Skkn hướng dẫn học sinh cân bằng phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT THANH CHƯƠNG 1 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đề tài “Hướng dẫn học sinh cân bằng phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử” Lĩnh vực Hóa học Họ và tên Nguyễn K[.]

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT THANH CHƯƠNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đề tài: “Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa – khử” Lĩnh vực: Hóa học Họ tên: Nguyễn Khâm Anh Đơn vị: Tổ KHTN - Trường THPT Thanh Chương ĐT: 0989.851.692 Năm học 2021 – 2022 skkn MỤC LỤC NỘI DUNG Trang PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lý chọn đề tài I.2 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu đề tài PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 Cơ sở lí luận thực tiễn II.2 Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử II.2.1 Định nghĩa II.2.2 Cách cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử II.2.2.1 Phương pháp đại số II.2.2.2 Phương pháp thăng electron 11 II.2.2.4 Phương pháp tổng hợp oxi hóa 17 II.2.2 Bài tập vận dụng 19 II.2.3 Thực trạng giảng dạy giáo viên tình trạng tiếp nhận kiến thức học sinh phản ứng oxi hóa – khử 24 II.3 Thực nghiệm sư phạm 25 II.3.1 Nội dung thực nghiệm sư phạm 25 II.3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 25 II.3.3 Tổ chức thực nghiệm 25 II.3.3.1 Tiến hành thực nghiệm 25 II.3.3.2 Kết thực nghiệm 26 II.3.3.3 Phân tích, đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 29 PHẦN 3: KẾT LUẬN 30 III.1 Kết luận chung 30 III.2 Một số đề xuất 30 skkn 2 PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lí chọn đề tài Một thực tế trường THPT học sinh khơng cịn ưu tiên chọn mơn khối có mơn Hóa học trước đây, mà chuyển sang đăng kí học thi tổ hợp mơn khác Có nhiều trường, có có học sinh thi tổ hợp KHTN số học sinh đăng kí thi tuyển đại học theo tổ hợp có mơn Hóa học lại cịn nhiều, chí có trường số khơng Có nhiều ngun nhân dẫn đến tình trạng trên, có số nguyên nhân sau: Thứ nhất, đồ dùng, dụng cụ dạy học thiếu, trang thiết bị cần thiết cho học mơn Hóa học lớp chí học thực hành, thí nghiệm cịn hạn chế, làm cho học thực hành hấp dẫn lại trở thành nhàm chán, hiệu Thứ hai, cách trình bày, biên soạn sách giáo khoa mơn Hóa học có nhiều đổi theo xu chung, nhiều hạn chế Người ta chủ yếu trọng kiến thức, chưa coi trọng hình thức, liên hệ thực tế làm cho mơn học có phần xa rời sống Thứ ba, nguyên nhân quan trọng kiến thức môn học khơ khan, rời rạc, có nhiều nội dung kiến thức khó, cộng thêm kì thi có câu hỏi, tập “rất lạ”, học sinh phải vận dụng nhiều phương pháp khác – chí biến đổi chất ban đầu thành chất khơng có thật – giải Đáng ý chương trình Hóa học THPT, có nội dung “Phản ứng oxi hóa – khử” phần kiến thức khó, đặc biệt cách lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử, đưa vào học kì