CÁC PHƯƠNG PHÁP cân BẰNG hóa học

Trong giảng dạy và học tập môn hóa học, việc viết đúng và cân bằng phương trình phản ứng đóng vai trò rất quan trọng. Bởi vì chỉ viết và cân bằng đúng thì việc tính toán mới chính xác và tiết kiệm thời gian. Nhưng để hiểu, nhớ và vận dụng bài một cách tốt nhất và hiệu quả nhất thì không phải là một điều đơn giản. Thực tế cho thấy, cách tốt nhất để các em có thể hiểu và vận dụng kiến thức đã học là giải bài tập. Nhưng cũng có một vấn đề đặt ra là quá nhiều bài tập nên các em không thể nào giải hết được. Các em chỉ làm được những bài quen thuộc và khá lúng túng khi gặp những bài tập mới mặc dù không khó, nguyên nhân là do các em không nhìn ra được dạng toán, chưa có cái nhìn hệ thống và phương pháp giải cho các dạng bài tập này. Nếu chúng ta có thể hệ thống hóa lý thuyết và đưa ra các phương pháp giải cho từng dạng bài tập thì học sinh dễ dàng tiếp thu bài, hiểu rõ bài hơn và đặc biệt, có khã năng vận dụng kiến thức đã học để giải các bài tập liên quan. Từ những thực tế đó, tôi quyết định chọn chủ đề : “Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử” Tuy là một phần nhỏ trong một thế giới rộng lớn của các bài tập hóa học nói chung nhưng tôi nghĩ nó cũng sẽ đáp ứng được phần nào yêu cầu về các dạng bài tập trong chương trình hóa học THPT

PHẦN A : PHẦN MỞ ĐẦU

I Lý do chọn chủ đề :

Trong giảng dạy và học tập môn hóa học, việc viết đúng và cân bằng phương trình

phản ứng đóng vai trò rất quan trọng Bởi vì chỉ viết và cân bằng đúng thì việc tính

toán mới chính xác và tiết kiệm thời gian

Nhưng để hiểu, nhớ và vận dụng bài một cách tốt nhất và hiệu quả nhất thì không

phải là một điều đơn giản

Thực tế cho thấy, cách tốt nhất để các em có thể hiểu và vận dụng kiến thức đã học

là giải bài tập Nhưng cũng có một vấn đề đặt ra là quá nhiều bài tập nên các em

không thể nào giải hết được Các em chỉ làm được những bài quen thuộc và khá

lúng túng khi gặp những bài tập mới mặc dù không khó, nguyên nhân là do các em

không nhìn ra được dạng toán, chưa có cái nhìn hệ thống và phương pháp giải cho

các dạng bài tập này

Nếu chúng ta có thể hệ thống hóa lý thuyết và đưa ra các phương pháp giải cho

từng dạng bài tập thì học sinh dễ dàng tiếp thu bài, hiểu rõ bài hơn và đặc biệt, có

khã năng vận dụng kiến thức đã học để giải các bài tập liên quan

bằng phản ứng oxi hóa khử”

Tuy là một phần nhỏ trong một thế giới rộng lớn của các bài tập hóa học nói chung

nhưng tôi nghĩ nó cũng sẽ đáp ứng được phần nào yêu cầu về các dạng bài tập trong

chương trình hóa học THPT

II Mục đích của chủ đề :

Nhằm giúp học sinh có cái nhìn hệ thống về lý thuyết và bài tập Hóa học trong

dạng toán cân bằng phản ứng oxi hóa khử trong chương trình Hóa học phổ thông, từ

đó không những giúp các em có thể giải tốt các bài tập dạng này mà còn tạo điều

kiện nâng cao hiệu quả giảng dạy ở trường phổ thông

III Nhiệm vụ của chủ đề :

Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử

− Tóm tắt lý thuyết, phân loại và các phương pháp để cân bằng phản ứng oxi hóa khử

IV Khách thể và đối tượng nghiên cứu :

thông

V Phạm vi nghiên cứu :

Chương trình Hóa học trung học phổ thông: Chương trình hóa hữu cơ lớp 10

VII Giả thuyết khoa học :

