4 g sắt bột vào dung dịch axit sunfurric loóng, dư, sau phản ứng thu
được V lớt khớ bay ra ở đktc Tớnh V?
Bài 2: Hoà tan 8,4 g sắt bột vào dung dịch axit sunfurric đặc, núng, đủ, sau phản ứng
thu được dung dịch A và 5,04 lớt khớ SO2(đktc) Tớnh khối lượng muối khan khi cụ cạn dung dịch A
Bài 3: Hoà tan 14,8 g hỗn hợp gồm bột sắt và đồng vào dung dịch axit sunfurric đặc,
núng, đủ, sau phản ứng thu được dung dịch A và 5,6 lớt khớ SO2(đktc) Tớnh khối lượng muối khan khi cụ cạn dung dịch A và thành phần phần trăm của hai kim loại ban đầu
Bài 4: 1) Hoà tan hoàn toàn 6,5g kẽm trong một lượng dung dịch HNO3 thu được 4 lớt khớ A ở 250C và 1,22atm Xỏc định cụng thức và gọi tờn A
2) Hoà tan hoàn toàn 9,6g magie trong một lượng dung dịch HNO3 thu được 2,464 lớt khớ A ở 27,30C và 1atm Xỏc định cụng thức và gọi tờn A
Bài 5: Hoà tan hoàn toàn 3,6 g Mg trong V(lớt) dung dịch axit HNO310% (d=1,2) thu được V’ (lớt) khớ NO(đktc) Tớnh V, V’?
Bài 6: Hoà tan hoàn toàn m(g) Zn trong dung dịch HNO3 loóng, dư thu được 1,568 lớt hỗn hợp hai khớ NO và N2O cú dhh/H2= 19,2 Tớnh m=? Và lượng HNO3 phản ứng?
Bài 7: Đốt chỏy 8,4g bột sắt nung đỏ trong bỡnh oxi thu được 11,04g hỗn hợp A gồm
Fe2O3, FeO, Fe3O4 và Fe dư Hoà tan hoàn toàn A bằng dung dịch HNO3 thu được một muối Fe(III) duy nhất và V (lớt) hỗn hợp khớ B gồm NO và N2O cú khối lượng là 1,092 g Tớnh V?(đktc)
Bài 8: Đốt chỏy m g bột sắt nung đỏ trong bỡnh oxi thu được 104,8g hỗn hợp A gồm
Fe2O3, FeO, Fe3O4 và Fe dư Hoà tan hoàn toàn A bằng dung dịch HNO3 thu được một muối Fe(III) duy nhất và V (lớt) hỗn hợp khớ B gồm NO và NO2 cú khối lượng là 21,96 g và tổng số mol là 0,54 mol Tớnh m? V?
Bài 9: Để m gam phụi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn
hợp (B) có khối lợng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy giải phóng ra 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc).
a) Viết các phơng trình phản ứng
b) Tính khối lợng m của A
Bài 10: cho 16,2 gam kim loại M (hoá trị không đổi) tác dụng với 0,15 mol oxi Chất
rắn thu đợc sau phản ứng cho hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl d thu đợc 13,44 lít
H2 (đktc) Xác định kim loại M (Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn).
Bài 11: Cho 1,35 gam hỗn hợp Cu, Mg, Al tác dụng với HNO3 d đợc 1,12 lít hỗn hợp
X (đktc) gồm NO và NO2 có tỉ khối so H2 bằng 21,4 Hãy tính tổng khối lợng muối nitrat tạo thành
Bài 12: Trộn 60g bột Fe với 30g bột lu huỳnh rồi đun nóng (không có không khí) thu
đợc chất rắn A Hoà tan A bằng dd axit HCl d đợc dd B và khí C Đốt cháy C cần V lít
O2 (đktc) Tính V, biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn
Trang 8Bài 13: Hỗn hợp A đợc điều chế bằng cách hoà tan 27,9 gam hợp kim gồm Al, Mg với
l-ợng vừa đủ dung dịch HNO3 1,25M và thu đợc 8,96 lít khí A (đktc) gồm NO và N2O, có tỉ khối so H2 bằng 20,25
a) Viết các phơng trình phản ứng
b) Xác định thành phần % theo khối lợng các kim loại trong hợp kim
c) Tính thể tích dung dịch HNO3 đã dùng
Bài 14: Hoà tan hoàn toàn 19,2 gam Cu bằng dung dịch HNO3, toàn bộ lợng khí NO thu
đ-ợc đem oxi hoá thành NO2 rồi chuyển hết thành HNO3 Tính thể tích khí oxi (đktc) đã tham
gia vào quá trình trên
Bài 15: Đốt cháy 5,6 gam bột Fe trong bình đựng O2 thu đợc 7,36 gam hỗn hợp A gồm Fe2O3, Fe3O4 và Fe Hoà tan hoàn toàn lợng hỗn hợp A bằng dung dịch HNO3 thu
đợc V lít hỗn hợp khí B gồm NO và NO2 có tỉ khối so H2 bằng 19
a) Viết các phơng trình phản ứng
b) Tính V (đktc).