lớp 10 Vơ tình, nội dung loại bỏ ý định học chun sâu mơn Hóa học nhiều học sinh Khơng có vậy, nội dung kiến thức cịn theo suốt chương trình THPT, với kiến thức không thua độ khó este, peptit, protein lại tiếp tục nguyên nhân gây tượng có thêm nhiều học sinh “ từ bỏ ” mơn Hóa học Mong muốn giúp học sinh hình thành kĩ lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử, từ vận dụng tốt kiến thức phản ứng oxi hóa – khử, giúp em tự tin đối mặt với mơn Hóa, để em “quay trở lại” với môn Hóa học trường THPT Từ tơi chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử” I.2 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu đề tài + Điều tra khả lựa chọn mơn Hóa để thi THPT học sinh + Xây dựng vận dụng tài liệu “Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa – khử” vào dạy học hóa học skkn PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 Cơ sở lí luận thực tiễn Ở trường THPT nay, việc tiếp thu vận dụng kiến thức phản ứng oxi hóa – khử nói chung, lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử nói riêng gặp nhiều khó khăn, đặc biệt với học sinh lớp 10, học sinh cịn nhiều cảm thấy bối rối chuyển đổi từ THCS lên THPT Điều dẫn đến hệ lụy lâu dài làm hạn chế khả học tập mơn Hóa Học học sinh trường THPT, em ln cần đến kiến thức phản ứng oxi hóa – khử suốt trình học Theo đánh giá thân, tơi thấy có ngun nhân sau đây: Thứ nhất, học sinh THCS có thời lượng học Hóa học ít, tuần đến tiết, hai năm học lớp lớp Trong kì thi tốt nghiệp, thi vào lớp 10 khơng thi mơn Hóa học (trừ thi vào trường chuyên) Vì em cấn học cho xong chương trình được, cịn lại tập trung cho mơn có kì thi tới Kết tất yếu kiến thức tối thiểu Hóa học phần lớn em khơng đảm bảo cho việc học Hóa THPT Thứ hai, nội dung “Phản ứng oxi hóa – khử” phần kiến thức khó, đặc biệt cách lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử Để học tốt phần kiến thức đòi hỏi học sinh phải có vốn kiến thức định, phương pháp học tập hiệu cộng với đam mê đích thực – điều thực cịn thiếu đa số học sinh học sinh THPT Thứ ba, nội dung đưa vào chương trình hóa học bậc THPT nói chung, phần phản ứng oxi hóa – khử nói riêng trọng kiến thức, không trọng việc liên hệ thực tế sống, để thơng qua kích thích tị mị, hứng thú người học II.2 Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử II.2.1 Định nghĩa Thí dụ 1: 0 Ca + O2 → +2 −2 Ca O (1) Số oxh Mg tăng từ lên +2, Mg nhường electron: Ca → +2 Ca + 2e Số oxh oxi giảm từ -2 Oxi nhận electrron: −2 + 2e → O → Ở phản ứng (1): Chất oxi hóa oxi, chất khử Ca Quá trình Ca nhường electron trình oxh Ca Quá trình oxi nhận electron trình khử oxi O Thí dụ 2; 2x1e skkn 0 2Li + Cl → → Ở phản ứng (2): +1 −1 Li Cl (2) Quá trình Li nhường electron trình oxh Li Quá trình clo nhận electron trình khử clo Phản ứng có thay đổi số oxi hóa, có cho nhận electron: Li → Cl + 1e +1 Li + 1e → −1 Cl +1 −1 Thí dụ 3: H + Cl → H Cl (3) Trong phản