Nếu hiểu rõ lý thuyết, nắm vững phương pháp giải bài tập để cân bằng phản ứng

oxi hóa khử trong chương trình Hóa học THPT sẽ giúp giáo viên và học sinh hệ

thống hóa và và hiểu sâu sắc dạng bài tập này, là bước khởi dầu vững cho việc

dạy học môn hóa ở trường THPT

VIII Phương tiện và phương pháp nghiên cứu :

PHẦN B : XÂY DỰNG NỘI DUNG LÝ THUYẾT

I Định nghĩa phản ứng oxi hóa khử :

1. Số oxi hóa :

Để thuận tiện khi xem xét phản ứng oxi hoá - khử và tính chất của các nguyên tố,

người ta đưa ra khái niệm số oxi hoá (còn gọi là mức oxi hoá hay điện tích hoá trị)

Số oxi hoá là điện tích quy ước mà nguyên tử có được nếu giả thuyết rằng cặp e

liên kết (do 2 nguyên tử góp chung) chuyển hoàn toàn về phía nguyên tử có độ âm

điện lớn hơn

2 Quy tắc xác định số oxi hóa :

- Tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử trong phân tử trung hoà điện bằng 0

Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử

- Tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử trong một ion phức tạp bằng điện tích

của ion Ví dụ trong ion HSO-4, số oxi hoá của H là +1, của O là -2 của S là +6

1 + 6 + (-2 4) = - 1

- Trong đơn chất, số oxi hoá của các nguyên tử bằng 0

Ví dụ: Trong Cl2, số oxi hoá của Cl bằng 0

- Khi tham gia hợp chất, số oxi hoá của một số nguyên tố có trị số không đổi như

sau

- + Kim loại kiềm luôn bằng +1.

+ Kim loại kiềm thổ luôn bằng +2

+ Oxi ( trừ trong peoxit bằng - 1) luôn bằng - 2

+ Hiđro ( trừ trong hiđrua kim loại bằng - 1) luôn bằng - 2

+ Al thường bằng +3

Chú ý: Dấu của số oxi hoá đặt trước giá trị, còn dấu của ion đặt sau giá

trị Ví dụ:

3 Định nghĩa phản ứng oxi hóa khử :

- Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi e giữa các nguyên

tử hoặc ion của các chất tham gia phản ứng, do đó làm thay đổi số oxi hoá của

chúng

Ví dụ:

- Chất nhường e gọi là chất khử (hay chất bị oxi hoá) Chất thu e gọi là chất oxi

hoá (hay chất bị khử)

- Quá trình kết hợp e vào chất oxi hoá được gọi là sự khử chất oxi hoá

Quá trình tách e khỏi chất khử được gọi là sự oxi hoá chất khử:

Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử

4 Các phương trình phản ứng oxi hóa khử thường gặp :

Để viết được các phản ứng oxi hóa khử thì chúng ta cần biết một số chất oxi hóa và

một số chất khử thường gặp Chất oxi hóa sau khi bị khử thì tạo thành chất khử liên

hợp (chất khử tương ứng); cũng như chất khử sau khi bị oxi hóa thì tạo thành chất

khử liên hợp (chất khử tương ứng) Ta phải biết các chất khử và chất oxi hóa tương

ứng thì mới viết được phản ứng oxi hóa khử

• Các chất oxi hóa thường gặp :

- Các hợp chất của mangan: KMnO4, K2MnO4, MnO2 (MnO4-, MnO42-,

- KMnO4 trong môi trường bazơ (OH-) thường bị khử tạo K2MnO4

Thí dụ:

K2Cr2O7 (Kali đicromat; Kali bicromat), K2CrO4 (Kali cromat) trong môi trường

axit (H+) thường bị khử thành muối crom (III) (Cr3+)

Thí dụ:

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

sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử)

(III) hiđroxit (Cr(OH)3)

bị HNO3 oxi hóa là: Các kim loại, các oxit kim loại có số oxi hóa trung gian (FeO,

Fe3O4), một số phi kim (C, S, P), một số hợp chất của phi kim có số oxi hóa thấp

nhất hay trung gian (H2S, SO2, SO32-, HI), một số hợp chất của kim loại trong đó

kim loại có số oxi hóa trung gian (Fe2+, Fe(OH)2

Thí dụ:

là: các kim loại, các oxit kim loại hay hợp chất kim loại có số oxi hóa trung gian

