Xem mẫu
- Chuyên đề: PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ
I. ĐỊNH NGHĨA:
Định nghĩa1: Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi electron giữa các chất tham gia phản
ứng.
- chất ở đây được hi ểu theo nghĩa rộng: có thể là nguyên tử, phân tử hay ion.
Định nghĩa2: phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của một số nguyên tố.
- Nói chung trong đa số trường hợp nên sử dụng ĐN2 để xét một phản ứng có phải là phản ứng oxi hoá - khử hay
không.
II. SỐ OXI HOÁ:
Định nghĩa: Số oxi hoá là điện tích của nguyên tố trong phân tử, nếu giả định liên kết trong phân tử là liên kết
ion.
Các quy tắc tính số oxi hoá:
Quy tắc 1: Trong đơn chất số oxi hoá của nguyên tố bằng không. lưu ý: liên kết giữa 2 nguyên tử cùng một
nguyên tố không tính số oxi hoá.
Quy tắc 2: Trong hợp chất, tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng không.
Vd: trong phân tử SO2: Số oxi hoá của S + 2.Số oxi hoá của O = 0.
Quy tắc 3: Trong ion đơn nguyên tử số oxi hoá của nguyên tố bằng điện tích của ion đó.
Quy tắc 4: Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng điện tích ion đó.
Hệ quả quan trọng: Trong hợp chất:
- số oxi hoá của O thường là - 2, H là + 1.
- Số oxi hoá của kim loại bằng hoá trị của kim loại nhưng có dấu “+”.
6 5 3
- Số oxi hoá của các nguyên tử trung tâm một số ion thường gặp : S O 2 , N O 3 , N H 4 | .
4
III. CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỮ:
Phương pháp thăng bằng electron:
Nguyên tắc: Số electron chất khử nhường = Số electron của chất oxi hoá nhận.
Phương pháp: có 5 bước:
Bước 1: - Ghi số oxi hoá của các nguyên tử có số oxi hoá thay đổi.
0 5 3 4
VD: Fe H N O 3 Fe(NO 3 )3
N O2 H 2 O.
Bước 2: - Xác định chất oxi hoá và chất khử.
chất có số oxi hoá tăng là chất khử. Chất có số oxi hoá giảm là chất oxi hoá.
5
Với VD trên: - Chất oxi hoá là N trong HNO3.
0
- Chất khử là Fe .
Bước 3: - Viết sơ đồ quá trình nhường và nhận electron.
Với VD trên:
3
Quá trình nhường electron: Fe Fe + 3e.
5 4
N 1e N .
Quá trình nhận electron:
Lưu ý: số e nhường hoặc nhận = số oxi hoá lớn – số oxi hoá bé.
Bước 4: - Cân bằng số electron cho và electron nhận.
- 0 3
1x Fe Fe 3e.
5 4
3x N 1e N
Bước 5: - Đưa hệ số vào phản ứng.
Theo thứ tự sau:
- Hệ số của chất oxi hoá và chất khử(kim loại, sản phẩm khử).
- Cân bằng gốc axit(cân bằng N, S trong gốc..).
- Cân bằng H2O(cân bằng H).
Bước 6: - Kiểm tra số nguyên tử oxi 2 vế của phản ứng.
Các thí dụ:
a) Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O.
b) Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + H2O.
c) Fe + H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
d) Mg + HNO3 Mg(NO3)2 + N2 + H2O.
e) Al + HNO3 Al(NO3)3 + N2O + H2O.
f) Ca + H2SO4 CaSO4 + H2S + H2O.
g) Zn + HNO3 Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O.
h) MnO2 + HClđ ặc MnCl2 + Cl2 + H2O
i) KMnO4 + HCl KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O.
IV. CÁC DẠNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ ĐẶC BIỆT:
a. Phản ứng có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá trong cùng một phân tử:
Dạng này thường gặp khi cho hợp chất sunfua(S) tác dụng với chất oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4…
Ví dụ:
+2 -2 +5 +3 +4 +6
FeS + H N O3 Fe (NO3 )3 + N O 2 +H 2 S O 4 + H 2O
ở đây có 2 nguyên tố nhường e là Fe và S, nếu ta cân bằng theo pp thăng bằng e thì gặp khó khăn và dễ sai. Vì
vậ y đối với những bài toán dạng này ta cân bằng bằng phương pháp phân tử-electron.
Với phản ứng trên:
3 6
Quá trình nhường e: FeS Fe S n.e .
