phân loại và phương pháp giải bài tập phản ứng hóa học

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3 Tóm tắt lý thuyết Lập phương trình của phản ứng oxi hóa – khử: Các bước thực hiện:  Viết sơ đồ phản ứng.. Ví dụ: môi trường H+ H2SO4 Mn2+dạng muối MnS

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3 Tóm tắt lý thuyết

Lập phương trình của phản ứng oxi hóa – khử:

Các bước thực hiện:

 Viết sơ đồ phản ứng xác định chất khử và chất oxi hóa

 Viết các sơ đồ cho và nhận electron Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron cho bằng tổng

số electron nhận

 Nhân các hệ số tìm được vào chất khử, chất oxi hóa và sản phẩm tương ứng, cộng các quá trình trên thành sơ đồ phản ứng rồi chuyển về dạng phân tử

 Cân bằng những chất trong phản ứng theo thứ tự: kim loạị  phi kim  hidro và oxi

Ví dụ: +5 +3 +4

Fe0 + HNO3  Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

Chất khử: Fe Chất oxi hóa: HNO3

Quá trình oxi hóa: Fe0  Fe+3 + 3e- X 1

Quá trình khử: N+5 + 1e-  N+4 X 3

Sơ đồ: Fe0 + 3 N+5  Fe+3 + 3 N+4

Phương trình: Fe + 6 HNO3  Fe(NO3)3 + 3 NO2 + 3 H2O

nhận; nhưng lúc này chúng ta viết các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi bằng dạng ion

* Lưu ý:

Phản ứng có axit (H + ) tham gia:

- Nếu quá trình làm giảm oxi thì vế trái thêm H+, vế phải có H2O tạo thành

- Nếu quá trình làm tăng oxi thì vế trái thêm H2O, vế phải có H+ tạo thành

Ví dụ:

MnO4- + NO2- + H+  Mn2+ + NO3 + H2O

MnO4- + 8 H+ + 5e-  Mn2+ + 4 H2O X 2

NO2- + H2O  NO3- + 2 H+ + 2e- X 5

 2 MnO4- + 5 NO2- + 6 H+  2 Mn2+ + 5 NO3- + 3 H2O

Phản ứng có kiềm (OH - ) tham gia:

- Nếu quá trình làm giảm oxi thì vế trái thêm H2O, vế phải có OH- tạo thành

- Nếu quá trình làm tăng oxi thì vế trái thêm OH-, vế phải có H2O tạo thành

Ví dụ:

CrO2- + Br2 + OH-  CrO42- + Br - + H2O

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

CrO2- + 4 OH-  CrO42- + 2 H2O + 3e- X 2

 2 CrO2- + 3 Br2 + 8 OH-  2 CrO42- + 6 Br - + 4 H2O

Phản ứng có H 2 O tham gia:

- Nếu sản phẩm tạo ra axit thì theo lưu ý 1

- Nếu sản phẩm tạo ra bazo thì theo lưu ý 2

Ví dụ:

MnO4- + SO3- + H2O  MnO2 + SO42- + OH

-MnO4- + 2 H2O + 3e-  MnO2 + 4 OH- X 2

SO3- + 2 OH-  SO42- + H2O + 2e- X 3

 2 MnO4- + 3 SO3- + H2O  2 MnO2 + 3 SO42- + 2 OH-

 Xác định chiều hướng xảy ra phản ứng oxi hóa – khử:

Phản ứng oxi hóa – khử xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh tác dụng với chất khử mạnh để tạo thành chất khử yếu và chất oxi hóa yếu hơn tương ứng

Ví dụ: tính oxi hóa: Fe2+ < Cu2+

Tính khử: Fe < Cu

Phản ứng: Fe + Cu2+  Fe2+ + Cu

Chú ý: Với một số chất, mức độ oxi hóa và mức độ khử và do đó sản phẩm còn tùy thuộc vào môi trường phản ứng

Ví dụ:

môi trường H+ (H2SO4) Mn2+(dạng muối MnSO4) (màu hồng nhạt)

(màu tím)