ứng (3) có thay đổi số oxi hóa nguyên tố, cặp electron góp chung lệch clo hay nói cách khác có dịch chuyển electron Ở phản ứng (1), (2), (3) có chung chất, dịch chuyển electron chất tham gia phản ứng, chúng phản ứng oxi hóa – khử Kết luận: Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng hóa học, có chuyển electron chất phản ứng, hay phản ứng oxi hóa – khử phản ứng có thay đổi số oxi hóa số nguyên tố Chất oxi hóa (bị khử ) chất thu electron, có số oxi hóa giảm xuống Chất khử (bị oxi hóa) chất nhường electron, có số oxi hóa tăng lên Qúa trình oxi hóa (sự oxi hố) q trình nhường electron, trình nàyxảy chất khử Qúa trình khử (sự khử) trình thu electron, xảy chất oxi hố Sự oxi hóa khử xảy đồng thời, nên phản ứng oxi hóa – khử có chất oxi hóa chất khử II.2.2 Cách cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử Phản ứng oxi hóa - khử kiến thức phản ứng oxi hóa - khử chiếm phần tương đối lớn chương trình hóa học phổ thơng Vì vậy, lâp phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử cách thành thạo đòi hỏi tất yếu học sinh THPT muốn học tốt mơn Hóa Học Tuy nhiên, để lập phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử vận dụng kiến thức phản ứng oxi hóa - khử thách thức thực nhiều học sinh, kể học sinh giỏi mơn Hóa Học Để lập phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, sau xin giới thiệu số phương pháp hiệu II.2.2.1 Phương pháp đại số Đây phương pháp mà học sinh nghĩ tới lập phương trình hóa học phản ứng khác Phương pháp hiệu phản oxi hóa - khử khơng q phức tạp Thí dụ 1: Các vật nhôm, sau sản xuất liền bị oxi hóa oxi khơng khí tạo lớp nhơm oxit mỏng bên ngồi Lập phương trình hóa học phản ứng đó, biết sơ đồ phản ứng sau: 0 skkn t → Al2O3 Al + O2 ⎯⎯ Thông thường, ta xác định hệ số O2 Al2O3 trước Ở ta thấy số nguyên tử oxi trước phản ứng 2, sau phản ứng nguyên tử, ta đặt hệ số của O2 Al2O3 cho số nguyên tử oxi trước phản ứng số nguyên tử oxi sau phản ứng bội số chung nhỏ Vậy hệ số O2 3, Al2O3 t → 2Al2O3 Al + 3O2 ⎯⎯ Đên đây, việc xác định hệ số Al trở nên dễ dàng Ta thấy ngay, để bảo toàn nguyên tố nhơm hệ số Al phải có giá trị Đến ta có phương trình hóa học phản ứng nhôm tác dụng oxi là: t → 2Al2O3 4Al + 3O2 ⎯⎯ Lớp nhôm oxit mỏng có tác dụng ngăn khơng cho nhơm tiếp tục phản ứng với oxi Thí dụ 2: Quá trình luyện gang, thép, xảy nhiều phản ứng hóa học, có phản ứng khử Fe2O3 thành Fe3O4 Lập phương trình hóa học phản ứng đó, biết sơ đồ phản ứng sau: t → Fe3O4 + CO2 Fe2O3 + CO ⎯⎯ Tương tự Thí dụ 1, ta xác đinh hệ số Fe2O3 Fe3O4 trước Ta dễ dàng nhận thấy bội số chung nhỏ số nguyên tử sắt trước sau phản ứng 6, hệ số Fe2O3 3, Fe3O4 t → 2Fe3O4 + CO2 3Fe2O3 + CO ⎯⎯ Đến đây, ta xác định hệ số CO CO Có hai cách đơn giản để xác định hệ số CO CO2 Cách thứ nhất, ta tiếp tục sử dụng phương pháp đại số, Gọi a hệ số CO, hệ số CO2 Áp dụng bảo toàn nguyên tố oxi ta có: 3.3 + a = 2.4 + 2a → a = Phương