Vì trong bán phương trình thì nguyên tố và điện tích hai vế phải bằng nhau, trong bán phản ứng trên số nguyên tố
hai bên đã bằng nhau nên ta chỉ cần cân bằng điện tích, ở vế trái(FeS) điện tích bằng không, vế phải(Fe+3 và S+6)
có tổng đi ện tích dương là +9, do đó để tổng điện tích ở vế phải bằng không thì phải có 9e- cộng vào. Hay
Số e nhường = tổng điện tích dương n=9.
Sau đó ta viết quá trình nhận e của N+5 và tiến hành cân bằng như các phản ứng đã học.
3 6
1. FeS Fe S 9.e
5 4
9. N e N
+2 -2 +5 +3 +4 +6
FeS + 12H N O3 Fe (NO3 )3 + 9N O 2 +H 2 S O4 + 5H 2O
Các thí dụ:
a. FeS2 HNO3 Fe(NO3 ) 3 NO H 2SO 4 H 2 O
As 2S3 HNO3 H 3 AsO 4 NO H 2SO 4 H 2O
b.
FeS2 O 2 Fe 2 O3 SO2
c.
b. Phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của một nguyên tố thành nhiều nấc:
Dạng này thường gặp khi cho kim loại tác dụng với HNO3.
ví dụ:
Al HNO3 Al(NO3 )3 NO N2 O H2 O
- Nhận xét: loại phản ứng này phụ thuộc vào tỉ lệ số mol sản phẩm khử mà phương trình sẻ có bộ hệ số cân
bằng khác nhau, vì vậ y để cân bằng phản ứng này thường có yêu cầu kèm theo tỉ lệ số mol giữa các sản phẩm
khử, nếu không có tỉ lệ này thì bài toán có vô số b ộ hệ số cân bằng khác nhau.
Phương pháp cân bằng: Viết quá trình nhận e tạo ra cả hai sản phẩm khử theo đúng tỉ lệ mà đề yêu cầu:
Với thí dụ trên
Nếu tỉ lệ NO:NO2=2:1 ta có
0 3
14 Al Al 3e
5 2 1
3 4N 14e 2N N
2
0 5 3 3 1
14 Al 64H N O3 14 Al(NO3 )3 6 N O 3N 2 O 32H 2O
Chú ý: nếu bài toán gặp dạng này thì chúng ta nên tách thành hai phản ứng thì bài toán trở nên đơn giản hơn.
Ví dụ: Cho 54 gam Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N2O có tỉ
lệ số mol NO:N2O=2:1. Tính V? Biết phản ứng không t ạo NH4NO3 .
Giải:
C1: viết phương trình dạng tổ hợp cả hai sản phẩm khử theo đúng tỉ lệ. Với bài trên vì tỉ lệ của bài ra đúng theo
phương trình (1) nên ta có thể tính theo phương trình (1)
0 5 3 3 1
14 Al 64H N O3 14 Al(NO3 )3 6 N O 3N 2 O 32H 2O
14 6 3
2mol x y
Ta tính được :
2.6
nNO x 0, 857 mol
14
2.3
nN 2O y 0, 429mol
14
Soá hoå hôï khí :nhh x y 1, 286mol
mol n p
Vaä theå hoå hôï khí laø 1, 286.22, 4 28, 8lít
y tích n p :V
Cách 2: Viết hai phương trình tách riêng:
Al 4HNO3 Al(NO3 )3 NO 2H 2O
x x
8Al 30HNO3 8Al(NO3 )3 3N 2O 15H 2O
8
x y
3
Với:
- 6
x : y 2 :1 x 9
7
soá hoå hôï khí x y
mol n p
8
x 3 y nAl 2 y
3 7
7
9
Theå hoå khí laø nhh.22, 4 .22, 4 28, 8lít
tích n :V
7
c. Phản ứng có hệ số bằng chữ:
Đây là dạng phản ứng tổng quát, trong đó một trong các chất chưa được xác định rõ công thức:
Ví dụ:
M + HCl MCln + H2
ở đây M, MCln chưa xác định.
Phương pháp cân bằng, quan trọng nhất là đưa ra được số oxi hóa của nguyên tố thay đổi số oxi hóa.
Với thí dụ trên:
n
0
2. M M n.e
0
n. 2 H 2.e H 2
2M + 2nHCl 2MCln + nH2.