(FeO, Fe(OH)2, Fe3O4, Fe2+), một số phi kim (S, C, P), một số hợp chất của phi

kim trong đó phi kim có số oxi hoá thấp nhất có số oxi hóa trung gian (NO2-,

SO32-)

Thí dụ:

Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử

0 +5 +3 +2

màu)

-Muối nitrat trong môi trường axit (NO3-/H+) giống như HNO3 loãng, nên

nó oxi hóa được các kim loại tạo muối, NO3- bị khử tạo khí NO, đồng

thời có sự tạo nước (H2O)

Thí dụ:

3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

Đồng Muối nitrat trong môi trường axit Muối đồng (II)

(Chất khử) (Chất oxi hóa) (Dung dịch có màu xanh lam)

Khí NO không màu thoát ra kết hợp với O2 (của không khí) tạo khí NO2 có

màu nâu đỏ

- Axit sunfuric đậm đặc nóng, H 2 SO 4 (đ, nóng); Khí sunfurơ (SO 2 )

- H2SO4 (đ, nóng) thường bị khử tạo khí SO2 Các chất khử thường tác dụng

với H2SO4(đ, nóng) là: các kim loại, các hợp chất của kim loại số oxi hóa trung

gian (như FeO, Fe3O4), một số phi kim (như C, S, P), một số hợp chất của phi

kim (như HI, HBr, H2S)

Thí dụ:

Các kim loại mạnh như Mg, Al, Zn không những khử H2SO4 đậm đặc, nóng

khử tạo lưu

Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử

huỳnh (S) hay hợp chất của lưu huỳnh có số oxi hóa thấp hơn (H2S) Nguyên

nhân của tính chất trên là do kim loại mạnh nên dễ cho điện tử (để H2SO4

nhận nhiều điện

kim có số oxi hoá thấp (như H2S, CO), một số phi kim (như H2, C), các kim loại

tạo S

Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử

+4 -2 0

H+), chỉ dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng mới là axit có tính oxi hóa mạnh (tác nhân oxi hóa là SO42-) Trong khi dung dịch HNO3 kể cả đậm đặc lẫn loãng đều là axit có tính o xi hóa mạnh (tác nhân oxi hóa là NO3-

Ba kim loại Al, Fe, Cr không bị hòa tan trong dung dịch H2SO4 đậm đặc nguội

II Cân bằng phản ứng oxi hóa khử :

a Nguyên tắc khi cân bằng :

Tổng số e mà chất khử cho phải bằng tổng số e mà chất oxi hoá nhận và số nguyên

tử của mỗi nguyên tố được bảo toàn

b Các bước tiến hành cân bằng phản ứng :

1) Viết phương trình phản ứng, nếu chưa biết sản phẩm thì phải dựa vào điều kiện cho ở đề bài để suy luận

2) Xác định số oxi hoá của các nguyên tố có số oxi hoá thay đổi Đối với những

nguyên tố có số oxi hoá không thay đổi thì không cần quan tâm

3) Viết các phương trình e (cho - nhận e)

4) Cân bằng số e cho và nhận

5) Đưa hệ số tìm được từ phương trình e vào phương trình phản ứng

6) Cân bằng phần không tham gia quá trình oxi hoá - khử

Ví dụ Cho miếng Al vào dung dịch axit HNO3 loãng thấy bay ra chất khí không màu, không mùi, không

cháy, nhẹ hơn không khí, viết phương trình phản ứng và cân bằng.