trình hóa học là: t → 2Fe3O4 + CO2 3Fe2O3 + CO ⎯⎯ skkn Cách thứ hai, ta dễ dàng nhận thấy, có 3Fe2O3 tạo 2Fe3O4, tách nguyên tử oxi kết hợp vừa đủ với phân tử CO tạo phân tử CO2 Vậy, hệ số CO, CO2 Sau đó, Fe3O4 tiếp tục bị khử, cuối tạo Fe, thành phần gang, thép thơng thường Thí dụ Thuốc nổ đen có thành phần gồm diêm tiêu, bột than bột lưu huỳnh, dùng làm thuốc cháy, thuốc nổ từ xa xưa Lập phương trình hóa học phản ứng đó, biết sơ đồ phản ứng sau: t → K2S + N2 + CO2 KNO3 + C + S ⎯⎯ Đây phản ứng có nhiều chất tham gia, tạo nhiều sản phẩm, đặc biệt có nhiều chất oxi hóa, làm cho học sinh gặp khó khăn lập phương trình hóa học Nếu để ý, ta thấy tỉ lệ K S sản phẩm 2/1, từ dự kiến hệ số KNO3 2, S để đảm bảo tỉ lệ K S t → K2S + N2 + CO2 2KNO3 + C + S ⎯⎯ Để bảo tồn N ta có hệ số N2 1, bảo toàn O hệ số CO2 t → K2S + N2 + 3CO2 2KNO3 + C + S ⎯⎯ Tương tự cho C với hệ số Vậy ta có phương trình hóa học là: t → K2S + N2 + 3CO2 2KNO3 + 3C + S ⎯⎯ Thí dụ Khi ta nấu bếp gas, hay đốt lửa bật lửa gas, tức ta oxi hóa khí gas oxi khơng khí Lập phương trình hóa học phản ứng đó, biết sơ đồ phản ứng sau: t → CO2 + H2O C4H10 + O2 ⎯⎯ Ta nhận thấy, sơ đồ trên, lượng O2 phụ thuộc vào lượng CO2, H2O, lượng CO2, H2O lại phụ thuộc vào C4H10 Vậy ta xác định hệ số CO2, H2O theo C4H10 trước Trong phân tử C4H10 có nguyên tử C 10 ngun tử H, từ đó, để bảo tồn C, H hệ số CO2, H2O skkn t → 4CO2 + 5H2O C4H10 + O2 ⎯⎯ Đến dây, ta dễ dàng nhận tổng số nguyên tử oxi sau phản ứng 13, nên hệ số tạm thời O2 13/2 t → 4CO2 + 5H2O C4H10 + 13/2O2 ⎯⎯ Để có phương trình hóa học hồn chỉnh ta cần nhân hệ số với phương trình hóa học là: t → 8CO2 + 10H2O 2C4H10 + 13O2 ⎯⎯ Thí dụ Khi người ta dùng rượu (nồng độ cao), cồn để nấu, nướng thức ăn, tức thực phản ứng oxi hóa etanol oxi khơng khí Lập phương trình hóa học phản ứng đó, biết sơ đồ phản ứng sau: t → CO2 + H2O C2H6O + O2 ⎯⎯ Tương tự thí dụ 4, ta xác định hệ số CO2, H2O t → 2CO2 + 3H2O C2H6O + O2 ⎯⎯ Đến dây, ta nhận thấy tổng số nguyên tử oxi sau phản ứng 7, cần ý trước phản ứng có sẵn nguyên tử oxi ancol, nên cần nguyên tử oxi đủ Vậy, hệ số O phương trình hóa học sau: t → 2CO2 + 3H2O C4H10O + 3O2 ⎯⎯ Ta thấy phương pháp đại số tương đối đễ hiểu, nhiều học sinh lập PTHH phản ứng nhanh chóng Tuy nhiên, điều với phản ứng hóa học đơn giản, chất tham gia, chất tạo thành trình phản ứng Đối với phản ứng phức tạp hơn, đặc biệt phản ứng oxi hóa – khử phức tạp, cần có phương pháp khác hiệu II.2.2.2 Phương pháp thăng electron Để lập PTHH phản ứng theo phương pháp thăng electron cần dựa sở sau: Thứ nhất, giả sử phản ứng oxi hóa - khử, chất khử nhường hẳn electron cho chất oxi hóa Thứ hai, tổng số electron chất khử nhường phải tổng số electron chất oxi hóa nhận Việc lập PTHH phản ứng theo phương pháp thăng electron tiến hành theo bốn bước skkn Thí dụ 1: Lập PTHH phản ứng đốt cháy photpho điều kiện thiếu oxi phương pháp thăng electron, biết