Các thí dụ:
a. Mg + HNO3 Mg(NO3)3 + NxOy +H2O.
b. FexOy + H2SO4 đặc Fe2(SO4)3+SO2+H2O.
d. Phản ứng không xác định rõ môi trường:
Ví dụ:
KHSO3 + KMnO4 + KHSO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O
Phương pháp:
B1: dùng pp e cân bằng chất oxi hóa và chất khử.
B2: dùng pp đại số tìm hệ số của các chất còn lại.
Với ví dụ trên:
4 6
5. S S 2.e
7 2
2. M n 5.e M n
Đưa hệ số chất oxi hóa và chất khử vào ta được:
+4 +7 +6 +2
5KH SO3 + 2K M nO4 + KHSO4 K 2 SO4 + 2M nSO4 + H 2O
Còn lại hệ số của KHSO4, K2SO4, H2O thì ta không có “cơ sở” nào đ ể cân bằng(vì ta không xác định được S+6
trong K2SO4 là của KHSO3 hay KHSO4). Vì vậy để cân bằng dạng này ta áp dụng thêm pp đại số: đặt hệ số các
chất còn lại là ẩn a, b, c ta có
+4 +7 +6 +2
5KH SO3 + 2K M nO4 + aKHSO4 bK 2 SO4 + 2M nSO4 +c H 2O
Dựa vào bảo toàn nguyên tố:
Với K: 5+2+a=2b
Với S: 5+a=b+2
Với H: 5+a=2c
Tìm đ ược a=1, b=4, c=3. Và được:
+4 +7 +6 +2
5KH SO3 + 2K M nO4 + KHSO4 4K 2 SO4 + 2M nSO4 + 3H 2O
e. Phản ứng oxi hoá - khử trong hoá học hữu cơ:
Để cân bằng các phản ứng oxi hóa khử trong hóa hữu cơ người ta thường viết công thức hợp chất hữu cơ d ưới
dạng công thức phân tử, rồi tính số oxi hóa trung bình.
Ví dụ:
CH 2 CH 2 KMnO4 H 2 O MnO2 CH 2OH CH 2 OH KOH
Nếu đ ể dưới dạng công thức cấu tạo như trên ta cũng cân bằng được nhưng hơi khó trong việc xác định số oxi
hóa, vì vậy ta chuyển thành dạng công thức phân tử thì dễ cân bằng hơn:
- 2 7 4 1
C 2 H 4 K MnO4 H 2 O MnO2 C 2 H 6O2 KOH
Rồi sau đó cân bằng như một phản ứng oxi hóa khử thông thường.
2 7 4 1
3 C 2 H 4 2K MnO4 4H 2 O 2MnO2 3 C 2H 6O2 2KOH
2 1
3. 2 C 2 C 2e
7 4
2. Mn 3e Mn
V. HOÀN THÀNH PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ :
1. Một số chất oxi hóa thường gặp:
1.1. Axit: gồm axit loại I và axit loại II
1.1.1. Axit loại I là các axit mà tính oxi hóa chỉ do H+ quyết định, gồm:HCl, H2SO4 loãng, HBr…
Các axit loại I tác dụng được với các kim loại trước hiđro để giải phóng hiđrô.
Fe tác dụng với axit loại I chỉ tạo Fe(II).
1.1.2. Axit loại II là các axit mà tính oxi hóa do nguyên tử trung tâm quyết định, gồm:
5
H N O3 cả loãng và đặc, tính oxi hóa do N+5 quyết định, tác dụng được với hầu hết kim loại(chỉ
trừ Au, Pt), phản ứng không giải phóng H2 mà giải phóng sản phẩm khử chứa N có số oxi hóa
nhỏ hơn +5 như:NO2 , NO, N2O, N2, NH4NO3.
Phản ứng chung:
NO2 (nâu đỏ)
NO (ko màu hóa nâu ngoài kk)
M(NO3)n + N2O (ko màu n ặng h ơn kk)
M + HNO3 + H2O (*)
N2 (ko màu nhẹ h ơn kk)
NH4NO3 (ko có h.t)
6
H 2 SO4 đặc, tính oxi hóa do S+6 quyết định, tác dụng được với hầu hết kim loại(chỉ trừ Au, Pt),
phản ứng không giải phóng H2 mà giải phóng sản phẩm khử chứa S có số oxi hóa nhỏ hơn +6
như: SO2, S, H2S.
SO2 (ko màu sốc)
S (kết tủa vàng)
M + H2SO4 M2(SO4)n + + H2O (**)
H2S (ko màu, mùi trứng th ối)
Lưu ý:
Với HNO3 đặc nóng thì thường giải phóng NO2, H2SO4 đặc nóng thì thường giải phóng SO2.
