Chuyên đề: PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ ppt

Các quy tắc tính số oxi hoá: Quy tắc 1: Trong đơn chất số oxi hoá của nguyên tố bằng không.. Quy tắc 2: Trong hợp chất, tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng không.. Quy tắc 3: Trong i

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 hiểu 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 SO 2 : 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 “+”

- Số oxi hoá của các nguyên tử trung tâm một số ion thường gặp :

S O , N O , N H

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

VD:

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

Với VD trên: - Chất oxi hoá là

5 N



trong HNO3

- Chất khử là

0

Fe Bước 3: - Viết sơ đồ quá trình nhường và nhận electron

Với VD trên:

Quá trình nhường electron: Fe  

3 Fe



+ 3e

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

1x

3x

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 H 2 O(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 + HClđặc 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:

FeS + H N O   Fe (NO ) + N O +H S O + H O

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 vậy đối với những bài toán dạng này ta cân bằng bằng phương pháp phân tử-electron

Với phản ứng trên:

Quá trình nhường 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 điện 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

 

  

FeS + 12H N O   Fe (NO ) + 9N O +H S O + 5H O

Các thí dụ:

a FeS2 HNO3   Fe(NO )3 3 NO H SO  2 4 H O2

b As S2 3 HNO3  H AsO3 4 NO H SO  2 4 H O2

c FeS2 O2  Fe O2 3 SO2

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 HNO    Al(NO )  NO N O H O  



  

  

1

9

Nhận xét: loại phản ứng này phụ thuộc vào tỉ lệ số mol sản phẩm khử mà phương trình sẻ cĩ bộ hệ số cân bằng khác nhau, vì vậy để cân bằng phản ứng này thường cĩ yêu cầu kèm theo tỉ lệ số mol giữa các sản phẩm khử, nếu khơng cĩ tỉ lệ này thì bài tốn cĩ vơ số bộ 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 cĩ

2



2

14 Al 64H N O 14 Al(NO ) 6 N O 3N O 32H O

Chú ý: nếu bài tốn gặp dạng này thì chúng ta nên tách thành hai phản ứng thì bài tốn 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 cĩ tỉ

lệ số mol NO:N2O=2:1 Tính V? Biết phản ứng khơng tạo 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 cĩ thể tính theo phương trình (1)

2

14 Al 64H N O 14 Al(NO ) 6 N O 3N O 32H O

                 

Ta tính được :

2

2 6

0 857 14

2 3

0 429 14

1 286

1 286 22 4 28 8

NO

N O

.

.

Sốmol hổ n hợp khí :nhh x y , mol

Vậ y thểtích hổ n hợp khí là:V , , , lít

Cách 2: Viết hai phương trình tách riêng:

             

8Al 30HNO 8Al(NO ) 3N O 15H O

8

3

              

Với:

2 1

9 7

8

2 3

7

9

7



Al

sốmol hổ n hợp khí x y

y Thểtích hổ n khí là :V nhh , , , lít

c Phản ứng cĩ hệ số bằng chữ:

Đây là dạng phản ứng tổng quát, trong đĩ một trong các chất chưa được xác định rõ cơng 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 hĩa của nguyên tố thay đổi số oxi hĩa

Với thí dụ trên:

0

0 2

2



   

n

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 khơng xác định rõ mơi trường:

Ví dụ:

KHSO3 + KMnO4 + KHSO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O

Phương pháp:

B1: dùng pp e cân bằng chất oxi hĩa và chất khử

B2: dùng pp đại số tìm hệ số của các chất cịn lại

Với ví dụ trên:

  

Đưa hệ số chất oxi hĩa và chất khử vào ta được:

5KH SO + 2K M nO + KHSO   K SO + 2M nSO + H O

Cịn lại hệ số của KHSO4, K2SO4, H2O thì ta khơng cĩ “cơ sở” nào để cân bằng(vì ta khơng 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 cịn lại là ẩn a, b, c ta cĩ

5KH SO + 2K M nO + aKHSO   bK SO + 2M nSO +c H O

Dựa vào bảo tồn nguyên tố:

Với K: 5+2+a=2b

Với S: 5+a=b+2

Với H: 5+a=2c

Tìm được a=1, b=4, c=3 Và được:

5KH SO + 2K M nO + KHSO   4K SO + 2M nSO + 3H O

e Phản ứng oxi hố - khử trong hố học hữu cơ:

Để cân bằng các phản ứng oxi hĩa khử trong hĩa hữu cơ người ta thường viết cơng thức hợp chất hữu cơ dưới dạng cơng thức phân tử, rồi tính số oxi hĩa trung bình

Ví dụ:

CH  CH  KMnO  H O   MnO   CH OH CH OH KOH  

Nếu để dưới dạng cơng thức cấu tạo như trên ta cũng cân bằng được nhưng hơi khĩ trong việc xác định số oxi hĩa, vì vậy ta chuyển thành dạng cơng thức phân tử thì dễ cân bằng hơn:

2 4 4 2 2 2 6 2

C H  K MnO  H O   MnO   C H O  KOH

Rồi sau đó cân bằng như một phản ứng oxi hóa khử thông thường

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 3

H N O



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 H 2 mà giải phóng sản phẩm khử chứa N có số oxi hóa

nhỏ hơn +5 như:NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3 Phản ứng chung:



6

H SO



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 H 2 mà giải phóng sản phẩm khử chứa S có số oxi hóa nhỏ hơn +6

như: SO2, S, H2S

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 H2SO4 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, Fe3O4, 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 được 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 thấy 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 thấy 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(KMnO 4 ): dạng tinh thể màu tím đậm, dễ tan trong nước cho dung dịch có màu tím KMnO là chất oxi hóa mạnh, nhưng tính oxi hóa phụ thuộc vào môi trường

NO2 (nâu đỏ)

NO (ko màu hóa nâu ngoài kk)

M + HNO3 M(NO3)n + N2O (ko màu nặng hơn kk) + H2O (*)

N2 (ko màu nhẹ hơn kk)

NH4NO3 (ko có h.t)

SO2 (ko màu sốc)

M + H2SO4 M2(SO4)n + S (kết tủa vàng) + H2O (**)

H2S (ko màu, mùi trứng thối)

Ví dụ:

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4

C2H4 + KMnO4 + H2O 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 nhiệt độ)

Oxi tác dụng với nhiều phi kim tạo oxit(trừ các halogen)

Ví dụ:

Ptrắng + O2 …

S + O2 …

N2 + O2 3000

o C

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

NH3 + O2

o Pt,t

 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

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 SO 2 hoặc H2SO4

Ví dụ:

FeS2 + H2SO4 đặc + SO2 +

FeS2 + HNO3 + NO2 +

bazo

axit

Mn2+(màu hồng nhạt) MnO2(kết tủa đen)+KOH

K2MnO4(tan, màu xanh)