phản ứng xảy theo sơ đồ sau: t → P2O3 P + O2 ⎯⎯ Bước 1: Xác định chất oxi hóa, chất khử Để xác định chất oxi hóa, chất khử cách nhanh chóng, ta nên dựa vào thay đổi số oxi hóa Như biết, phản ứng hóa - khử, chất khử có số oxi hóa tăng q trình phản ứng,cịn chất oxi hóa có số oxi hóa giảm Ở sơ đồ ta nhận thấy, photpho có số oxi hóa tăng từ lên +3, chất khử, oxi có số oxi hóa giảm từ -2, chất oxi hóa Bước 2: Viết q trình oxi hóa (quá trình nhường electron), trình khử (quá trình nhận electron) cân cho trình Ta nhận thấy, photpho có số oxi hóa tăng từ lên +3, nguyên tử photpho nhường 3e Oxi có số oxi hóa giảm từ -2, nguyên tử oxi nhận 2e, nhiên phân tử oxi có hai nguyên tử nên nhận 4e → P + 3e P ⎯⎯ → 2O O + 4e ⎯⎯ Bước 3: Tìm hệ số cho chất oxi hóa chất khử Để xác định hệ số cho chất oxi hóa chất khử, ta dựa nguyên tắc tổng số electron chất khử nhường phải tổng số electron chất oxi hóa nhận, thường ta nhân cho tổng số electron nhường tổng số electron nhận bội số chung nhỏ số electron nhường số electron nhận Ở đây, số electron nhường 3, số electron nhận 4, bội số chung nhỏ 12, nên trình khử nhân với 4, q trình oxi hóa nhân với +3 ⎯⎯ → ( P + 3e ) P +3 −2 −2 → 3O) ( O + 4e ⎯⎯ Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa chất khử vào sơ đồ, từ tính hệ số chất khác có mặt phương trình hóa học Kiểm tra cân số ngun tử nguyên tố hai vế Lần lượt đặt hệ số photpho, oxi vào sơ đồ ta t → P2O3 4P + 3O2 ⎯⎯ Để xác định hệ số P2O3, cần ý rằng,trong phân tử P2O3 có hai photpho, cần nhân để có đủ bốn photpho Từ PTHH có là: 0 t → P2O3 4P + 3O2 ⎯⎯ Thí dụ 2: Lập PTHH phản ứng oxi hóa SO2 oxi (sử dụng q trình sản xuất axit sunfuric) phương pháp thăng electron, biết phản ứng xảy theo sơ đồ sau: xt ,t → ⎯⎯⎯ SO2 + O2 ⎯⎯ ⎯ SO3 Bước 1: Xác định chất oxi hóa, chất khử Ta nhận thấy, lưu huỳnh có số oxi hóa tăng từ +4 lên +6, chất khử, cịn oxi có số oxi hóa giảm từ -2, chất oxi hóa Bước 2: Viết q trình oxi hóa (q trình nhường electron), trình khử (quá trình nhận electron) cân cho trình skkn Ở đây, lưu huỳnh có số oxi hóa tăng từ +4 lên +6, nguyên tử lưu huỳnh nhường 2e Tương tự Thí dụ 1, hai nguyên tử oxi nhận 4e +4 +6 ⎯⎯ → S S + 2e −2 → 2O O + 4e ⎯⎯ Bước 3: Tìm hệ số cho chất oxi hóa chất khử Ta có, số electron nhường 2, số electron nhận 4, bội số chung nhỏ 4, nên trình khử nhân với 2, q trình oxi hóa nhân với +4 +6 → S + 2e ) ( S ⎯⎯ −2 → 2O O + 4e ⎯⎯ Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa chất khử vào sơ đồ, từ tính hệ số chất khác có mặt phương trình hóa học Kiểm tra cân số nguyên tử nguyên tố hai vế Theo bước 3, ta có hệ số SO2, O2, SO3 2, 1, 2, PTHH là: xt ,t ⎯⎯⎯ → SO3 SO2 + O2 ⎯⎯ ⎯ Chú ý: Số nguyên tử oxi bước hai nguyên tử, trước nhận electron −2 viết O2, sau nhận electron viết O Thí dụ 3: Lập PTHH phản ứng đốt quặng pirit trình sản xuất gang thép, biết phản ứng xảy theo sơ đồ sau: t → Fe2O3 + SO2 FeS2 + O2 ⎯⎯ Bước 