Fe tác dụng với axit loại II cho sản phẩm trong đó Fe có số oxi hóa +3.
Fe và Al không tác dụng với HNO3 đặc nguội và H2 SO4 đặc nguội.
Không chỉ tác dụng với kim loại, axit loại II còn tác dụng được với nhiều chất khữ khác như: một
số phi kim(P, C, S, As…), hợp chất của sắt có số oxi hóa dưới +3(FeO, Fe3 O4, FeS…), các chất
khử khác(HI, HBr…)…
1.1.3. Các thí dụ: hoàn thành các phản ứng sau:
a. Cho Fe tác dụng được với axit nitric loãng thu đ ược dung dich A(chỉ chứa một muối và axit dư)chất khí
không màu hóa nâu ngoài không khí.
b. Cho Cu tác dụng với axit nitric đặc nóng.
c. Cho nhôm tác dụng với axit sunfuric đặc nguội.
d. Cho Mg tác dụng hết với dung dịch axit nitric loãng thu được dung dịch A và không thấ y khí thoát ra.
e. Cho Zn tác dụng với dung dịch axit sunfuric đặc thấy có kết tủa màu vàng xuất hiện.
f. Cho Al tác dụng với axit nitric loãng thấ y thu được dung dịch A(không chứa amoni nitrat) và hỗn hợp khí
X gồm hai khí không màu, bị hóa nâu ngoài không khí, tỉ khối hơi của X so với hiđro bằng 14,5.
1.2. Kalipemanganat(KMnO4): dạng tinh thể màu tím đậm, dễ tan trong nước cho dung dịch có màu tím.
KMnO4 là chất oxi hóa mạnh, nhưng tính oxi hóa phụ thuộc vào môi trường.
- axit
Mn2+(màu hồng nhạt)
trung tính
KMnO4 MnO2(k ết tủa đen)+KOH
bazo
K2MnO4(tan, màu xanh)
Ví dụ:
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4
C2H4 + KMnO4 + H2 O C2H6O2 + …
1.3. Oxi: oxi là một chất oxi hóa mạnh, oxi hóa được nhiều đơn chất và hợp chất
Oxi tác dụng với hầu hết kim loại(trừ Au, Pt) tạo oxit
M + O2 M2On
Ví dụ:
Mg + O2 …(cháy rất sáng)
Na + O2 …
Fe + O2 …(sản phẩm phụ thuộc vào nhi ệt độ)
Oxi tác dụng với nhiều phi kim tạo oxit(trừ các halogen)
Ví dụ:
Ptrắng + O2 …
S + O2 …
o
3000 C
N2 + O2 …
Oxi tác dụng với nhiều chất khử khác(số oxi hóa thấp) như NH3, H2S, SO2, NO, FeS...
Ví dụ:
NH3 + O2 dư N2 + H2O.
o
Pt,t
NH3 + O2 NO + H2O.
H2S + O2 thiếu S + H2O.
H2S + O2 dư SO2 + H2O.
NOko màu + O2 NO2nâu.
1.4. Một số dạng phản ứng oxi hóa khử thường gặp:
Kim loại tác dụng với axit loại I.
M + nHX MXn + H2.
Điều kiện: Kim loại M phải đứng trước hiđro trong dãy điện hóa.
Kim loại tác dụng với axit loại II:
Kim loại tác dụng với axit nitric: theo (*)
Kim loại tác dụng với axit sunfuric: theo (**)
Một số phi kim tác dụng với axit loại II tạo thành axit cao nhất hoặc oxit cao nhất(nếu axit kém bền).
Ví dụ:
P + H2SO4 H3PO4 + SO2 +H2O.
C + HNO3 CO2 + NO2 + H2O.
S + H2SO4 SO2 + H2O.
Các hợp chất của sắt có số oxi hóa nhỏ hơn 3 khi tác dụng với chất oxi hóa thì sắt chuyển lên số oxi hóa +3.
Ví dụ:
FeSO4 + KMnO4 +H2SO4 …
FeO + HNO3 … + NO + …
FeCl2 + Cl2 …
Fe(OH)2trắng xanh + O2 + H2O …
Fe(OH)2 + H2SO4 đặc …
Fe(OH)3 + HNO3
Các hợp chất sunfua tác dụng với axit loại II tạo thành SO2 hoặc H2SO4
Ví dụ:
FeS2 + H2SO4 đặc ... + SO2 +..
FeS2 + HNO3 ... + NO2 +...
nguon tai.lieu . vn
