Bài 15 Phản ứng oxi hóa – khử I Số oxi hóa 1 Khái niệm Số oxi hóa là điện tích quy ước của nguyên tử trong phân tử khi coi tất cả các electron liên kết đều chuyển hoàn toàn về nguyên tử có độ âm điện[.]
Bài 15: Phản ứng oxi hóa – khử I Số oxi hóa Khái niệm Số oxi hóa điện tích quy ước nguyên tử phân tử coi tất electron liên kết chuyển hoàn tồn ngun tử có độ âm điện lớn Số oxi hóa viết dạng số đại số, dấu viết trước, số viết sau Ví dụ 1: Xét phân tử NaCl Nguyên tử Na nhường electron cho nguyên tử Cl, nguyên tử Na trở thành ion dương mang điện tích 1+ (số oxi hóa Na +1) nguyên tử Cl nhận electron 1 1 nguyên tử Na trở thành ion âm mang điện tích 1– (số oxi hóa Cl –1): Na Cl Ví dụ 2: Xét phân tử H2O Độ âm điện nguyên tử O lớn độ âm điện nguyên tử H, cặp electron liên kết chuyển hoàn toàn nguyên tử O ngun tử O có thêm electron trở thành ion âm có điện tích 2– (số oxi hóa O –2); nguyên tử H electron trở 1 2 thành ion dương có điện tích 1+ (số oxi hóa H +1): H2 O Ví dụ 3: Xét phân tử H2 H:H Do hai nguyên tử H giống nên cặp electron liên kết không lệch nguyên tử Do vậy, nguyên tử H trung hòa điện, có điện tích số oxi hóa 0: H Quy tắc xác định số oxi hóa Thơng thường, số oxi hóa ngun tử xác định trực tiếp từ công thức phân tử theo quy tắc sau: Quy tắc 1: Trong đơn chất, số oxi hóa nguyên tử 0 Ví dụ: Na; O2 Quy tắc 2: Trong phân tử hợp chất, thơng thường số oxi hóa hydrogen +1, oxygen – 2, kim loại điển hình có số oxi hóa dương có giá trị số electron hóa trị Quy tắc 3: Trong hợp chất, tổng số oxi hóa nguyên tử phân tử Quy tắc 4: Trong ion đơn nguyên tử, số oxi hóa nguyên tử điện tích ion; ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa nguyên tử điện tích ion Ví dụ 1: Xác định số oxi hóa S phân tử Na2SO4 Hướng dẫn: Trong hợp chất, số oxi hóa Na +1, số oxi hóa O –2 1 x 2 Số oxi hóa nguyên tử: Na SO4 Áp dụng quy tắc 3, ta có: (+1)×2 + x + (–2)×4 = x = +6 Ví dụ 2: Xác định số oxi hóa C ion CO32 Hướng dẫn: Số oxi hóa O – Gọi số oxi hóa C ion đa nguyên tử CO32 x Áp dụng quy tắc 4, ta có: x + (–2)×3 = –2 x = +4 II Chất oxi hóa, chất khử, phản ứng oxi hóa – khử Chất oxi hóa, chất khử Chất khử chất nhường electron, chất oxi hóa chất nhận electron Q trình oxi hóa q trình chất khử nhường electron, trình khử trình chất oxi hóa nhận electron Ví dụ: Đưa mẩu than gỗ nóng đỏ vào bình đựng khí O2, mẩu than cháy sáng 0 4 2 t C O2 CO2 o Trong phản ứng trên, nguyên tử C nhường electron, chất khử; phân tử O2 nhận electron, chất oxi hóa 4 C C 4e (q trình oxi hóa) 2 O2 4e 2O (q trình khử) Phản ứng oxi hóa – khử Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng hóa học xảy đồng thời q trình q trình nhường electron trình nhận electron Dấu hiệu để nhận biết phản ứng oxi hóa – khử có thay đổi số oxi hóa nguyên tử Ví dụ: Phản ứng sau phản ứng oxi hóa – khử? t (a) CaCO3 CaO + CO2 o (b) BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl t (c) 4Al + 3O2 2Al2O3 o Hướng dẫn giải: 2 4 2 2 2 4 2 t (a) Ca CO3 Ca O CO2 Khơng phải phản ứng oxi hóa – khử khơng có o thay đổi số oxi hóa nguyên tố 2 1 1 6 2 2 6 2 1 1 (b) Ba Cl2 Na SO4 Ba SO4 Na Cl Khơng phải phản ứng oxi hóa – khử khơng có thay đổi số oxi hóa nguyên tố 0 3 2 (c) 4Al 3O2 2Al2 O3 : có thay đổi số oxi hóa nguyên tố Al, O Đây phản to ứng oxi hóa – khử III Lập phương trình hóa học phản ứng