1: Xác định chất oxi hóa, chất khử Ta nhận thấy, oxi có số oxi hóa giảm từ -2, chất oxi hóa, cịn sắt lưu huỳnh có số oxi hóa tăng từ +2 lên +3 -1 lên +4, chất khử Bước 2: Viết trình oxi hóa (q trình nhường electron), q trình khử (q trình nhận electron) cân cho trình Oxi có số oxi hóa giảm từ -2, nguyên tử oxi nhận 2e, hai nguyên tử nhận 4e −2 ⎯⎯ → + O 4e 2O Sắt lưu huỳnh có số oxi hóa tăng từ +2 lên +3 -1 lên +4, nguyên tử sắt nhường 1e, nguyên tử lưu huỳnh nhường 5e +2 +3 ⎯⎯ → Fe Fe + 1e −1 +4 → S + 5e S ⎯⎯ Ở sắt lưu huỳnh có tỉ lệ nguyên tử 1/2, có sắt, có tương ứng hai lưu huỳnh Ta cần giữ tỉ lệ suốt trình lập PTHH Gộp hai trình nhường electron lại, ta có: +2 +3 +4 −1 → Fe + S + 11e Fe + S ⎯⎯ Thí dụ 4: Lập PTHH phản ứng cháy nổ thuốc nổ đen theo sơ đồ sau t → K2S + N2 + CO2 KNO3 + C + S ⎯⎯ Bước 1: Xác định chất oxi hóa, chất khử Ta nhận thấy, cacbon có số oxi hóa tăng từ lên +4, chất khử, nitơ lưu huỳnh có số oxi hóa giảm từ +5 về -2 chất oxi hóa skkn 15 Al + 4OH- → AlO2- + 3e + 2H2O NO3- + 8e + 3H2O → NH3 + 6HOĐến ta nhận thấy, bảo tồn điện tích trình khử, cần thêm OH- vế phải, tiếp sau đó, để bảo tồn ngun tố, cần thêm phân tử nước vào vế trái Al + 4OH- → AlO2- + 3e + 2H2O NO3- + 8e + 6H2O → NH3 + 9HOBước 3: Số e nhường, nhận 8, nên trình oxi hóa đem nhân với 8, q trình khử đem nhân với 3, ta có: 8x(Al + 4OH- → AlO2- + 3e + 2H2O) 3x(NO3- + 8e + 6H2O → NH3 + 9HO-) Bước 4: Ta có phương trình ion: 8Al + 5OH- + 3NO3- + 2H2O → 8AlO2- + 3NH3 Phương trình hóa học dạng phân tử là: 8Al + 5NaOH + 3NaNO3 + 2H2O → 8NaAlO2 + 3NH3 Thí dụ 5: Lập phương trình phản ứng hóa học xảy theo sơ đồ sau: KMnO4 + K2SO3 + H2O → MnO2 + K2SO4 + KOH Bước 1: Trong sơ đồ ta thấy, MnO4- chất oxi hóa, SO32- chất khử Bước 2: MnO4- + 3e → MnO2 SO32- → SO42- + 2e Đây trường hợp khơng có H+ hay OH- mà H2O tham gia vào phản ứng, cho sản phẩm có chứa OH-, nên ta áp dụng qui tắc Ở trình khử, vế trái thừa oxi, ta thêm H2O, vế phải thiếu oxi, ta thêm OH- Ở q trình oxi hóa, vế trái thiếu oxi, ta thêm OH-, vế phải thừa oxi, ta thêm H2O skkn 16 MnO4- + 3e + 2H2O → MnO2 + 4OHSO32- + 2OH- → SO42- + 2e + H2O Bước 3: Số e nhận 3, số e nhường 2, ta nhân trình khử 2, nhân q trình oxi hóa với để có hệ số chất oxi hóa, hệ số chất khử 2x(MnO4- + 3e + 2H2O → MnO2 + 4OH-) 3x(SO32- + 2OH- → SO42- + 2e + H2O) Bước 4: Theo bước 3, ta có phương trình ion là: 2MnO4- + 3SO32- + H2O → 2MnO2 + 3SO42- + 2OHPhương trình phân tử là: 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH Thí dụ 6: Lập phương trình phản ứng hóa học xảy theo sơ đồ sau: KMnO4 +SO2 + H2O → K2SO4 + MnSO4 + H2SO4 Bước 1: Trong sơ đồ ta thấy, MnO4- chất oxi hóa, SO2 chất khử Bước 2: MnO4- + 5e → Mn2+ SO2 → SO42- + 2e Đây trường hợp H2O tham gia vào phản ứng, cho sản phẩm có chứa H+, nên ta áp dụng qui tắc Ở trình khử, vế trái thừa oxi, ta thêm 8H+, vế phải thiếu oxi, ta thêm 4H2O Ở q trình oxi hóa, vế