Giải: Theo đầu bài, khí bay ra là N2

 Chú ý: Đối với những phản ứng tạo nhiều sản phẩm trong đó nguyên tố ở nhiều

số oxi hoá khác nhau, ta có thể viết gộp hoặc viết riêng từng phản ứng đối với từng sản phẩm, sau đó nhân các phản ứng riêng với hệ số tỷ lệ theo điều kiện đầu bài Cuối cùng cộng gộp các phản ứng lại

Ví dụ: Cân bằng phản ứng:

GiảiCác phản ứng riêng (đã cân bằng theo nguyên tắc trên):

Để có tỷ lệ mol trên, ta nhân phương trình (1) với 9 rồi cộng 2 phương trình lại:

PHẦN C : CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG CỤ THỂ

I Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử:

1 Phương pháp cân bằng electron :

-Nguyên tắc: Dựa vào sự bảo toàn electron nghĩa là tổng số electron của chất khử cho phải bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận

+ Viết phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (Phản ứng oxi hóa, phản ứng khử)

Chỉ cần viết nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi, với số oxi hóa được

để bên trên Thêm hệ số thích hợp để số nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa

thay đổi hai bên bằng nhau

+ Cân bằng số điện tử cho, nhận Số điện tử cho của chất khử bằng số điện tử nhận của chất oxi hóa (Hay số oxi hóa tăng của chất khử bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa) bằng cách them hệ số thích hợp.

+ Phối hợp các phản ứng cho, nhận điện tử; các hệ số cân bằng tìm được; và phản ứng lúc đầu để bổ sung hệ số thích hợp vào phản ứng lúc đầu

+ Cuối cùng cân bằng các nguyên tố còn lại (nếu có) như phản ứng trao đổi

- Lưu ý:

Khi viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử của từng nguyên tố, cần theo đúng chỉ

số qui định của nguyên tố đó

H2O

2 Phương pháp cân bằng ion – electron :

-Phạm vi áp dụng: Đối với các quá trình xảy ra trong dung dịch, có sự tham

gia của môi trường (H2O, dung dịch axit hoặc bazơ tham gia)

nào chứa nguyên tố có số oxi hóa thay đổi (ion hay phân tử nào chứa nguyên tố có số oxi hóa không thay đổi thì bỏ đi)

+ Viết các phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (chính là các phản ứng oxi hóa,

phản ứng khử) Viết nguyên cả dạng ion hay phân tử, với số oxi hóa để bên trên

Thêm hệ số thích hợp để số nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi hai bên bằng nhau

+ Cân bằng số điện tử cho, nhận Số điện tử cho của chất khử phải bằng số điện tử nhận của chất oxi hóa (Hay số oxi hóa tăng của chất khử phải bằng

số oxi hóa giảm của chất oxi hóa) bằng cách nhân hệ số thích hợp Xong rồi cộng vếvới vế các phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử

+ Cân bằng điện tích Điện tích hai bên phải bằng nhau Nếu không bằng nhau thì thêm vào ion H+ hoặc ion OH- tùy theo phản ứng được thực hiện trong môi trường axit hoặc bazơ Tổng quát thêm H+ vào bên nào có axit (tác chất hoặc sản phẩm); Thêm OH- vào bên nào có bazơ Thêm H2O phía ngược lại để cân bằng số nguyên tử

H (cũng là cân bằng số nguyên tử O)

+ Phối hợp hệ số của phản ứng ion vừa được cân bằng xong với phản

ứng

lúc đầu để bổ sung hệ số thích hợp vào phản ứng lúc đầu (Chuyển phản ứng dạng

ion trở lại thành dạng phân tử)

+ Cân bằng các nguyên tố còn lại, nếu có, như phản ứng trao đổi

- Các thí dụ: Cân bằng các phản ứng sau đây theo phương pháp cân bằng ion -

II Các dạng phản ứng oxi hóa khử phức tạp :

1 Phản ứng oxi hóa khử có hệ số bằng chữ :

Cách 2 : Nếu một phân tử có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá có thể xét chuyển nhóm hoặc toàn bộ phân tử, đồng thời chú ý sự ràng buộc ở vế sau.

Luyện tập: Cân bằng phản ứng sau :

Fe+2 → Fe+3 + 1e 2S-1 → 2S+4+ 2.5e

• Cách 1 : Viết mọi phương trình thay đổi số oxi hoá, đặt ẩn số cho từng nấc

tăng, giảm số oxi hoá

• Cách 2 : Tách ra thành hai hay nhiều phương trình ứng với từng nấc số oxi hóa

tăng hay giảm

• Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau:

Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + N2O + H2O

Cách 1:

(3x+8y) Al + (12x+30y) HNO3 → (3x+8y) Al(NO3)3+ 3x NO + 3y NO2+

Cách 2: Tách thành 2 phương trình :

a x Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O

b x 8Al + 30 HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

(a+8b)Al + (4a+30b) HNO3 → (a+8b) Al(NO3)3 + a NO + 3b N2O+(2a+15b)

H2O

4 Phản ứng không xác định rõ môi trường :

- Nguyên tắc:

• Có thể cân bằng nguyên tố bằng phương pháp đại số hoặc qua trung gian

phương trình ion thu gọn

• Nếu do gom nhiều phản ứng vào, cần phân tích để xác định giai đoạn nào là oxi hóa khử

III Các bài tập bổ sung :

2) CnH2n + 1CHO + KMnO4 + H2SO4 CH3COOH + CO2 +

(n CH3COOH : n CO2 = 1 : 1)

2 Bài tập 2 :

Cân bằng các phản ứng sau đây theo phương pháp cân bằng ion – electron

H2O

H2O (Tỉ lệ thể tích:: VNO2 : VNO = 1 : 3)

3 Bài tập 3 :

Cân bằng các phản ứng sau đây theo phương pháp đại số:

a Viết phản ứng giữa kẽm với dung dịch HNO3 có hiện diện 3 khí trong phản ứng theo dữ kiện trên.

b Tính m (Zn = 65)ĐS: 31 Zn + 80 HNO3 → 31 Zn(NO3)2 + 2 NO2 + 4 NO + 6 N2O + 40 H2O

m = 100,75 gam

5 Bài tập 5 :

A là một kim loại Hòa tan hoàn toàn 1,43 gam A bằng dung dịch H2SO4 có dư 20% so với lượng cần, thu được một khí có mùi hắc, một chất không tan có màu vàng nhạt (có khối lượng 0,192 gam) và dung dịch B (có chứa muối sunfat của A) Cho hấp thụ lượng khí mùi hắc trên vào 100 ml dung dịch Ca(OH)2 0,03M, thu được 0,24 gam kết tủa màu trắng

a Xác định kim loại A Cho biết dung dịch H2SO4 đem dùng không có phản ứng vớichất rắn màu vàng

b Tính thể tích dung dịch Ba(OH)2 0,1M cần dùng vừa đủ để khi cho tác dụng vớilượng dung dịch B trên thì thu được:

- Lượng kết tủa cực đại

- Lượng kết tủa cực tiểu

c Tính khối lượng kết tủa lớn nhất và nhỏ nhất thu được ở câu (b)

Các phản ứng xảy ra hoàn toàn

(Na = 23; Mg = 24; Al = 27; K = 39; Ca = 40; Cr = 52; Mn = 55; Fe = 56; Cu = 64; Zn

= 65; Ag = 108; Ba = 137; Hg = 200; Pb = 207; S = 32; O = 16; H =

1) ĐS: Zn; 284ml; 504ml; 8,7952g; 6,6172g

6 Bài tập 6 :

Cho m gam kali kim loại vào 100 ml dung dịch HCl 0,1M Sau đó cần thêm tiếp

10 ml dung dịch HBr 0,2M để thu được dung dịch có pH = 7

a Tính m

b Tính thể tích khí hiđro thoát ra trong thí nghiệm trên ở 27,30C; 83,6 cmHg

c Xác định nồng độ mol/lít của dung dịch có pH = 7 trên

Các phản ứng xảy ra hoàn toàn Coi thể tích dung dịch không thay đổi trong quá trình phản ứng (K = 39)

ĐS: m = 0,468g; 134,4ml; KCl 0,091M; KBr 0,018M

7 Bài tập 7 :

Hỗn hợp chất rắn X gồm bột kẽm và muối sắt (III) sunfat Cho 200 ml nước vào một bình chứa m gam hỗn hợp X Dùng đũa thủy tinh khuấy đều để phản ứng xảy

ra hoàn toàn Thu được chất không tan gồm 3,36 gam một kim loại và dung dịch

Y có hòa tan hỗn hợp muối Cho dung dịch xút lượng dư vào dung dịch Y, sau khi phản ứng xong, lọc lấy kết tủa đem nung ngoài không khí cho đến khối lượng không đổi thì thu được 11,2 gam một chất rắn

a Viết các phản ứng xảy ra