oxi hóa – khử Phương pháp thăng electron đường dùng để lập phương trình hóa học phản ứng oxi hóa – khử theo nguyên tắc: “Tổng số electron chất khử nhường tổng số electron chất oxi hóa nhận” Ví dụ: Cân phương trình hóa học phản ứng sau theo phương pháp thăng t , xt ,p electron: NH3 + O2 NO + H2O o Bước 1: Xác định nguyên tử có thay đổi số oxi hóa, từ xác định chất oxi hóa, chất khử: 3 2 2 2 ,xt ,p NH3 O2 t NO H2 O o NH3: chất khử; O2: chất oxi hóa Bước 2: Biểu diễn q trình oxi hóa, q trình khử: 3 2 N N 5e 2 O 4e 2O Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử chất oxi hóa dựa nguyên tắc: Tổng số electron chất khử nhường tổng số electron chất oxi hóa nhận 3 2 N N 5e 2 O 4e 2O Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ tính hệ số chất khác có mặt phương trình hóa học Kiểm tra cân số nguyên tử nguyên tố hai vế 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O III Phản ứng oxi hóa – khử thực tiễn Sự cháy Phản ứng cháy phản ứng oxi hóa – khử xảy nhiệt độ cao chất cháy chất oxi hóa Chất cháy thường nhiên liệu (than đá, khí thiên nhiên, xăng dầu, …), cịn chất oxi hóa thường oxygen Ví dụ: Phản ứng oxi hóa – khử xảy đốt cháy carbon than đá butane khí gas: t C + O2 CO2 o t 2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O o Sự han gỉ kim loại Sau thời gian sử dụng, nhiều thiết bị, máy móc, vật dụng kim loại thường bị han gỉ, oxi hóa oxygen khơng khí Ví dụ: Trong khơng khí ẩm, vật dụng thép bị oxi hóa tạo gỉ sắt 4Fe + 3O2 + xH2O 2Fe2O3.xH2O Sản xuất hóa chất Trong cơng nghiệp, phần lớn phản ứng hóa học xảy quy trình sản xuất phản ứng oxi hóa – khử Ví dụ: Sulfuric acid hóa chất quan trọng công nghiệp, sản xuất chủ yếu từ sulfur quặng pyrite Sơ đồ phản ứng; Chuyển hóa chất tự nhiên Trong tự nhiên xảy nhiều trình kèm theo phản ứng oxi hóa – khử Ví dụ: Tia sét tạo tia lửa điện, điều kiện cho nitrogen phản ứng với oxygen: tia lua dien N2 + O2 2NO Khí NO sinh nhanh chóng chuyển hóa thành NO2, sau tiếp tục bị oxi hóa thành HNO3: 2NO + O2 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 Nitric acid tan vào nước mưa chuyển hóa thành gốc nitrate ( NO3 ) , cung cấp chất đạm cho cấy lúa Nhờ trình trên, hàng năm lượng lớn phân đạm tự nhiên bổ sung cho đất Xác định nồng độ chất dựa vào phản ứng oxi hóa – khử - Trong thực tế, dung dịch thuốc tím (KMnO4) sử dụng phổ biến tác nhân oxi hóa mạnh để xác định hàm lượng chất khử iron(II); hydrogen peroxide, oxalic acid, … Ví dụ: Trong q trình bảo quản, mẫu iron (II) sulfate bị oxi hóa phần thành hợp chất iron (III) Hàm lượng iron (II) sulfate cịn lại mẫu xác định thơng qua phản ứng với dung dịch thuốc tím có nồng độ biết: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O ... oxi hóa nguyên tố Al, O Đây phản to ứng oxi hóa – khử III Lập phương trình hóa học phản ứng oxi hóa – khử Phương pháp thăng electron đường dùng để lập phương trình hóa học phản ứng oxi hóa –. .. phân tử O2 nhận electron, chất oxi hóa 4 C C 4e (q trình oxi hóa) 2 O2 4e 2O (quá trình khử) Phản ứng oxi hóa – khử Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng hóa học xảy đồng thời trình trình nhường... ta có: x + (–2 )×3 = –2 x = +4 II Chất oxi hóa, chất khử, phản ứng oxi hóa – khử Chất oxi hóa, chất khử Chất khử chất nhường electron, chất oxi hóa chất nhận electron Q trình oxi hóa trình chất