trái thiếu oxi, ta thêm 2H2O, vế phải thừa oxi, ta thêm 4H+ MnO4- + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O SO2 + 2H2O → SO42- + 2e + 4H+ Bước 3: Số e nhận 5, số e nhường 2, ta nhân trình khử 2, nhân trình oxi hóa với để có hệ số chất oxi hóa, hệ số chất khử skkn 17 2x(MnO4- + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O) 5x(SO2 + 2H2O → SO42- + 2e + 4H+) Bước 4: Theo bước 3, ta có phương trình ion là: 2MnO4- + 5SO2 + 2H2O → 2Mn2+ + 5SO42- + 4H+ Phương trình phân tử là: 2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 Qua thí dụ ta thấy, sử dụng phương pháp thăng ion – electron hiệu phản ứng oxi hóa – khử có tham gia ion vào q trình oxi hóa, q trình khử Phương pháp hữu ích với trường hợp cần lập PTHH mà chưa biết nước có mặt PTHH hay không? Là chất tham gia sản phẩm phản ứng? Ngoài ra, lập PTHH phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng ion – electron cho thấy rõ chất phản ứng, tức cho biết rõ nguyên tử, phân tử hay ion chất oxi hóa, chất khử, nguyên tử, phân tử hay ion chất có vai trị mơi trường, cịn ngun tử, phân tử hay ion khơng tham gia phản ứng Từ đó, để cần ta chọn hóa chất, kiện thích hợp để tiến hành thí nghiệm đạt kết tốt điều kiện II.2.2.4 Phương pháp tổng số oxi hóa Về chất, phương pháp bảo tồn electron, nhiên có vận dụng linh hoạt kiến thức tổng số oxi hóa viết q trình oxi hóa, q trình khử Phương pháp đặc biệt hiệu ta phải lập PTHH phản ứng oxi hóa – khử phức tạp dạng mà có nhiều chất oxi hóa, nhiều chất khử, tạo nhiều sản phẩm có số oxi hóa khác Thí dụ 1: Ta áp dụng cho thí dụ 3, mục II.2.2.2, lập PTHH phản ứng đốt quặng pirit trình sản xuất gang thép, biết phản ứng xảy theo sơ đồ sau: t → Fe2O3 + SO2 FeS2 + O2 ⎯⎯ Bước 1: Ta nhận thấy, oxi có số oxi hóa giảm từ -2, chất oxi hóa, FeS2 chất khử Bước 2: Đến đây, phân tử có đồng thời nhiều chất khử làm cho học sinh lúng túng, khơng viết q trình oxi hóa, chưa kể trình tiến hành bước, cần phải giữ nguyên tỉ lệ sắt lưu huỳnh Để đơn giản hơn, không skkn 18 xác định số oxi hóa nguyên tố FeS2, mà cần biết tổng số oxi hóa khơng, cịn, tổng số oxi hóa chúng sau phản ứng +11 Vậy phân tử FeS2 nhường 11e Tương tự vậy, phân tử O2 nhận 4e → Fe + S + 11e Fe S ⎯⎯ +4 +3 −2 → 2O O + 4e ⎯⎯ Bước 3: Ta có, số electron nhường 11, số electron nhận 4, bội số chung nhỏ 44, nên trình oxi hóa nhân với 4, q trình khử nhân với 11 → Fe + S + 11e ) ( Fe S ⎯⎯ +3 +4 −2 → 2O) 11( O + 4e ⎯⎯ Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa chất khử vào sơ đồ, từ tính hệ số chất khác có mặt phương trình hóa học Kiểm tra cân số nguyên tử nguyên tố hai vế Theo bước 3, ta có hệ số FeS2 4, hệ số O2 11 Suy hệ số Fe2O3 2, SO2 Ta PTHH là: t → 2Fe2O3 + 8SO2 4FeS2 + 11 O2 ⎯⎯ Thí dụ 2: Lập PTHH phản ứng xảy theo sơ đồ sau: t → Fe2O3 + CuO + SO2 FeCuS2 + O2 ⎯⎯ Đối với sơ đồ này, khơng có nhiều chất khử phân tử làm cho bước lập phương trình khó khăn, mà với