Môi trường kiềm (OH-) [MnO4]2- (dạng K2MnO4) (màu xanh lục)

Các dạng bài điển hình trong chương

Dạng 1: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron hoặc tăng giảm số oxi hóa:

1 Phương pháp: trình tự theo 5 bước và theo nguyên tắc:

Tổng electron nhường = tổng electron nhận

2 Lưu ý:

♦ Ngoài phương pháp thăng bằng electron còn có thể cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp tăng, giảm số oxi hóa với nguyên tắc: tổng số oxi hóa tăng = tổng số oxi hóa giảm

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

♦ Phản ứng oxi hóa – khử còn có thể được cân bằng theo phương pháp thăng bằng ion – electron: lúc đó cũng vẫn đảm bảo nguyên tắc thăng bằng electron nhưng các nguyên tố phải được viết dưới dạng ion đúng như NO3-, SO42-, MnO4-, Cr2O72-…

♦ Nếu trong phản ứng oxi hóa – khử có nhiều nguyên tố có số oxi hóa cùng tăng hoặc cùng giảm mà:

+ Chúng thuộc một chất: thì phải đảm bảo tỉ lệ số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử + Chúng thuộc các chất khác nhau: thì phải đảm bảo tỉ lệ số mol của các chất đó theo đề cho

♦ Trong phản ứng có thể có một chất, ngoài vai trò oxi hóa (hay khử), còn có thể có vai trò khác như môi trường

♦ Phản ứng tự oxi hóa – khử: phản ứng oxi hóa – khử mà nguyên tử đóng vai trò oxi hóa và vai trò khử là thuộc cùng một nguyên tố của cùng một chất

♦ Phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử: nguyên tử đóng vai trò là oxi hóa và khử thuộc các nguyên tố khác nhau của cùng một chất

Ví dụ 1:

Fe3O4 + HNO3  Fe(NO3)3 + NO + H2O Quá trình oxi hóa: 3x 3 Fe+8/3  3 Fe+3 + 1e

-Quá trình khử: 1x N+5 + 3e-  N+2

 9 Fe+8/3 + N+5  9 Fe+3 + N+2

Hay 3 Fe3O4 + HNO3  9 Fe(NO3)3 + NO

Kiểm tra hai vế, thêm số 28 vào HNO3 ở vế trái và 14 H2O vào vế phải

Phương trình:

3 Fe3O4 + 28 HNO3  9 Fe(NO3)3 + NO + 14 H2O

Ví dụ 2:

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O

Quá trình oxi hóa: 6x Fe+2  Fe+3 + 1e

-Quá trình khử: 1x 2 Cr+6 + 2 x 3e-  2 Cr+3

 6 FeSO4 + K2Cr2O7  3 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3

Kiểm tra 2 vế: thêm K2SO4 vào vế phải, thêm 7 H2SO4 vào vế trái  thêm 7H2O vào vế phải

Phương trình:

6 FeSO4 + K2Cr2O7 + 7 H2SO4  3 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7 H2O

Lỗi hay mắc phải của học sinh:

♦ Còn mập mờ trong việc xác định quá trình oxi hóa – khử, số oxi hóa của các nguyên tố

♦ Trong các hợp chất nguyên tố thay đổi số oxi hóa có kèm theo chỉ số, khi cân bằng nên chú ý

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

♦ Cần phân biệt giữa chất oxi hóa và quá trình oxi hóa, chất khử và quá trình khử

Bài tập tự giải:

Lập các phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa-khử theo các phương trình dưới đây và xác định vai trò của từng chất trong phản ứng:

a) Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

b) FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2

c) Cl2 + NaOH → NaCl + NaClO + H2O

Dạng 2: Cân bằng phản ứng ôxi hóa- khử trong hợp chất hữu cơ

1 Phương pháp

- Nếu hợp chất hữu cơ trước và sau phản ứng có một số nhóm nguyên tử thay đổi và một số nhóm không đổi thì nên xác định số oxi hóa của C trong từng nhóm rồi cân bằng

- Nếu hợp chất hữu cơ thay đổi toàn phân tử nên cân bằng theo số oxi hóa trung bình của C