phần lớn học sinh, việc xác định số oxi hóa nguyên tố phân tử FeCuS2 khó khăn, nên lập PTHH theo phương pháp thăng electron gần Nếu ùng phương pháp khác đại số chẳng hạn, phức tạp Để không tránh gặp phải vấn đề đó, ta dùng phương pháp tổng số oxi hóa Bước Ta nhận thấy, oxi có số oxi hóa giảm từ -2, chất oxi hóa, FeCuS2 chất khử Bước Tổng số oxi hóa phân tử FeCuS2 khơng, sau phản ứng, sắt, đồng, lưu huỳnh có số oxi hóa +3, +2, +4, phân tử FeCuS2 nhường + + 2.4 = 13e Tương tự, phân tử O2 nhận 4e +4 +4 +3 → Fe + S + S + 13e FeCu S ⎯⎯ 0 O + 4e ⎯⎯ → −2 2O Bước 3: Ta có, số electron nhường 13, số electron nhận 4, bội số chung nhỏ 52, nên trình oxi hóa nhân với 4, q trình khử nhân với 13 +4 +4 +3 → Fe + S + S + 13e ) ( FeCu S ⎯⎯ −2 → 2O) 13 ( O + 4e ⎯⎯ Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa chất khử vào sơ đồ, tính hệ số chất khác có mặt phương trình hóa học, ta PTHH là: skkn 19 t → 2Fe2O3 + 4CuO + 8SO2 4FeCuS2 + 13O2 ⎯⎯ Đối với phản ứng oxi hóa – khử có đồng thời nhiều chất oxi hóa nhiều chất khử hai, ta nên áp dụng phương pháp tổng số oxi hóa để, việc lập PTHH trở nên đơn giản nhiều Khi sử dụng thành thạo phương pháp trên, học sinh lập PTHH phản ứng oxi hóa – khử cách nhanh chóng Tuy nhiên, vấn đề không phần quan trọng hướng dẫn học sinh lập PTHH phản ứng oxi hóa – khử nói riêng, lập PTHH phản ứng khác, hay rộng giải vấn đề hóa học, cần phải, lựa chọn, vận dụng linh hoạt kiến thức có, nhiều phải kết hợp nhiều kiến thức, phương pháp khác để giải vấn đè cụ thể II.2.2 Bài tập vận dụng II.2.2.1 Bài tập vận dụng (1) Phản ứng oxi hóa khử nội phân tử: chất khử chất oxi hóa thuộc phân tử HNO3 → NO2 + O2 + H2O KClO3 → KCl + O2 NH4NO2 → N2 + H2O NaNO3 → NaNO2 + O2 AgNO3 → Ag + NO2 + O2 Cu(NO3)2 → CuO + NO2 + O2 KMnO4 → K2MnO4 + O2 + MnO (2) Phản ứng tự oxi hóa khử: chất khử chất oxi hóa thuộc nguyên tố HNO2 → HNO3 + NO + H2O NO2 + H2O → HNO3 + NO I2 + H2O → HI + HIO3 KClO3 → KCl + KClO4 Cl2 + KOH → KCl + KClO3 + H2O S + NaOH → Na2SO3 + Na2S + H2O NO2 + NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H2O K2MnO4 + H2O → MnO2 + KMnO4 + KOH (3) Phản ứng oxi hóa khử thông thường NH3 + O2 → NO + H2O Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2S + H2O Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O skkn ... tham gia phản ứng, chúng phản ứng oxi hóa – khử Kết luận: Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng hóa học, có chuyển electron chất phản ứng, hay phản ứng oxi hóa – khử phản ứng có thay đổi số oxi hóa số... II.2 Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử II.2.1 Định nghĩa II.2.2 Cách cân phương trình hóa học phản ứng oxi hóa - khử II.2.2.1 Phương pháp đại số II.2.2.2 Phương. .. chất khử Qúa trình khử (sự khử) q trình thu electron, xảy chất oxi hố Sự oxi hóa khử xảy đồng thời, nên phản ứng oxi hóa – khử có chất oxi hóa chất khử II.2.2 Cách cân phương trình hóa học phản ứng