2 Bài tập ví dụ:

Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử sau:

C6H12O6 + KMnO4 + H2SO4 →K2SO4 + MnSO4 + CO2 + H2O

Bài giải:

0 +7 +2 +4

C6H12O6 + KMnO4 + H2SO4 →K2SO4 + MnSO4 + CO2 + H2O

5x 6C → 6C + 6 x 4e

+7 +2

24x Mn +5e →Mn

→ 5 C6H12O6 + 24 KMnO4 + 36 H2SO4 → 12 K2SO4 + 24 MnSO4 + 30 CO2 + 66 H2O

Ví dụ 2: cân bằng phản ứng oxi hóa khử sau:

CH3CH2OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → CH3COOH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

Bài giải:

-1 +6 +3 +3

CH3-CH2-OH +K2Cr2O7 + H2SO4 → CH3COOH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

-1 +3

3x C → C + 4e

+6 +3

2x 2Cr +2x 3e →2Cr

→ 3 CH3CH2OH + 2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4 → 3 CH3COOH + 2 Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 11 H2O

Bài tập tự giải:

a C2H5OH +NaOH + I2 → CHI3 + HCOONa + NaI + H2O

b CxHyO + KMnO4 + HCl → C2H4O + MnCl2+ CO2 + KCl

Dạng 3: Nhận ra phản ứng oxi hóa khử, chất oxi hóa– chất khử, phản ứng oxi hóa khử

1 Phương pháp:

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

- Trước hết xác định số oxi hóa Nếu trong phản ứng có chứa một hoặc nhiều nguyên tố có số oxi hóa thay đổi thì phản ứng đó thuộc loại oxi hóa khử

+Chất oxi hóa: là chất nhận electron

+Chất khử là chất nhường electron

-Cần nhớ: tên của chất và tên của quá trình là ngược nhau

+ Chất khử ứng với quá trinh oxi hóa

+ Chất oxi hóa ứng với quá trình khử

2 Bài tập ví dụ:

Ví dụ 1: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử, xác định vai trò của từng chất trong phản

ứng

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O

Bài giải:

+2 +6 +3 +3

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O

+2 +3

3x 2Fe → 2Fe + 2x 1e quá trình oxi hóa

c.k

+6 +3

1x 2Cr +2x 3e →2Cr quá trình khử

c.oxh

→ 6 FeSO4 + K2Cr2O7 + 7 H2SO4 → 3 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7 H2O

Ví dụ 2:

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Bài giải:

0 +5 +2 +2

Cu + HNO3 →Cu(NO3)2 + NO + H2O

0 +2

3x Cu → Cu + 2e quá trình oxi hóa

c.k

+5 +2

2x N + 3e →N quá trình khử

c.oxh

→ 3Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Bài tập tự giải:

1 Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử, xác định vai trò của từng chất trong phản ứng

a Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O

b Na2SO3 + KMnO4 + H2O → Na2SO4 + MnO2 + KOH

2 Cho các phản ứng sau:

Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa khử, xác định chất khử, chất oxi hóa

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

b BaO + H2O → Ba(OH)2

c CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

d Br2 + KOH → KBr + KBrO + H2O

Dạng 4: Hoàn thành phương trình phản ứng:

1.Phương pháp: Dựa vào số oxi hóa của nguyên tố đã biết để xem xét khả năng thể hiện tính oxi hóa hay

khử

− Nếu nguyên tố ứng với mức oxi hóa cao nhất thì chỉ thể hiện tính oxi hóa (ví dụ: Fe+3, S+6, N+5,…)

− Nếu nguyên tố ứng với mức oxi hóa thấp nhất thì chỉ thể hiện tính khử ( ví dụ: S-2, Cl-1, N-3,…)

− Nếu nguyên tố ứng với mức oxi hóa trung bình thì thể hiện cả hai tính chất: oxi hóa và khử, tùy thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng và bản chất của chất tác dụng với nó

Ví dụ 1:

Hoàn thành phương trình hóa học sau:

Br2 + H2SO3 + H2O H2SO4 + …

Bài giải

Br2 + H2SO3 + H2O H2SO4 + HBr

1 x S+4 S+6 + 2e

1 x Br2 + 2e 2Br-1

Br2 + H2SO3 + H2O H2SO4 + 2HBr

Ví dụ 2:

Hoàn thành phương trình hóa học sau:

FexOy + HNO3 NO2 + …

Bài giải

+2y/x +5 +3 +4

FexOy + HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

1 x x Fe+2y/x x Fe+3 + (3x-2y)e

(3x-2y) x N+5 +1e N+4

FexOy + (6x-2y) HNO3 x Fe (NO3)3 + (3x -2y)NO2 + (3x-2y) H2O

Dạng 5: Giải bài toán bằng phương pháp bảo toàn electron:

1 Phương pháp:

 Nguyên tắc : tổng electron do chất khử nhường bằng tổng electron mà chất oxi hóa nhận.

Từ đó suy ra: tổng số mol electron do chất khử nhường bằng tổng số mol electron do chất oxi hóa nhận vào

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

 Phạm vi sử dụng: phản ứng xảy ra trong bài toán là phản ứng oxi hóa-khử, nhất là khi các phản

ứng xảy ra là phức tạp, nhiều giai đoạn nhiều quá trình

Ví dụ 1:

Hòa tan hết 12 gam một kim loại chưa rõ hóa trị vào dung dịch HNO3 được 2,24 lít (đkc) một khí duy nhất có đặc tính không màu, không mùi, không cháy trong không khí ở điều kiện thường Xác định kim loại đó

Bài giải

Khí không màu, không mùi, không cháy trong không khí ở nhiệt độ thường là N2

M – ne 2N+5 +10e N2

1 ← 0,1

Số mol khí N2 bằng 2,24 : 22,4 = 0,1 mol → số mol e do 2N+5 nhận là 1 mol → số mol e do M cho là 1 mol → số mol của kim loại M là 1/n ⇒ M = 12: (1/n)= 12n

Với n = 1 ⇒ M = 12 (loại)

n = 2 ⇒ M = 24 (Mg)

n = 3 ⇒ M = 36 (loại)…

⇒ M là Mg

Ví dụ 2: Cho H2SO4 loãng dư tác dụng với 6,66 g hỗn hợp 2 kim loại X và Y đều hóa trị II, người ta thu được 0,1 mol hỗn hợp khí, đồng thời khối lượng hỗn hợp giảm 6,5g Hòa tan phần còn lại bằng H2SO4 đặc nóng người ta thấy thoát ra 56 ml khí SO2 (đkc) Xác định X,Y

Bài giải

Khối lượng giảm 6,5g < 6,66g ⇒ chỉ có 1 kim loại tan trong H2SO4 loãng Giả sử kim loại đó là kim loại X

X + H2SO4 loãng XSO4 + H2

Số mol của kim loại X = số mol khí hidro thoát ra = 0,1 mol ⇒ MX= 6,5 : 0,1= 65 (Zn)

Phần chất rắn còn lại là kim loại Y

Y – 2e S+6 + 2e S+4 ( SO2)

Từ định luật bảo toàn electron ⇒ số mol kim loại Y = số mol khí SO2thoát ra = 0,056:22,4 = 0,0025 mol.

⇒ MY = (6,66-6,5)/0,0025 = 64 (Cu)

Bài tập tự giải:

1 Cân bằng phản ứng oxi hóa-khử sau bằng phương pháp thăng bằng electron:

a) Fe2O3 + Al → FemOn + Al2O3

b) FemOn + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O

Chương IV: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Nhóm 3

2 Nung x gam Fe trong không khí thu được 104,8 g hỗn hợp rắn A gồm: Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Hòa tan A trong dung dịch HNO3 dư, thu được dung dịch B và 12,096 lít hỗn hợp khí NO và NO2 (đkc) có tỉ khối đối với Heli là 10,167 Tính x?

Thành viên trong nhóm 3:

Phạm Thị Ngọc Hà

Hà Như Huệ

Lê Thị Ngọc Mai